תוֹכֶן
כל החיים זקוקים לאנרגיה בכדי להעביר פונקציות חיים. אפילו ישיבה וקריאה גוזלת אנרגיה. צמיחה, עיכול, תנועה: כולם דורשים הוצאה של אנרגיה. ריצת מרתון דורשת הרבה אנרגיה. אז מאיפה כל האנרגיה הזו מגיעה?
דלק לאנרגיה
האנרגיה הנדרשת לביצוע פעולות חיים מגיעה מפירוק הסוכר. הפוטוסינתזה משתמשת באנרגיות השמש כדי לשלב פחמן דו חמצני ומים ליצירת גלוקוז (סוכר), ומפליטה חמצן כתוצר פסולת. צמחים מאחסנים גלוקוז זה כסוכר או כעמילן. בעלי חיים, פטריות, חיידקים ולעיתים - צמחים אחרים, מאכילים את משאבי הצמח הללו, מפרקים את העמילן או הסוכר כדי לשחרר את האנרגיה המאוחסנת.
השוואת תסיסה ונשימה סלולרית
תסיסה ונשימה סלולרית נבדלים זה מזה בגורם קריטי אחד: חמצן. נשימה תאית משתמשת בחמצן בתגובה הכימית שמשחררת אנרגיה מהמזון. תסיסה מתרחשת בסביבה אנאירובית או מדוללת חמצן. מכיוון שהתסיסה אינה משתמשת בחמצן, מולקולת הסוכר לא מתפרקת לחלוטין ולכן משחררת פחות אנרגיה. תהליך התסיסה בתאים משחרר כשתי יחידות אנרגיה ואילו הנשימה התאית משחררת בסך הכל כ 38 יחידות אנרגיה.
אנרגיה מהנשמה סלולרית
בהנשמה סלולרית, חמצן משלב עם סוכרים כדי לשחרר אנרגיה. תהליך זה מתחיל בציטופלזמה ומושלם במיטוכונדריה. בציטופלזמה נשבר סוכר אחד לשתי מולקולות של חומצה פירובית, ומשחרר שתי יחידות אנרגיה של אדנוזין טריפוספט או ATP. שתי מולקולות החומצה הפירובית עוברות למיטוכונדריה בהן כל מולקולה מומרת למולקולה הנקראת אצטיל CoA. אטומי המימן של אצטיל CoA מוסרים בנוכחות חמצן ומשחררים אלקטרונים בכל פעם עד שלא נשאר שום מימן. בשלב זה ה- CoA של אצטיל התפרק, ונשארו רק פחמן דו חמצני ומים. תהליך זה משחרר ארבע יחידות אנרגיה של ATP. כעת האלקטרונים עוברים לאורך שרשרת הובלת האלקטרונים, ובסופו של דבר משחררים כ- 32 יחידות ATP. אז, תהליך הנשימה התאית משחרר כ- 38 יחידות אנרגיה ATP מכל מולקולת גלוקוז.
אנרגיה מתהליך התסיסה
מה אם לתא אין מספיק חמצן לנשימה תאית? הביטוי "מרגיש את הכוויה" נובע ממסלול אנאירובי זה. אם רמת החמצן בתאים נמוכה מדי לנשימה סלולרית, בדרך כלל מכיוון שהריאות לא מצליחות לעמוד בקצב הצורך של החמצן בתאים, אז הנשימה תאי תסיסה מתרחשת. במקרה זה, מולקולת הסוכר מתפרקת רק בציטופלזמה של התאים ומשחררת כשתי יחידות אנרגיה של ATP. תהליך הפירוק לא נמשך במיטוכונדריה. פירוק חלקי זה של הגלוקוז משחרר מעט אנרגיה כך שהתא יוכל להמשיך לעבוד, אך התגובה הלא שלמה מייצרת חומצה לקטית המצטברת בתא. תסיסה של חומצת חלב זו גורמת לתחושת הצריבה כאשר השרירים אינם מקבלים מספיק חמצן לנשימה סלולרית.