ความแตกต่างระหว่างการสังเคราะห์แสงการหายใจของเซลล์แบบแอโรบิกและไม่ใช้ออกซิเจน

การหายใจแบบใช้ออกซิเจน การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน และการหมักเป็นวิธีการสำหรับเซลล์ที่มีชีวิตในการผลิตพลังงานจากแหล่งอาหาร ในขณะที่สิ่งมีชีวิตทั้งหมดดำเนินกระบวนการเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งกระบวนการ แต่สิ่งมีชีวิตบางกลุ่มเท่านั้นที่มีความสามารถ การสังเคราะห์แสง ซึ่งทำให้สามารถผลิตอาหารจากแสงแดดได้ อย่างไรก็ตาม แม้ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ อาหาร เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสง ถูกแปลงเป็นพลังงานเซลล์ผ่านการหายใจระดับเซลล์

ลักษณะเด่นของการหายใจแบบใช้ออกซิเจนเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นทางการหมักเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับออกซิเจนและผลผลิตพลังงานต่อโมเลกุลของกลูโคสจะสูงกว่ามาก

Glycolysis เป็นเส้นทางเริ่มต้นที่เป็นสากล ดำเนินการในไซโตพลาสซึมของเซลล์เพื่อสลายกลูโคสให้เป็นพลังงานเคมี พลังงานที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลของกลูโคสแต่ละโมเลกุลถูกใช้เพื่อยึดฟอสเฟตเข้ากับโมเลกุลทั้งสี่ของ อะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) เพื่อผลิตอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) สองโมเลกุลและโมเลกุลเพิ่มเติมของ NADH.

พลังงานที่เก็บไว้ในพันธะฟอสเฟตใช้ในปฏิกิริยาของเซลล์อื่นๆ และมักถูกมองว่าเป็น "สกุลเงิน" ของพลังงานของเซลล์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไกลโคไลซิสต้องการพลังงานจากสองโมเลกุลของเอทีพี ผลผลิตสุทธิจากไกลโคไลซิสจึงเป็นเพียงสองโมเลกุลของเอทีพีต่อโมเลกุลของกลูโคส กลูโคสจะถูกย่อยสลายเป็นไพรูเวตระหว่างไกลโคไลซิส

การหายใจแบบใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียเมื่อมีออกซิเจนและให้พลังงานส่วนใหญ่แก่สิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถในกระบวนการ Pyruvate ถูกย้ายไปยัง mitochondria และเปลี่ยนเป็น acetyl CoA ซึ่งรวมกับ oxaloacetate เพื่อผลิตกรดซิตริกในระยะแรกของ วงจรกรดซิตริก.

ชุดต่อมาจะเปลี่ยนกรดซิตริกกลับเป็นออกซาโลอะซีเตตและผลิตโมเลกุลที่นำพาพลังงานไปพร้อมกับวิธีที่เรียกว่า NADH และ FADH₂.

แต่ละรอบของวงจร Krebs สามารถผลิต ATP ได้หนึ่งโมเลกุล และอีก 17 โมเลกุลของ ATP ผ่านห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน เนื่องจากไกลโคไลซิสให้ไพรูเวตสองโมเลกุลเพื่อใช้ในวงจรเครบส์ ผลผลิตรวมสำหรับ การหายใจแบบใช้ออกซิเจนคือ 36 ATP ต่อโมเลกุลของกลูโคส นอกเหนือจากสอง ATP ที่ผลิตในระหว่าง ไกลโคไลซิส

ตัวรับขั้วสำหรับอิเล็กตรอนระหว่างห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนคือออกซิเจน

เพื่อไม่ให้สับสนกับ การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนการหมักจะเกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนในไซโตพลาสซึมของเซลล์ และเปลี่ยนไพรูเวตเป็นของเสียเพื่อผลิตโมเลกุลที่นำพาพลังงานซึ่งจำเป็นต่อการทำไกลโคไลซิสต่อไป เนื่องจากพลังงานเดียวที่ผลิตได้ระหว่างการหมักคือผ่านกระบวนการไกลโคไลซิส ผลผลิตรวมต่อโมเลกุลของกลูโคสจึงเป็น 2 ATP

แม้ว่าการผลิตพลังงานจะน้อยกว่าการหายใจแบบใช้ออกซิเจนอย่างมาก แต่การหมักช่วยให้การเปลี่ยนเชื้อเพลิงเป็นพลังงานดำเนินต่อไปได้แม้ไม่มีออกซิเจน ตัวอย่างของการหมักได้แก่ การหมักกรดแลคติกในมนุษย์และสัตว์อื่นๆ และ การหมักเอทานอล โดยยีสต์ ของเสียจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่เมื่อสิ่งมีชีวิตกลับเข้าสู่สภาวะแอโรบิกหรือนำออกจากสิ่งมีชีวิต

พบในโปรคาริโอตบางชนิด การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนใช้ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนมากเท่ากับ การหายใจแบบใช้ออกซิเจน แต่แทนที่จะใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเลคตรอนขั้ว องค์ประกอบอื่นๆ คือ ใช้ ตัวรับทางเลือกเหล่านี้รวมถึงไนเตรต ซัลเฟต กำมะถัน คาร์บอนไดออกไซด์ และโมเลกุลอื่นๆ

กระบวนการเหล่านี้เป็นปัจจัยสำคัญในการหมุนเวียนของสารอาหารภายในดินตลอดจนทำให้สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ตั้งรกรากในพื้นที่ที่สิ่งมีชีวิตอื่นไม่สามารถอาศัยอยู่ได้

พืช สาหร่าย และแบคทีเรียบางชนิดใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงต่างจากวิถีการหายใจระดับเซลล์ต่างๆ เพื่อผลิตอาหารที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญ ในพืช การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ ในขณะที่แบคทีเรียสังเคราะห์แสงมักจะทำการสังเคราะห์ด้วยแสงตามส่วนขยายของเมมเบรนของพลาสมาเมมเบรน

การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง และ ปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง.

ในช่วง ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงพลังงานแสงถูกใช้เพื่อให้พลังงานอิเล็กตรอนที่ถูกขับออกจากน้ำและผลิต a โปรตอนไล่ระดับ ซึ่งจะผลิตโมเลกุลพลังงานสูงที่กระตุ้นปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง เมื่ออิเล็กตรอนถูกดึงออกจากโมเลกุลของน้ำ โมเลกุลของน้ำจะถูกแยกย่อยออกเป็นออกซิเจนและโปรตอน

โปรตอนมีส่วนทำให้เกิดการไล่ระดับโปรตอนแต่ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมา ระหว่างปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง พลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเบาจะใช้ในการผลิตโมเลกุลน้ำตาลจากคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า วัฏจักรคาลวิน.

วัฏจักรคาลวินผลิตน้ำตาลหนึ่งโมเลกุลต่อทุกๆ หกโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อรวมกับโมเลกุลของน้ำที่ใช้ในปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง สูตรทั่วไปสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงคือ 6 H₂O + 6 CO₂ + แสง → C₆โฮ₁₂โอ₆ + 6 โอ₂.