Kandungan
Pernafasan aerobik, respirasi anaerob dan fermentasi adalah kaedah untuk sel hidup untuk menghasilkan tenaga dari sumber makanan. Walaupun semua organisma hidup melakukan satu atau lebih proses ini untuk penghasilan tenaga, hanya sekumpulan organisma terpilih yang dapat menghasilkan makanan melalui fotosintesis dari cahaya matahari. Namun, walaupun dalam organisma ini, makanan yang dihasilkan diubah menjadi tenaga selular, melalui pernafasan sel. Ciri khas pernafasan aerobik melalui laluan fermentasi adalah prasyarat untuk oksigen dan hasil tenaga yang jauh lebih tinggi bagi molekul glukosa. Fermentasi dan respirasi anaerob berkongsi ketiadaan oksigen, tetapi respirasi anaerob menggunakan rantai pengangkutan elektron untuk pengeluaran tenaga, seperti pernafasan aerobik, sementara fermentasi hanya menyediakan molekul yang diperlukan untuk glikolisis berterusan, tanpa pengeluaran tenaga. tambahan.
Glikolisis
Glikolisis adalah jalur universal yang dimulakan dalam sitoplasma sel untuk memecah glukosa menjadi tenaga kimia. Tenaga yang dibebaskan dari setiap molekul glukosa digunakan untuk menghubungkan fosfat ke masing-masing empat molekul adenosin difosfat (ADP) untuk menghasilkan dua molekul adenosin trifosfat (ATP) dan molekul NADH tambahan. Tenaga yang tersimpan dalam ikatan fosfat digunakan dalam tindak balas sel lain dan sering dianggap sebagai tenaga "mata wang" sel. Namun, kerana glikolisis memerlukan bekalan tenaga dari dua molekul ATP, hasil bersih glikolisis hanya dua molekul ATP setiap molekul glukosa. Glukosa itu sendiri dipecah semasa glikolisis, menjadi piruvat. Sumber bahan bakar lain, seperti lemak, dimetabolismekan melalui proses lain, misalnya asam lemak spiral, dalam hal asid lemak, untuk menghasilkan molekul bahan bakar yang dapat memasuki saluran udara pada pelbagai titik semasa bernafas.
Pernafasan aerobik
Pernafasan aerobik berlaku dengan adanya oksigen dan menghasilkan sebahagian besar tenaga untuk organisma yang melakukan proses ini. Dalam proses ini, piruvat yang dihasilkan semasa glikolisis diubah menjadi asetil-koenzim A (asetil-CoA) sebelum memasuki kitaran asid sitrik, juga dikenal sebagai kitaran Krebs. Acetyl-CoA digabungkan dengan oksalasetat untuk menghasilkan asid sitrik pada peringkat awal kitaran asid sitrik. Siri seterusnya menukar asid sitrik menjadi oksalasetat dan menghasilkan tenaga pengangkutan untuk molekul yang disebut NADH dan FADH2. Molekul tenaga ini dialihkan ke rantai pengangkutan elektron, atau fosforilasi oksidatif, di mana mereka menghasilkan sebahagian besar ATP yang dihasilkan semasa respirasi sel aerobik. Karbon dioksida dihasilkan sebagai produk buangan semasa kitaran Krebs, sementara oksalasetat yang dihasilkan oleh satu pusingan kitaran Krebs digabungkan dengan asetil-CoA yang lain untuk memulakan prosesnya lagi. Dalam organisma eukariotik, seperti tumbuhan dan haiwan, kedua-dua kitaran Krebs dan rantai pengangkutan elektron berlaku dalam struktur khusus yang disebut mitokondria sementara bakteria yang mampu respirasi aerobik melakukan proses ini di sepanjang membran plasma, kerana mereka tidak mempunyai organel khusus yang terdapat dalam sel eukariotik. Setiap putaran kitaran Krebs mampu menghasilkan satu molekul guanin triphosfat (GTP), yang dengan mudah diubah menjadi ATP, dan 17 molekul tambahan ATP melalui rantai pengangkutan elektron. Oleh kerana glikolisis menghasilkan dua molekul piruvat untuk digunakan dalam kitaran Krebs, jumlah hasil untuk pernafasan aerobik adalah 36 ATP per molekul glukosa, selain dua ATP yang dihasilkan semasa glikolisis. Penerima terminal untuk elektron semasa rantai pengangkutan elektron adalah oksigen.
