การหมักแตกต่างจากการหายใจของเซลล์อย่างไร?

ทุกชีวิตต้องการพลังงานเพื่อดำเนินชีวิตต่อไป แม้แต่การนั่งอ่านหนังสือก็ใช้พลังงาน การเจริญเติบโต การย่อยอาหาร การเคลื่อนไหว: ทั้งหมดต้องใช้พลังงาน การวิ่งมาราธอนใช้พลังงานมาก ดังนั้นพลังงานทั้งหมดนั้นมาจากไหน?

พลังงานที่จำเป็นต่อการทำงานของชีวิตมาจากการสลายตัวของน้ำตาล การสังเคราะห์ด้วยแสงใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์เพื่อรวมคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเข้าด้วยกันเพื่อสร้างกลูโคส (น้ำตาล) โดยปล่อยออกซิเจนเป็นของเสีย พืชเก็บกลูโคสนี้เป็นน้ำตาลหรือแป้ง สัตว์ เชื้อรา แบคทีเรีย และ – บางครั้ง – พืชอื่นๆ กินทรัพยากรพืชเหล่านี้ ทำลายแป้งหรือน้ำตาลเพื่อปลดปล่อยพลังงานที่เก็บไว้

การหมักและการหายใจระดับเซลล์แตกต่างกันในปัจจัยสำคัญประการหนึ่ง นั่นคือ ออกซิเจน การหายใจระดับเซลล์ใช้ออกซิเจนในปฏิกิริยาเคมีที่ปล่อยพลังงานออกจากอาหาร การหมักเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช้ออกซิเจนหรือออกซิเจน เนื่องจากการหมักไม่ใช้ออกซิเจน โมเลกุลน้ำตาลจึงไม่สลายตัวจนหมด จึงปล่อยพลังงานออกมาน้อยลง กระบวนการหมักในเซลล์จะปล่อยหน่วยพลังงานประมาณ 2 หน่วย ในขณะที่การหายใจระดับเซลล์จะปล่อยหน่วยพลังงานทั้งหมดประมาณ 38 หน่วย

ในการหายใจระดับเซลล์ ออกซิเจนจะรวมกับน้ำตาลเพื่อปลดปล่อยพลังงาน กระบวนการนี้เริ่มต้นในไซโตพลาสซึมและเสร็จสิ้นในไมโตคอนเดรีย ในไซโทพลาซึม น้ำตาลหนึ่งตัวถูกแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลของกรดไพรูวิก โดยปล่อยหน่วยพลังงานสองหน่วยของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟตหรือเอทีพี โมเลกุลของกรดไพรูวิกทั้งสองจะเคลื่อนเข้าสู่ไมโตคอนเดรีย โดยที่แต่ละโมเลกุลจะถูกแปลงเป็นโมเลกุลที่เรียกว่าอะเซทิลโคเอ อะตอมไฮโดรเจนของ acetyl CoA จะถูกลบออกเมื่อมีออกซิเจน โดยจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาในแต่ละครั้ง จนกว่าจะไม่มีไฮโดรเจนเหลืออยู่ ณ จุดนี้ acetyl CoA ถูกทำลายลง และเหลือเพียงคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเท่านั้น กระบวนการนี้ปล่อยหน่วยพลังงาน ATP สี่หน่วย ตอนนี้อิเล็กตรอนผ่านห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ในที่สุดก็ปล่อยเอทีพีประมาณ 32 หน่วย ดังนั้น กระบวนการหายใจระดับเซลล์จะปล่อยหน่วยพลังงาน ATP ประมาณ 38 หน่วยจากโมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุล

เกิดอะไรขึ้นถ้าเซลล์มีออกซิเจนไม่เพียงพอสำหรับการหายใจของเซลล์? วลี "รู้สึกแสบร้อน" เป็นผลมาจากเส้นทางที่ไม่ใช้ออกซิเจนนี้ ถ้าระดับออกซิเจนของเซลล์ต่ำเกินไปสำหรับการหายใจของเซลล์ โดยปกติเนื่องจากปอดไม่สามารถให้ทันกับความต้องการออกซิเจนของเซลล์ การหายใจระดับเซลล์ของการหมักก็จะเกิดขึ้น ในกรณีนี้ โมเลกุลน้ำตาลจะแตกตัวในไซโตพลาสซึมของเซลล์เท่านั้น โดยปล่อยหน่วยพลังงาน ATP ประมาณสองหน่วย กระบวนการสลายไม่ดำเนินต่อไปในไมโตคอนเดรีย การสลายกลูโคสบางส่วนนี้จะปล่อยพลังงานออกมาเล็กน้อยเพื่อให้เซลล์สามารถทำงานได้ต่อไป แต่ปฏิกิริยาที่ไม่สมบูรณ์จะทำให้เกิดกรดแลคติกซึ่งสร้างขึ้นในเซลล์ การหมักกรดแลคติกนี้ทำให้เกิดความรู้สึกแสบร้อนเมื่อกล้ามเนื้อไม่ได้รับออกซิเจนเพียงพอสำหรับการหายใจของเซลล์