NộI Dung
Hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí và lên men là phương pháp để các tế bào sống sản xuất năng lượng từ các nguồn thực phẩm. Trong khi tất cả các sinh vật sống tiến hành một hoặc nhiều quá trình này, chỉ một nhóm sinh vật được chọn có khả năng quang hợp cho phép họ sản xuất thực phẩm từ ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, ngay cả trong các sinh vật này, thực phẩm được tạo ra bởi quá trình quang hợp được chuyển đổi thành năng lượng tế bào thông qua hô hấp tế bào.
Một đặc điểm khác biệt của hô hấp hiếu khí so với con đường lên men là điều kiện tiên quyết cho oxy và năng suất cao hơn nhiều trên mỗi phân tử glucose.
Glycolysis
Glycolysis là một con đường bắt đầu phổ quát được tiến hành trong tế bào chất của các tế bào để phá vỡ glucose thành năng lượng hóa học. Năng lượng được giải phóng từ mỗi phân tử glucose được sử dụng để gắn một phân lân vào mỗi bốn phân tử adenosine diphosphate (ADP) để tạo ra hai phân tử adenosine triphosphate (ATP) và một phân tử NADH bổ sung.
Năng lượng được lưu trữ trong liên kết phốt phát được sử dụng trong các phản ứng tế bào khác và thường được coi là "tiền tệ" năng lượng của tế bào. Tuy nhiên, vì glycolysis đòi hỏi đầu vào của năng lượng từ hai phân tử ATP, nên năng suất ròng từ glycolysis chỉ là hai phân tử ATP trên mỗi phân tử glucose. Bản thân glucose bị phân hủy thành pyruvate trong quá trình glycolysis.
Hô hấp hiếu khí
Hô hấp hiếu khí xảy ra ở ty thể với sự hiện diện của oxy và mang lại phần lớn năng lượng cho các sinh vật có khả năng xử lý. Pyruvate được chuyển vào ty thể và chuyển thành acetyl CoA, sau đó được kết hợp với oxaloacetate để tạo ra axit citric trong giai đoạn đầu tiên của chu trình axit citric.
Chuỗi tiếp theo chuyển đổi axit citric trở lại thành oxaloacetate và tạo ra các phân tử mang năng lượng cùng với cách gọi là NADH và FADH2.
Mỗi lượt của chu trình Krebs có khả năng tạo ra một phân tử ATP và thêm 17 phân tử ATP thông qua chuỗi vận chuyển điện tử. Vì glycolysis tạo ra hai phân tử pyruvate để sử dụng trong chu trình Krebs, nên tổng năng suất cho hô hấp hiếu khí là 36 ATP trên mỗi phân tử glucose cùng với hai ATP được tạo ra trong quá trình glycolysis.
Thiết bị chấp nhận đầu cuối cho các electron trong chuỗi vận chuyển điện tử là oxy.
Lên men
Không nhầm lẫn với hô hấp kị khí, quá trình lên men xảy ra trong trường hợp không có oxy trong tế bào chất của tế bào và chuyển pyruvate thành sản phẩm thải để tạo ra các phân tử mang năng lượng cần thiết để tiếp tục quá trình glycolysis. Vì năng lượng duy nhất được tạo ra trong quá trình lên men là thông qua quá trình đường phân, nên tổng năng suất trên mỗi phân tử glucose là hai ATP.
Trong khi việc sản xuất năng lượng ít hơn đáng kể so với hô hấp hiếu khí, quá trình lên men cho phép chuyển đổi nhiên liệu thành năng lượng để tiếp tục trong trường hợp không có oxy. Ví dụ về quá trình lên men bao gồm lên men axit lactic ở người và các động vật khác và lên men ethanol bằng men. Các chất thải được tái chế khi sinh vật trở lại trạng thái hiếu khí hoặc loại bỏ khỏi sinh vật.
Hô hấp kỵ khí
Được tìm thấy trong các prokaryote chọn lọc, hô hấp kị khí sử dụng chuỗi vận chuyển điện tử giống như hô hấp hiếu khí nhưng thay vì sử dụng oxy làm chất nhận điện tử cuối, các yếu tố khác được sử dụng. Những chất nhận thay thế này bao gồm nitrat, sunfat, lưu huỳnh, carbon dioxide và các phân tử khác.
Các quá trình này là những đóng góp quan trọng cho việc luân chuyển các chất dinh dưỡng trong đất cũng như cho phép các sinh vật này xâm chiếm các khu vực không thể ở được bởi các sinh vật khác.
Quang hợp
Không giống như các con đường hô hấp tế bào khác nhau, quang hợp được sử dụng bởi thực vật, tảo và một số vi khuẩn để sản xuất thức ăn cần thiết cho quá trình trao đổi chất. Ở thực vật, quá trình quang hợp xảy ra trong các cấu trúc chuyên biệt gọi là lục lạp trong khi vi khuẩn quang hợp thường thực hiện quá trình quang hợp dọc theo các phần mở rộng màng của màng plasma.
Quang hợp có thể được chia thành hai giai đoạn: phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng và phản ứng độc lập với ánh sáng.
Trong các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để tạo năng lượng cho các electron bị loại bỏ khỏi nước và tạo ra một độ dốc proton do đó tạo ra các phân tử năng lượng cao cung cấp năng lượng cho các phản ứng không phụ thuộc vào ánh sáng. Khi các electron bị tước khỏi các phân tử nước, các phân tử nước bị phân hủy thành oxy và proton.
Các proton đóng góp vào gradient proton nhưng oxy được giải phóng. Trong các phản ứng không phụ thuộc vào ánh sáng, năng lượng được tạo ra trong các phản ứng ánh sáng được sử dụng để tạo ra các phân tử đường từ carbon dioxide thông qua một quá trình gọi là Chu trình Calvin.
Chu trình Calvin tạo ra một phân tử đường cho mỗi sáu phân tử carbon dioxide. Kết hợp với các phân tử nước được sử dụng trong các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng, công thức chung cho quang hợp là 6 giờ2O + 6 CO2 + ánh sáng → C6H12Ôi6 + 6 O2.