Čo sa nerecykluje v bunkovom dýchaní?

Prevažujúce formy viditeľného života na Zemi, rastliny a zvieratá fungujú komplementárne, čo určite nie je náhoda.

Látka nevyhnutná pre výživu rastlín nie je ničím iným ako odpadovým produktom u ľudí a iných zvierat a látku vyhodenú ako odpad rastlinami potrebujú zvieratá (a rôzne časti tej istej rastlinnej bunky) na aeróbne účely dýchanie. Týmto spôsobom sú „konzervované“ aj ďalšie molekuly.

Štyri látky recyklované počas fotosyntézy a dýchania sú: oxid uhličitý (CO₂), ktorý je emitovaný ako odpad v bunkovom dýchaní a používaný rastlinami na výrobu glukózy, kyslík (O.₂), ktorý je emitovaný ako odpad rastlinami a prijímaný zvieratami na umožnenie bunkového dýchania, glukóza (C₆H₁₂O₆), ktorý sa spotrebúva v bunkovom dýchaní a vyrába sa z CO₂ pri fotosyntéze a voda(H₂O), ktorý je odpadovým produktom bunkového dýchania, ale je potrebný na fotosyntézu a na množstvo ďalších reakcií.

V niektorých formách bunkové dýchanie, hoci látky sú nie recyklujú sa v reakciách a sú teda považované za odpad, aj keď to nevyhnutne neznamená, že ľudia nenašli použitie tohto „jednorazového“ materiálu.

Fotosyntéza je to, ako rastliny, ktoré nemajú ústa a tráviaci systém všeobecne, prijímajú potravu. Prijímaním plynného oxidu uhličitého cez otvory v listoch nazývané stómia začleňujú surovinu potrebnú na tvorbu glukózy. Časť tejto glukózy si samotná rastlina využíva v bunkovom dýchaní, zatiaľ čo zvyšok sa môže stať potravou pre zvieratá.

Prvá časť fotosyntézy sa skladá z svetelné reakcie a vyžaduje na pokračovanie svetelný zdroj. Svetlo zasahuje štruktúry vo vnútri rastlinných buniek tzv chloroplasty, ktoré obsahujú tylakoidy, ktoré zase obsahujú skupinu pigmentov tzv chlorofyl. Konečným výsledkom je zber energie pre druhú časť fotosyntézy a uvoľnenie plynného kyslíka ako odpadu.

V temné reakcie, ktoré nevyžadujú slnečné žiarenie (ale nie sú ním nepriaznivo ovplyvnené), oxid uhličitý sa kombinuje s päťuhlíkovým zlúčenina zvaná ribulóza-1,5-bifosfát, aby sa vytvoril šesťuhlíkový medziprodukt, z ktorého sa nakoniec stane glukóza. Energia pre túto fázu pochádza z ATP a NADPH vyrábaných pri svetelných reakciách.

Rovnica fotosyntézy je:

6 CO₂ + 6 H₂O + svetelná energia → C₆H₁₂O₆ + 6 O.₂

Bunkové dýchanie je úplná oxidácia glukózy v eukaryotických bunkách.

Zahŕňa štyri kroky: glykolýzakonverzia glukózy na pyruvát nezávislá od kyslíka; mostíková reakcia, ktorou je oxidácia pyruvátu na acetyl koenzým A, Krebsov cyklus, ktorá kombinovala acetyl CoA s oxaloacetátom za vzniku zlúčeniny so šiestimi uhlíkmi, ktorá sa nakoniec znova prevedie na oxaloacetát, čím sa poskytnú elektrónové nosiče a ATP a reťazec transportu elektrónov, kde sa generuje väčšina ATP bunkového dýchania.

Posledné tri z týchto krokov, ktoré zahŕňajú aeróbne dýchanie, sa vyskytujú v mitochondriách, zatiaľ čo glykolýza sa vyskytuje v cytoplazme. Častou mylnou predstavou je, že rastliny prechádzajú fotosyntézou namiesto bunkové dýchanie; v skutočnosti používajú oboje, pričom pomocou prvého procesu vyrábajú glukózu ako vstup pre druhý proces.

Úplná rovnica pre bunkové dýchanie je

C.₆H₁₂O₆ + 6 O.₂→6 CO₂ + 6 H₂O + 36 (alebo 38) ATP

Ak pyruvát nie je možné spracovať aeróbnymi reakciami bunkového dýchania, buď preto, že nie je k dispozícii dostatok kyslíka, alebo organizmu chýba enzýmy, ktoré ho dokážu využiť, kvasenie je jedna alternatíva. To sa stane, keď naštartujete all-out šprint alebo zdvihnete ťažké váhy a dostanete sa do „kyslíkového dlhu“ z tohto anaeróbneho cvičenia.

V tomto procese fermentácia kyselinou mliečnou, ktorý sa tiež vyskytuje v cytoplazme, sa pyruvát premieňa na kyselinu mliečnu pri redukčnej reakcii, ktorá generuje NAD⁺ z NADH. Toto robí viac NAD⁺ dostupné pre glykolýzu, ktorá má spolu s odstránením pyruvátu z prostredia tendenciu hnať glykolýzu vpred. Laktát môžu niektoré živočíšne bunky použiť, všeobecne sa však považuje za odpadový produkt.

V kvasinkách sa pri fermentácii namiesto laktátu získa dvojuhlíkový produkt, etanol. Aj keď je to stále odpad, je nepopierateľné, že ľudské spoločnosti by vyzerali úplne inak, keby na celom svete nebol etanol, aktívna zložka alkoholických nápojov.