Alternativă la respirația celulară

Producția de energie din compuși organici, cum ar fi glucoza, prin oxidare utilizând compuși chimici (de obicei organici) din interiorul unei celule ca „acceptori de electroni” se numește fermentaţie.

Aceasta este o alternativă la respirația celulară în care electronii din glucoză și din alți compuși care sunt oxidați sunt transferați către un acceptor adus din afara celulei, de obicei oxigen. Aceasta este o alternativă la respirația celulară (fără oxigen, respirația celulară nu poate avea loc).

În timp ce fermentația poate avea loc în condiții anaerobe (lipsa oxigenului), se poate întâmpla și atunci când oxigenul este abundent.

Drojdia, de exemplu, preferă fermentarea decât respirația celulară dacă este disponibilă suficientă glucoză pentru a susține procesul, chiar dacă este disponibil o cantitate mare de oxigen.

Când zahărul bogat în energie - în special glucoza - intră într-o celulă, acesta este descompus într-un proces numit glicoliză.

Este o cale obișnuită pentru descompunerea zahărului, care poate duce fie la fermentare, fie la respirație celulară.

Glicoliza este un proces biochimic antic, care a apărut foarte devreme în istoria evoluției. Reacțiile de bază pentru glicoliză au fost „inventate” de microorganisme cu mult înainte de evoluția fotosintezei, care a apărut aproximativ 3,5 acum miliarde de ani, dar care ar dura aproximativ 1,5 miliarde de ani pentru a umple mările și atmosfera cu o cantitate apreciabilă de oxigen.

Astfel, chiar și eucariotele complexe (domeniul biologic care include animalul, plantele, ciupercile și regatele protiste) sunt capabile să producă energie fără respirație, fără oxigen etc. În drojdie, care aparține regatului ciupercilor, produsele chimice ale glicolizei sunt fermentate pentru a produce energie pentru celulă.

La sfârșitul glicolizei, structura cu șase carbon a glucozei va fi împărțită în două molecule ale compusului cu trei carboni numit piruvat. De asemenea, este produs chimicul NADH, dintr-un produs chimic mai „oxidat” numit NAD +.

În drojdie, piruvatul suferă „reducere”, câștigând electroni, care sunt apoi transferați din NADH produs mai devreme în glicoliză pentru a produce acetaldehidă și dioxid de carbon.

Acetaldehida este apoi redusă în continuare la alcool etilic, produsul final al fermentației. La animale, inclusiv la oameni, piruvatul poate fi fermentat atunci când disponibilitatea oxigenului este scăzută. Acest lucru este valabil mai ales în celulele musculare. Când se întâmplă acest lucru, deși se produc cantități mici de alcool, majoritatea piruvatului din glicoliză se reduce nu la alcool, ci mai degrabă la acid lactic.

În timp ce acidul lactic poate părăsi celulele animale și poate fi utilizat pentru a produce energie în inimă, se poate acumula în interiorul mușchilor, provocând durere și scăderea performanței atletice. Aceasta este senzația de „arsură” pe care o simți după ridicarea greutăților, alergarea pentru o perioadă lungă de timp, sprintul, ridicarea cutiilor grele etc.

Purtătorul universal de energie din celule este un produs chimic cunoscut sub numele de ATP (adenozin trifosfat). Dacă se utilizează oxigen, celulele pot produce ATP prin glicoliză urmată de respirație celulară - astfel încât o moleculă de zahăr de glucoză să producă 36-38 de molecule de ATP, în funcție de tipul celulei.

Din aceste 36-38 de molecule de ATP, doar două sunt produse în timpul fazei de glicoliză. Astfel, dacă se utilizează fermentația ca alternativă la respirația celulară, celulele produc mult mai puțină energie decât folosesc respirația. Cu toate acestea, în condiții de oxigen scăzut sau anaerob, fermentarea poate menține un organism în viață și supraviețuire, deoarece altfel nu ar avea respirație fără oxigen.

Oamenii folosesc procesul de fermentare în beneficiul nostru, mai ales când vine vorba de mâncare și băutură. Fabricarea pâinii, producția de bere și vin, murăturile, iaurtul și kombucha folosesc toate proces de fermentare.