Inhoud
Aërobe ademhaling, anaërobe ademhaling en fermentatie zijn methoden voor levende cellen om energie uit voedselbronnen te produceren. Hoewel alle levende organismen een of meer van deze processen uitvoeren, is slechts een selecte groep organismen in staat fotosynthese waardoor ze voedsel uit zonlicht kunnen produceren. Zelfs in deze organismen wordt het voedsel dat wordt geproduceerd door fotosynthese echter omgezet in cellulaire energie door cellulaire ademhaling.
Een onderscheidend kenmerk van aerobe ademhaling in vergelijking met gistingsroutes is de voorwaarde voor zuurstof en de veel hogere opbrengst aan energie per molecuul glucose.
glycolyse
Glycolyse is een universeel beginpad dat wordt uitgevoerd in het cytoplasma van cellen voor het afbreken van glucose in chemische energie. De energie die vrijkomt uit elke glucosemolecule wordt gebruikt om een fosfaat te binden aan elk van de vier moleculen adenosinedifosfaat (ADP) om twee moleculen adenosinetrifosfaat (ATP) en een extra NADH-molecule te produceren.
De energie die is opgeslagen in de fosfaatbinding wordt gebruikt in andere cellulaire reacties en wordt vaak beschouwd als de energie "valuta" van de cel. Omdat glycolyse echter de invoer van energie uit twee ATP-moleculen vereist, is de netto opbrengst van glycolyse slechts twee ATP-moleculen per glucosemolecuul. De glucose zelf wordt tijdens glycolyse afgebroken tot pyruvaat.
Aerobe ademhaling
Aerobe ademhaling vindt plaats in mitochondriën in aanwezigheid van zuurstof en levert de meeste energie voor organismen die in staat zijn tot het proces. Pyruvaat wordt verplaatst naar mitochondria en omgezet in acetyl CoA, dat vervolgens wordt gecombineerd met oxaloacetaat om citroenzuur te produceren in de eerste fase van de citroenzuurcyclus.
De volgende serie zet het citroenzuur terug in oxaloacetaat en produceert energiedragende moleculen samen met de naam NADH en FADH2.
Elke draai van de Krebs-cyclus is in staat om één molecuul ATP en nog eens 17 moleculen ATP door de elektrontransportketen te produceren. Aangezien glycolyse twee moleculen pyruvaat oplevert voor gebruik in de Krebs-cyclus, is de totale opbrengst voor aerobe ademhaling 36 ATP per molecuul glucose naast de twee ATP geproduceerd tijdens glycolyse.
De terminale acceptor voor de elektronen tijdens de elektrontransportketen is zuurstof.
Fermentatie
Niet te verwarren met anaërobe ademhaling, fermentatie vindt plaats in afwezigheid van zuurstof in het cytoplasma van cellen en zet pyruvaat om in een afvalproduct om de energiedragende moleculen te produceren die nodig zijn om glycolyse voort te zetten. Aangezien de enige energie die tijdens de fermentatie wordt geproduceerd, via glycolyse is, is de totale opbrengst per molecuul glucose twee ATP.
Hoewel de energieproductie aanzienlijk minder is dan aerobe ademhaling, maakt fermentatie het mogelijk om de omzetting van brandstof in energie voort te zetten in afwezigheid van zuurstof. Voorbeelden van fermentatie omvatten melkzuurfermentatie bij mensen en andere dieren en ethanolfermentatie door gist. De afvalproducten worden ofwel gerecycled wanneer het organisme opnieuw in een aerobe toestand komt of uit het organisme worden verwijderd.
Anaërobe ademhaling
Gevonden in geselecteerde prokaryoten, maakt anaërobe ademhaling gebruik van een elektrontransportketen die evenveel is als aerobe ademhaling, maar in plaats van zuurstof te gebruiken als terminale elektronenacceptor, worden andere elementen gebruikt. Deze alternatieve acceptoren omvatten nitraat, sulfaat, zwavel, koolstofdioxide en andere moleculen.
Deze processen leveren een belangrijke bijdrage aan het circuleren van voedingsstoffen in de bodem en zorgen ervoor dat deze organismen gebieden kunnen koloniseren die niet bewoonbaar zijn door andere organismen.
Fotosynthese
In tegenstelling tot de verschillende cellulaire ademhalingswegen, wordt fotosynthese gebruikt door planten, algen en sommige bacteriën om het voedsel te produceren dat nodig is voor de stofwisseling. In planten vindt fotosynthese plaats in gespecialiseerde structuren die chloroplasten worden genoemd, terwijl fotosynthetische bacteriën typisch fotosynthese uitvoeren langs membraneuze verlengingen van het plasmamembraan.
Fotosynthese kan worden onderverdeeld in twee fasen: de lichtafhankelijke reacties en de lichtonafhankelijke reacties.
Tijdens de lichtafhankelijke reacties wordt lichtenergie gebruikt om elektronen uit water te bekrachtigen en een te produceren protongradiënt die op zijn beurt energiemoleculen produceert die de lichtonafhankelijke reacties voeden. Terwijl de elektronen worden ontdaan van watermoleculen, worden de watermoleculen afgebroken tot zuurstof en protonen.
De protonen dragen bij aan de protongradiënt maar de zuurstof komt vrij. Tijdens de lichtonafhankelijke reacties wordt de energie die tijdens de lichtreacties wordt geproduceerd, gebruikt om suikermoleculen te produceren uit kooldioxide via een proces dat de Calvin-cyclus wordt genoemd.
De Calvin-cyclus produceert één molecuul suiker voor elke zes moleculen koolstofdioxide. Gecombineerd met de watermoleculen die worden gebruikt in de lichtafhankelijke reacties, is de algemene formule voor fotosynthese 6 H2O + 6 CO2 + licht → C6H12O6 + 6 O2.