Все життя потребує енергії для здійснення життєвих функцій. Навіть сидіння та читання вимагає енергії. Зростання, травлення, рух: все вимагає витрат енергії. Біг марафону забирає багато сил. Отже, звідки береться вся ця енергія?
Паливо для енергії
Енергія, необхідна для виконання життєвих функцій, походить від розщеплення цукру. Фотосинтез використовує енергію сонця для поєднання вуглекислого газу та води з утворенням глюкози (цукру), виділяючи кисень як відхідний продукт. Рослини зберігають цю глюкозу як цукор або як крохмаль. Тварини, гриби, бактерії та - інколи - інші рослини живляться цими рослинними ресурсами, розщеплюючи крохмаль або цукор, щоб звільнити накопичену енергію.
Порівняння ферментації та клітинного дихання
Бродіння та клітинне дихання відрізняються одним критичним фактором: киснем. Клітинне дихання використовує кисень у хімічній реакції, яка виділяє енергію з їжі. Бродіння відбувається в анаеробному або виснаженому киснем середовищі. Оскільки для бродіння не використовується кисень, молекула цукру не руйнується повністю, а тому виділяє менше енергії. Процес бродіння в клітинах виділяє близько двох енергетичних одиниць, тоді як клітинне дихання виділяє загалом близько 38 енергетичних одиниць.
Енергія клітинного дихання
При клітинному диханні кисень поєднується з цукрами, виділяючи енергію. Цей процес починається в цитоплазмі, а завершується в мітохондріях. У цитоплазмі один цукор розпадається на дві молекули піровиноградної кислоти, виділяючи дві енергетичні одиниці аденозинтрифосфату або АТФ. Дві молекули піровиноградної кислоти переміщуються в мітохондрії, де кожна молекула перетворюється в молекулу, яка називається ацетил КоА. Атоми водню ацетил КоА видаляються в присутності кисню, щоразу виділяючи електрон, поки водень не залишається. На даний момент ацетил-КоА розщеплюється, і залишаються лише вуглекислий газ та вода. Цей процес вивільняє чотири енергоблоки АТФ. Тепер електрони проходять по ланцюгу транспорту електронів, зрештою вивільняючи близько 32 одиниць АТФ. Отже, процес клітинного дихання вивільняє близько 38 одиниць енергії АТФ з кожної молекули глюкози.
Енергія від процесу бродіння
Що робити, якщо клітині не вистачає кисню для клітинного дихання? Фраза "відчути опік" випливає з цього анаеробного шляху. Якщо рівень клітини в клітині занадто низький для клітинного дихання, як правило, тому, що легені не можуть встигати за потребою клітини в кисні, тоді відбувається бродіння клітинного дихання. У цьому випадку молекула цукру розпадається лише в цитоплазмі клітини, виділяючи близько двох енергетичних одиниць АТФ. Процес розпаду в мітохондріях не триває. Цей частковий розпад глюкози виділяє трохи енергії, щоб клітина могла продовжувати працювати, але в результаті неповної реакції утворюється молочна кислота, яка накопичується в клітині. Це молочнокисле бродіння викликає відчуття печіння, коли м’язи не отримують достатньо кисню для клітинного дихання.