Czym różni się fermentacja od oddychania komórkowego?

Całe życie potrzebuje energii do wykonywania funkcji życiowych. Nawet siedzenie i czytanie wymaga energii. Wzrost, trawienie, poruszanie się: wszystkie wymagają wydatkowania energii. Przebieganie maratonu pochłania dużo energii. Skąd więc pochodzi cała ta energia?

Energia potrzebna do wykonywania funkcji życiowych pochodzi z rozkładu cukru. Fotosynteza wykorzystuje energię słoneczną do łączenia dwutlenku węgla i wody, tworząc glukozę (cukier), wydzielając tlen jako produkt odpadowy. Rośliny przechowują tę glukozę w postaci cukru lub skrobi. Zwierzęta, grzyby, bakterie i – czasami – inne rośliny żywią się tymi zasobami roślinnymi, rozkładając skrobię lub cukier, aby uwolnić zmagazynowaną energię.

Fermentacja i oddychanie komórkowe różnią się jednym krytycznym czynnikiem: tlenem. Oddychanie komórkowe wykorzystuje tlen w reakcji chemicznej, która uwalnia energię z pożywienia. Fermentacja zachodzi w środowisku beztlenowym lub zubożonym w tlen. Ponieważ fermentacja nie wykorzystuje tlenu, cząsteczka cukru nie rozkłada się całkowicie i uwalnia mniej energii. Proces fermentacji w komórkach uwalnia około dwóch jednostek energii, podczas gdy oddychanie komórkowe uwalnia łącznie około 38 jednostek energii.

W oddychaniu komórkowym tlen łączy się z cukrami, aby uwolnić energię. Proces ten rozpoczyna się w cytoplazmie i kończy w mitochondriach. W cytoplazmie jeden cukier jest rozbijany na dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, uwalniając dwie jednostki energii adenozynotrójfosforanu lub ATP. Dwie cząsteczki kwasu pirogronowego przemieszczają się do mitochondriów, gdzie każda cząsteczka jest przekształcana w cząsteczkę zwaną acetylo-CoA. Atomy wodoru z acetylo-CoA są usuwane w obecności tlenu, za każdym razem uwalniając elektron, aż wodór nie pozostanie. W tym momencie acetylo-CoA został rozłożony i pozostaje tylko dwutlenek węgla i woda. Proces ten uwalnia cztery jednostki energii ATP. Teraz elektrony przechodzą w dół łańcucha transportu elektronów, ostatecznie uwalniając około 32 jednostek ATP. Tak więc proces oddychania komórkowego uwalnia około 38 jednostek energii ATP z każdej cząsteczki glukozy.

A jeśli komórka nie ma wystarczającej ilości tlenu do oddychania komórkowego? Wyrażenie „poczuć oparzenie” wynika z tej ścieżki beztlenowej. Jeśli poziom tlenu w komórce jest zbyt niski do oddychania komórkowego, zwykle dlatego, że płuca nie są w stanie nadążyć za zapotrzebowaniem komórki na tlen, następuje fermentacyjne oddychanie komórkowe. W tym przypadku cząsteczka cukru rozkłada się tylko w cytoplazmie komórki, uwalniając około dwóch jednostek energii ATP. Proces rozpadu nie trwa w mitochondriach. Ten częściowy rozkład glukozy uwalnia trochę energii, dzięki czemu komórka może dalej działać, ale niepełna reakcja wytwarza kwas mlekowy, który gromadzi się w komórce. Ta fermentacja kwasu mlekowego powoduje uczucie pieczenia, gdy mięśnie nie otrzymują wystarczającej ilości tlenu do oddychania komórkowego.