Аэробное дыхание, анаэробное дыхание и ферментация - это методы, с помощью которых живые клетки производят энергию из пищевых источников. Хотя все живые организмы проводят один или несколько из этих процессов, только избранная группа организмов способна к фотосинтез что позволяет им производить пищу из солнечного света. Однако даже у этих организмов пища произведенный фотосинтезом преобразуется в клеточную энергию посредством клеточного дыхания.
Отличительной чертой аэробного дыхания по сравнению с путями ферментации является наличие кислорода и гораздо более высокий выход энергии на молекулу глюкозы.
Гликолиз
Гликолиз - универсальный начальный путь проводится в цитоплазме клеток для расщепления глюкозы на химическую энергию. Энергия, выделяемая каждой молекулой глюкозы, используется для присоединения фосфата к каждой из четырех молекул глюкозы. аденозиндифосфат (АДФ) для производства двух молекул аденозинтрифосфата (АТФ) и дополнительной молекулы НАДН.
Энергия, хранящаяся в фосфатной связи, используется в других клеточных реакциях и часто рассматривается как энергетическая «валюта» клетки. Однако, поскольку гликолиз требует ввода энергии от двух молекул АТФ, чистый выход от гликолиза составляет всего две молекулы АТФ на молекулу глюкозы. Сама глюкоза расщепляется на пируват во время гликолиза.
Аэробного дыхания
Аэробное дыхание происходит в митохондриях в присутствии кислорода и дает большую часть энергии организмам, способным к этому процессу. Пируват перемещается в митохондрии и превращается в ацетил-КоА, который затем объединяется с оксалоацетатом с образованием лимонной кислоты на первой стадии процесса. цикл лимонной кислоты.
Последующая серия превращает лимонную кислоту обратно в оксалоацетат и производит молекулы, несущие энергию, вместе с способом, называемым НАДН и ФАДН.2.
Каждый виток цикла Кребса способен производить одну молекулу АТФ и еще 17 молекул АТФ через цепь переноса электронов. Поскольку гликолиз дает две молекулы пирувата для использования в цикле Кребса, общий выход для аэробное дыхание составляет 36 АТФ на молекулу глюкозы в дополнение к двум АТФ, производимым во время гликолиз.
Конечным акцептором электронов в цепи переноса электронов является кислород.
Ферментация
Не путать с анаэробное дыханиеферментация происходит в отсутствие кислорода в цитоплазме клеток и превращает пируват в отходы для производства молекул, несущих энергию, необходимых для продолжения гликолиза. Поскольку единственная энергия, производимая во время ферментации, - это гликолиз, общий выход на молекулу глюкозы составляет два АТФ.
Хотя производство энергии значительно меньше, чем при аэробном дыхании, ферментация позволяет продолжать преобразование топлива в энергию в отсутствие кислорода. Примеры ферментации включают ферментацию молочной кислоты у людей и других животных и ферментация этанола дрожжами. Продукты жизнедеятельности либо перерабатываются, когда организм снова входит в аэробное состояние, либо удаляются из организма.
Анаэробное дыхание
Обнаруженный у избранных прокариот, анаэробное дыхание использует цепь переноса электронов в той же степени, что и аэробное дыхание, но вместо использования кислорода в качестве конечного акцептора электронов используются другие элементы. использовал. Эти альтернативные акцепторы включают нитраты, сульфаты, серу, диоксид углерода и другие молекулы.
Эти процессы вносят важный вклад в круговорот питательных веществ в почвах, а также позволяют этим организмам колонизировать районы, непригодные для проживания других организмов.
Фотосинтез
В отличие от различных путей клеточного дыхания, фотосинтез используется растениями, водорослями и некоторыми бактериями для производства пищи, необходимой для обмена веществ. У растений фотосинтез происходит в специализированных структурах, называемых хлоропластами, тогда как фотосинтезирующие бактерии обычно осуществляют фотосинтез вдоль мембранных расширений плазматической мембраны.
Фотосинтез можно разделить на два этапа: светозависимые реакции и светонезависимые реакции.
В течение светозависимые реакции, световая энергия используется для возбуждения электронов, удаленных из воды, и создания протонный градиент это, в свою очередь, производит молекулы с высокой энергией, которые питают светонезависимые реакции. Когда электроны отделяются от молекул воды, молекулы воды распадаются на кислород и протоны.
Протоны вносят вклад в протонный градиент, но выделяется кислород. Во время светонезависимых реакций энергия, производимая во время световых реакций, используется для производства молекул сахара из углекислого газа посредством процесса, называемого цикл Кальвина.
Цикл Кальвина производит одну молекулу сахара на каждые шесть молекул углекислого газа. В сочетании с молекулами воды, используемыми в светозависимых реакциях, общая формула фотосинтеза выглядит так: 6 часов2O + 6 CO2 + свет → C6ЧАС12О6 + 6 O2.