Aeróbne dýchanie, anaeróbne dýchanie a fermentácia sú metódy, ktoré umožňujú živým bunkám vyrábať energiu z potravinových zdrojov. Zatiaľ čo všetky živé organizmy vedú jeden alebo viac z týchto procesov, je schopná iba vybraná skupina organizmov fotosyntéza čo im umožňuje vyrábať jedlo zo slnečného žiarenia. Avšak aj v týchto organizmoch jedlo vyrobené fotosyntézou sa bunkovým dýchaním premieňa na bunkovú energiu.
Charakteristickým rysom aeróbneho dýchania v porovnaní s fermentačnými cestami je predpoklad kyslíka a oveľa vyšší výťažok energie na molekulu glukózy.
Glykolýza
Glykolýza je univerzálna začiatočná cesta uskutočňované v cytoplazme buniek na štiepenie glukózy na chemickú energiu. Energia uvoľnená z každej molekuly glukózy sa používa na pripojenie fosfátu ku každej zo štyroch molekúl glukózy adenozíndifosfát (ADP) na výrobu dvoch molekúl adenozíntrifosfátu (ATP) a ďalšej molekuly NADH.
Energia uložená vo fosfátovej väzbe sa používa pri iných bunkových reakciách a často sa považuje za energetickú „menu“ bunky. Pretože však glykolýza vyžaduje prísun energie z dvoch molekúl ATP, čistý výnos z glykolýzy je iba dve molekuly ATP na molekulu glukózy. Samotná glukóza sa počas glykolýzy štiepi na pyruvát.
Aeróbne dýchanie
Aeróbne dýchanie sa vyskytuje v mitochondriách v prítomnosti kyslíka a poskytuje väčšinu energie pre organizmy schopné tohto procesu. Pyruvát sa prevedie na mitochondrie a prevedie sa na acetyl CoA, ktorý sa potom spojí s oxaloacetátom za vzniku kyseliny citrónovej v prvom stupni cyklus kyseliny citrónovej.
Nasledujúca séria konvertuje kyselinu citrónovú späť na oxaloacetát a produkuje molekuly nesúce energiu spolu so spôsobmi nazývanými NADH a FADH.2.
Každé otočenie Krebsovho cyklu je schopné produkovať jednu molekulu ATP a ďalších 17 molekúl ATP prostredníctvom reťazca transportu elektrónov. Pretože glykolýza poskytuje dve molekuly pyruvátu na použitie v Krebsovom cykle, celkový výťažok pre aeróbne dýchanie je 36 ATP na molekulu glukózy navyše k dvom ATP produkovaným počas glykolýza.
Terminálnym akceptorom pre elektróny počas transportného reťazca elektrónov je kyslík.
Kvasenie
Nesmie byť zamieňaný s anaeróbne dýchanie, fermentácia prebieha v neprítomnosti kyslíka v cytoplazme buniek a prevádza pyruvát na odpadový produkt, aby vytvoril molekuly nesúce energiu potrebné na pokračovanie glykolýzy. Pretože jediná energia vyrobená počas fermentácie je prostredníctvom glykolýzy, celkový výťažok na molekulu glukózy je dva ATP.
Zatiaľ čo výroba energie je podstatne menšia ako pri aeróbnom dýchaní, fermentácia umožňuje, aby konverzia paliva na energiu pokračovala bez prítomnosti kyslíka. Príklady fermentácie zahŕňajú fermentáciu kyselinou mliečnou u ľudí a iných zvierat a etanolová fermentácia kvasom. Odpadové produkty sa recyklujú, keď sa organizmus znovu dostane do aeróbneho stavu, alebo sa z organizmu odstránia.
Anaeróbne dýchanie
Anaeróbne dýchanie, ktoré sa nachádza vo vybraných prokaryotoch, využíva elektrónový transportný reťazec rovnako aeróbne dýchanie, ale namiesto použitia kyslíka ako terminálneho akceptora elektrónov sú to ďalšie prvky použité. Medzi tieto alternatívne akceptory patria dusičnany, sírany, síry, oxid uhličitý a ďalšie molekuly.
Tieto procesy významne prispievajú k cyklovaniu živín v pôde a tiež umožňujú týmto organizmom kolonizovať oblasti neobývateľné inými organizmami.
Fotosyntéza
Na rozdiel od rôznych bunkových dýchacích ciest fotosyntézu využívajú rastliny, riasy a niektoré baktérie na výrobu potravy potrebnej pre metabolizmus. V rastlinách dochádza k fotosyntéze v špecializovaných štruktúrach nazývaných chloroplasty, zatiaľ čo fotosyntetické baktérie zvyčajne vykonávajú fotosyntézu pozdĺž membránových výbežkov plazmatickej membrány.
Fotosyntézu možno rozdeliť do dvoch etáp: reakcie závislé od svetla a reakcie nezávislé od svetla.
Počas reakcie závislé od svetla, svetelná energia sa používa na energiu elektrónov odstránených z vody a na výrobu a protónový gradient ktorá zase produkuje molekuly vysokej energie, ktoré poháňajú reakcie nezávislé od svetla. Keď sú elektróny zbavené molekúl vody, molekuly vody sa štiepia na kyslík a protóny.
Protóny prispievajú k protónovému gradientu, ale kyslík sa uvoľňuje. Počas svetelne nezávislých reakcií sa energia vyrobená pri svetelných reakciách používa na výrobu molekúl cukru z oxidu uhličitého pomocou procesu tzv Calvinov cyklus.
Calvinov cyklus produkuje jednu molekulu cukru na každých šesť molekúl oxidu uhličitého. V kombinácii s molekulami vody použitými pri reakciách závislých od svetla je všeobecný vzorec pre fotosyntézu 6 H2O + 6 CO2 + svetlo → C.6H12O6 + 6 O.2.