Visai dzīvei ir vajadzīga enerģija, lai veiktu dzīves funkcijas. Pat sēdēšana un lasīšana prasa enerģiju. Izaugsme, gremošana, kustība: tas viss prasa enerģijas patēriņu. Maratona skriešana prasa daudz enerģijas. Tātad, no kurienes visa šī enerģija?
Degviela enerģijai
Dzīves funkciju veikšanai nepieciešamā enerģija rodas no cukura sadalīšanās. Fotosintēze izmanto saules enerģiju, apvienojot oglekļa dioksīdu un ūdeni, veidojot glikozi (cukuru), izdalot skābekli kā atkritumu produktu. Augi glabā šo glikozi kā cukuru vai cieti. Dzīvnieki, sēnes, baktērijas un dažreiz arī citi augi barojas no šiem augu resursiem, sadalot cieti vai cukuru, lai atbrīvotu uzkrāto enerģiju.
Fermentācijas un šūnu elpošanas salīdzināšana
Fermentācija un šūnu elpošana atšķiras ar vienu kritisko faktoru: skābekli. Šūnu elpošana ķīmiskajā reakcijā izmanto skābekli, kas no pārtikas atbrīvo enerģiju. Fermentācija notiek anaerobā vai skābekļa trūkuma vidē. Tā kā fermentācijā neizmanto skābekli, cukura molekula pilnībā nesadalās un tādējādi atbrīvo mazāk enerģijas. Fermentācijas process šūnās atbrīvo apmēram divas enerģijas vienības, savukārt šūnu elpošana - kopumā aptuveni 38 enerģijas vienības.
Enerģija no šūnu elpošanas
Šūnu elpošanā skābeklis apvienojas ar cukuriem, lai atbrīvotu enerģiju. Šis process sākas citoplazmā un tiek pabeigts mitohondrijos. Citoplazmā viens cukurs tiek sadalīts divās pirovīnskābes molekulās, atbrīvojot divas enerģijas vienības adenozīna trifosfātu vai ATP. Divas pirovīnskābes molekulas pārvietojas mitohondrijos, kur katra molekula tiek pārveidota par molekulu, ko sauc par acetil CoA. Acetil CoA ūdeņraža atomi tiek noņemti skābekļa klātbūtnē, katru reizi atbrīvojot elektronu, līdz ūdeņradis nepaliek. Šajā brīdī acetil CoA ir sadalīts, un paliek tikai oglekļa dioksīds un ūdens. Šis process atbrīvo četras ATP enerģijas vienības. Tagad elektroni iet caur elektronu transporta ķēdi, galu galā atbrīvojot apmēram 32 ATP vienības. Šūnu elpošanas process no katras glikozes molekulas atbrīvo apmēram 38 ATP enerģijas vienības.
Fermentācijas procesa enerģija
Ko darīt, ja šūnai nav pietiekami daudz skābekļa šūnu elpošanai? Frāze "sajust apdegumu" rodas no šī anaerobā ceļa. Ja šūnas skābekļa līmenis ir pārāk zems šūnu elpošanai, parasti tāpēc, ka plaušas nespēj sekot līdzi skābekļa vajadzībai šūnā, notiek šūnu elpošana fermentācijas ceļā. Šajā gadījumā cukura molekula sadalās tikai šūnas citoplazmā, atbrīvojot apmēram divas ATP enerģijas vienības. Mitohondrijos sadalīšanās process neturpinās. Šis daļējais glikozes sadalījums atbrīvo mazliet enerģijas, lai šūna varētu turpināt strādāt, bet nepilnīga reakcija rada pienskābi, kas uzkrājas šūnā. Šī pienskābes fermentācija izraisa dedzinošu sajūtu, kad muskuļi nesaņem pietiekami daudz skābekļa šūnu elpošanai.