Всякая жизнь нуждается в энергии, чтобы выполнять жизненные функции. Даже сидение и чтение требует энергии. Рост, пищеварение, передвижение: все требует затрат энергии. Бегущий марафон требует много энергии. Итак, откуда взялась вся эта энергия?
Топливо для энергии
Энергия, необходимая для выполнения жизненных функций, поступает из расщепления сахара. Фотосинтез использует энергию солнца для объединения углекислого газа и воды с образованием глюкозы (сахара), выделяющей кислород в качестве побочного продукта. Растения хранят эту глюкозу в виде сахара или крахмала. Животные, грибы, бактерии и - иногда - другие растения питаются этими растительными ресурсами, расщепляя крахмал или сахар для высвобождения накопленной энергии.
Сравнение ферментации и клеточного дыхания
Брожение и клеточное дыхание различаются одним важным фактором: кислородом. Клеточное дыхание использует кислород в химической реакции, которая высвобождает энергию из пищи. Брожение происходит в анаэробной или обедненной кислородом среде. Поскольку при брожении не используется кислород, молекула сахара не распадается полностью и выделяет меньше энергии. Процесс ферментации в клетках высвобождает около двух единиц энергии, тогда как клеточное дыхание высвобождает в общей сложности около 38 единиц энергии.
Энергия клеточного дыхания
При клеточном дыхании кислород соединяется с сахарами, высвобождая энергию. Этот процесс начинается в цитоплазме и завершается в митохондриях. В цитоплазме один сахар расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты, высвобождая две энергетические единицы аденозинтрифосфата или АТФ. Две молекулы пировиноградной кислоты перемещаются в митохондрии, где каждая молекула превращается в молекулу, называемую ацетил-КоА. Атомы водорода ацетил-КоА удаляются в присутствии кислорода, каждый раз высвобождая электрон, пока не перестанет оставаться водород. К этому моменту ацетил-КоА расщепляется, и остаются только углекислый газ и вода. Этот процесс высвобождает четыре энергетических единицы АТФ. Теперь электроны проходят вниз по цепи переноса электронов, высвобождая в конечном итоге около 32 единиц АТФ. Итак, процесс клеточного дыхания высвобождает около 38 энергетических единиц АТФ из каждой молекулы глюкозы.
Энергия процесса брожения
Что делать, если клетке не хватает кислорода для клеточного дыхания? Фраза «почувствовать ожог» является результатом этого анаэробного пути. Если уровень кислорода в клетке слишком низкий для клеточного дыхания, обычно из-за того, что легкие не могут удовлетворить потребность клетки в кислороде, происходит ферментационное клеточное дыхание. В этом случае молекула сахара разрушается только в цитоплазме клетки, высвобождая около двух энергетических единиц АТФ. Процесс распада в митохондриях не продолжается. Это частичное расщепление глюкозы высвобождает немного энергии, чтобы клетка могла продолжать работать, но неполная реакция производит молочную кислоту, которая накапливается в клетке. Это молочнокислое брожение вызывает ощущение жжения, когда мышцы не получают достаточно кислорода для клеточного дыхания.