Hvordan er gjæring forskjellig fra cellulær respirasjon?

Alt liv trenger energi for å fortsette livets funksjoner. Selv å sitte og lese tar energi. Vekst, fordøyelse, bevegelse: alt krever energi. Å løpe maraton tar mye energi. Så, hvor kommer all den energien fra?

Energien som kreves for å utføre livets funksjoner kommer fra nedbrytning av sukker. Fotosyntese bruker solens energi til å kombinere karbondioksid og vann for å danne glukose (sukker), og avgir oksygen som avfallsprodukt. Planter lagrer denne glukosen som sukker eller som stivelse. Dyr, sopp, bakterier og - noen ganger - andre planter, mater av disse planteressursene og bryter ned stivelse eller sukker for å frigjøre den lagrede energien.

Fermentering og cellulær respirasjon er forskjellige i en kritisk faktor: oksygen. Cellular respiration bruker oksygen i den kjemiske reaksjonen som frigjør energi fra maten. Gjæring skjer i et anaerobt eller oksygenutarmet miljø. Fordi gjæring ikke bruker oksygen, brytes ikke sukkermolekylet helt ned og frigjør dermed mindre energi. Gjæringsprosessen i celler frigjør omtrent to energienheter, mens cellulær respirasjon frigjør totalt 38 energienheter.

I cellulær respirasjon kombineres oksygen med sukker for å frigjøre energi. Denne prosessen begynner i cytoplasmaet og fullføres i mitokondriene. I cytoplasmaet brytes ett sukker i to molekyler av pyruvinsyre, og frigjør to energienheter av adenosintrifosfat eller ATP. De to pyruvinsyremolekylene beveger seg inn i mitokondriene der hvert molekyl blir omdannet til et molekyl som kalles acetyl CoA. Hydrogenatomene i acetyl CoA fjernes i nærvær av oksygen, og frigjør et elektron hver gang til det ikke er igjen noe hydrogen. På dette tidspunktet har acetyl CoA blitt brutt ned, og bare karbondioksid og vann er igjen. Denne prosessen frigjør fire ATP-energienheter. Nå passerer elektronene nedover elektrontransportkjeden og frigjør til slutt rundt 32 ATP-enheter. Prosessen med cellulær respirasjon frigjør omtrent 38 ATP-energienheter fra hvert glukosemolekyl.

Hva om cellen ikke har nok oksygen til cellulær respirasjon? Uttrykket "føler brenningen" er resultatet av denne anaerobe veien. Hvis cellens oksygenivå er for lavt for cellulær respirasjon, vanligvis fordi lungene ikke kan holde tritt med cellens oksygenbehov, finner fermentering cellulær respirasjon sted. I dette tilfellet brytes sukkermolekylet bare ned i cellens cytoplasma, og frigjør omtrent to ATP-energienheter. Nedbrytingsprosessen fortsetter ikke i mitokondriene. Denne delvise nedbrytningen av glukosen frigjør litt energi slik at cellen kan fortsette å fungere, men den ufullstendige reaksjonen gir melkesyre som bygger seg opp i cellen. Denne melkesyregjæringen forårsaker den brennende følelsen når musklene ikke får nok oksygen til cellulær respirasjon.