Tüm yaşam, yaşamın işlevlerini sürdürmek için enerjiye ihtiyaç duyar. Oturmak ve okumak bile enerji alır. Büyüme, sindirim, hareket: hepsi bir enerji harcaması gerektirir. Bir maraton koşmak çok fazla enerji gerektirir. Peki, tüm bu enerji nereden geliyor?
Enerji için Yakıt
Yaşam fonksiyonlarını yerine getirmek için gereken enerji şekerin parçalanmasından gelir. Fotosentez, karbondioksit ve suyu birleştirerek glikoz (şeker) oluşturmak için güneş enerjisini kullanır ve atık ürün olarak oksijeni açığa çıkarır. Bitkiler bu glikozu şeker veya nişasta olarak depolar. Hayvanlar, mantarlar, bakteriler ve - bazen - diğer bitkiler, depolanan enerjiyi serbest bırakmak için nişastayı veya şekeri parçalayarak bu bitki kaynaklarını besler.
Fermantasyon ve Hücresel Solunumun Karşılaştırılması
Fermantasyon ve hücresel solunum, kritik bir faktörde farklılık gösterir: oksijen. Hücresel solunum, gıdalardan enerjiyi serbest bırakan kimyasal reaksiyonda oksijeni kullanır. Fermantasyon, anaerobik veya oksijeni tükenmiş bir ortamda gerçekleşir. Fermantasyon oksijen kullanmadığından şeker molekülü tamamen parçalanmaz ve böylece daha az enerji açığa çıkarır. Hücrelerdeki fermantasyon süreci yaklaşık iki enerji birimini serbest bırakırken, hücresel solunum toplam yaklaşık 38 enerji birimini serbest bırakır.
Hücresel Solunumdan Gelen Enerji
Hücresel solunumda oksijen, enerjiyi serbest bırakmak için şekerlerle birleşir. Bu süreç sitoplazmada başlar ve mitokondride tamamlanır. Sitoplazmada, bir şeker iki molekül piruvik asit halinde parçalanır ve iki enerji birimi adenozin trifosfat veya ATP açığa çıkar. İki piruvik asit molekülü, her molekülün asetil CoA adı verilen bir moleküle dönüştürüldüğü mitokondriye hareket eder. Asetil CoA'nın hidrojen atomları oksijen varlığında çıkarılır ve hiç hidrojen kalmayıncaya kadar her seferinde bir elektron serbest bırakılır. Bu noktada asetil CoA parçalanır ve geriye sadece karbondioksit ve su kalır. Bu süreç, dört ATP enerji birimini serbest bırakır. Şimdi elektronlar elektron taşıma zincirinden geçerek sonunda yaklaşık 32 ATP birimini serbest bırakır. Böylece, hücresel solunum süreci, her bir glikoz molekülünden yaklaşık 38 ATP enerji birimini serbest bırakır.
Fermantasyon Sürecinden Gelen Enerji
Hücrenin hücresel solunum için yeterli oksijeni yoksa ne olur? "Yanmayı hisset" ifadesi bu anaerobik yoldan kaynaklanır. Hücrenin oksijen seviyesi, genellikle akciğerler hücrenin oksijen ihtiyacını karşılayamadığı için hücresel solunum için çok düşükse, fermentasyon hücresel solunum gerçekleşir. Bu durumda, şeker molekülü sadece hücrenin sitoplazmasında parçalanır ve yaklaşık iki ATP enerji birimini serbest bırakır. Mitokondride bozulma süreci devam etmez. Glikozun bu kısmi parçalanması, hücrenin çalışmaya devam edebilmesi için biraz enerji açığa çıkarır, ancak tamamlanmamış reaksiyon, hücrede biriken laktik asit üretir. Bu laktik asit fermantasyonu, kaslar hücresel solunum için yeterli oksijen almadığında yanma hissine neden olur.