Penapaian
Agar tidak keliru dengan pernafasan anaerob, fermentasi berlaku dengan ketiadaan oksigen di dalam sitoplasma sel dan mengubah piruvat menjadi produk buangan, menghasilkan tenaga untuk mengisi molekul yang diperlukan untuk meneruskan glikolisis. Oleh kerana tenaga hanya dihasilkan semasa fermentasi melalui glikolisis, jumlah hasil per molekul glukosa adalah dua ATP. Walaupun pengeluaran tenaga jauh lebih kecil daripada respirasi aerobik, fermentasi memungkinkan penukaran bahan bakar menjadi tenaga berterusan tanpa adanya oksigen. Contoh fermentasi termasuk fermentasi asid laktik, pada manusia dan haiwan lain, dan fermentasi etanol oleh ragi. Sisa dikitar semula apabila organisma memasuki keadaan aerobik semula atau dikeluarkan dari organisma.
Pernafasan anaerobik
Didapati di beberapa prokariota, respirasi anaerob menggunakan rantai pengangkutan elektron seperti pernafasan aerobik, tetapi bukannya menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terminal, elemen lain digunakan. Reseptor alternatif ini merangkumi nitrat, sulfat, sulfur, karbon dioksida dan molekul lain. Proses-proses ini merupakan penyumbang penting kepada kitaran nutrien di tanah, dan juga membiarkan organisma ini menjajah kawasan yang tidak dapat dihuni oleh organisma lain. Organisma ini boleh menjadi anaerob wajib, mampu menjalankan proses ini hanya dengan ketiadaan oksigen, atau anaerob fakultatif, mampu menghasilkan tenaga dengan kehadiran atau ketiadaan oksigen. Pernafasan anaerob menghasilkan lebih sedikit tenaga daripada pernafasan aerobik, kerana akseptor elektron alternatif ini tidak cekap seperti oksigen.
Fotosintesis
Tidak seperti pelbagai laluan pernafasan selular, fotosintesis digunakan oleh tumbuhan, alga dan beberapa bakteria untuk menghasilkan makanan yang diperlukan untuk metabolisme. Pada tumbuhan, fotosintesis berlaku dalam struktur khusus yang disebut kloroplas sementara bakteria fotosintesis biasanya melakukan fotosintesis di sepanjang pemanjangan membran plasma. Fotosintesis boleh dibahagikan kepada dua peringkat: reaksi bergantung cahaya dan reaksi bebas cahaya. Semasa tindak balas bergantung pada cahaya, tenaga cahaya digunakan untuk memberi tenaga elektron yang dikeluarkan dari air dan menghasilkan kecerunan proton, yang seterusnya menghasilkan molekul bertenaga tinggi yang memicu reaksi cahaya bebas. Oleh kerana elektron ditarik keluar dari molekul air, mereka dipecah menjadi oksigen dan proton. Proton menyumbang kepada kecerunan proton, tetapi oksigen dilepaskan. Semasa tindak balas cahaya bebas, tenaga yang dihasilkan semasa tindak balas cahaya digunakan untuk menghasilkan molekul gula dari karbon dioksida melalui proses yang disebut Calvin Cycle. Kitaran Calvin menghasilkan satu molekul gula untuk setiap enam molekul karbon dioksida. Digabungkan dengan molekul air yang digunakan dalam tindak balas bergantung cahaya, formula umum untuk fotosintesis adalah 6 H2O + 6 CO2 + cahaya -> C6H12O6 + 6 O2.