V čem se fermentacija razlikuje od celičnega dihanja?

Vse življenje potrebuje energijo za izvajanje življenjskih funkcij. Tudi sedenje in branje jemlje energijo. Rast, prebava, gibanje: vsi zahtevajo porabo energije. Tek maratona zahteva veliko energije. Torej, od kod vsa ta energija?

Energija, potrebna za izvajanje življenjskih funkcij, prihaja iz razgradnje sladkorja. Fotosinteza uporablja sončno energijo za kombiniranje ogljikovega dioksida in vode, da nastane glukoza (sladkor), pri čemer kisik oddaja kot odpadni produkt. Rastline shranjujejo to glukozo kot sladkor ali kot škrob. Živali, glive, bakterije in - včasih - druge rastline se s temi rastlinskimi viri napajajo in razgrajujejo škrob ali sladkor, da sprostijo shranjeno energijo.

Fermentacija in celično dihanje se razlikujeta po enem kritičnem dejavniku: kisik. Celično dihanje v kemijski reakciji uporablja kisik, ki sprošča energijo iz hrane. Fermentacija poteka v anaerobnem okolju ali okolju, ki ima pomanjkanje kisika. Ker fermentacija ne uporablja kisika, se molekula sladkorja ne razgradi popolnoma in tako sprosti manj energije. Proces fermentacije v celicah sprosti približno dve energijski enoti, medtem ko celično dihanje sprosti skupaj približno 38 energijskih enot.

Pri celičnem dihanju se kisik kombinira s sladkorji, da sprosti energijo. Ta proces se začne v citoplazmi in zaključi v mitohondrijih. V citoplazmi se en sladkor razbije na dve molekuli piruvične kisline in sprosti dve energijski enoti adenozin trifosfata ali ATP. Molekuli piruvične kisline se premakneta v mitohondrije, kjer se vsaka molekula pretvori v molekulo, imenovano acetil CoA. Vodikovi atomi acetil CoA se odstranijo v prisotnosti kisika in vsakič sprostijo elektron, dokler ne ostane vodika. V tem trenutku se razgradi acetil CoA, ostaneta le še ogljikov dioksid in voda. Ta postopek sprosti štiri energetske enote ATP. Zdaj elektroni prehajajo po elektronski transportni verigi in na koncu sprostijo približno 32 enot ATP. Torej proces celičnega dihanja sprosti približno 38 energijskih enot ATP iz vsake molekule glukoze.

Kaj pa, če celica nima dovolj kisika za celično dihanje? Iz te anaerobne poti izhaja stavek "občutiti opekline". Če je raven kisika v celici prenizka za celično dihanje, običajno zato, ker pljuča ne morejo slediti celični potrebi po kisiku, potem pride do fermentacijskega celičnega dihanja. V tem primeru se molekula sladkorja razgradi le v citoplazmi celice in sprosti približno dve energijski enoti ATP. Proces razgradnje se v mitohondrijih ne nadaljuje. Ta delna razgradnja glukoze sprosti malo energije, da celica lahko še naprej deluje, vendar nepopolna reakcija povzroči mlečno kislino, ki se kopiči v celici. Ta mlečnokislinska fermentacija povzroča pekoč občutek, ko mišice ne dobijo dovolj kisika za celično dihanje.