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호기성 호흡, 혐기성 호흡 및 발효는 살아있는 세포가 식품 공급원에서 에너지를 생산하는 방법입니다. 모든 살아있는 유기체는 에너지 생산을 위해 이러한 과정 중 하나 이상을 수행하지만 선택된 유기체 그룹 만 햇빛으로부터 광합성을 통해 음식을 생산할 수 있습니다. 그러나 이러한 유기체에서도 생산 된 식품은 세포 호흡을 통해 세포 에너지로 전환됩니다. 발효 경로를 통한 호기성 호흡의 특징은 산소의 전제 조건이며 포도당 분자 당 훨씬 더 높은 에너지 수율입니다. 발효와 혐기성 호흡은 산소의 부재를 공유하지만 혐기성 호흡은 호기성 호흡과 마찬가지로 에너지 생산을 위해 전자 수송 사슬을 사용하는 반면 발효는 에너지 생산없이 지속적인 해당 과정에 필요한 분자를 제공합니다. 추가.
당분 해
당분 해는 포도당을 화학적 에너지로 분해하기 위해 세포의 세포질에서 시작되는 보편적 인 경로입니다. 각 포도당 분자에서 방출 된 에너지는 인산염을 4 개의 아데노신이 인산 (ADP) 분자 각각에 연결하여 두 분자의 아데노신 삼인산 (ATP)과 추가 NADH 분자를 생성하는 데 사용됩니다. 인산염 결합에 저장된 에너지는 다른 세포 반응에 사용되며 종종 세포의 "통화"에너지로 간주됩니다. 그러나 해당 과정은 두 분자의 ATP로부터 에너지 공급을 필요로하기 때문에 해당 과정의 순 수율은 포도당 분자 당 두 분자의 ATP에 불과합니다. 포도당 자체는 해당 과정에서 분해되어 피루브산이됩니다. 지방과 같은 다른 연료 공급원은 다른 과정 (예 : 지방산의 경우 나선형 지방산)을 통해 대사되어 호흡 중 다양한 지점에서기도로 들어갈 수있는 연료 분자를 생성합니다.
호기성 호흡
호기성 호흡은 산소가있는 상태에서 발생하며이 과정을 수행하는 유기체의 에너지 대부분을 생성합니다. 이 과정에서 해당 과정에서 생성 된 피루 베이트는 크렙스 회로라고도 알려진 구연산 회로에 들어가기 전에 아세틸-코엔자임 A (아세틸 -CoA)로 전환됩니다. 아세틸 -CoA는 옥 살라 세 테이트와 결합되어 구연산주기의 초기 단계에서 구연산을 생성합니다. 후속 시리즈는 구연산을 옥 살라 세 테이트로 변환하고 NADH 및 FADH2라는 분자에 대한 수송 에너지를 생성합니다. 이러한 에너지 분자는 전자 수송 사슬 또는 산화 적 인산화로 전환되어 호기성 세포 호흡 중에 생성되는 대부분의 ATP를 생성합니다. 이산화탄소는 크렙스 사이클 동안 폐기물로 생성되는 반면, 크렙스 사이클의 한 라운드에서 생성 된 옥 살라 세 테이트는 다른 아세틸 -CoA와 결합되어 공정을 다시 시작합니다. 식물과 동물과 같은 진핵 생물에서 크렙스 회로와 전자 수송 사슬은 모두 미토콘드리아라는 특수 구조에서 발생하는 반면 호기성 호흡이 가능한 박테리아는 원형질막을 따라 이러한 과정을 수행합니다. 진핵 세포에서 발견되는 특수 소기관. 크렙스 회로의 각 회전은 ATP로 쉽게 변환되는 구아닌 삼인산 (GTP) 분자와 전자 수송 사슬을 통해 ATP 17 분자를 추가로 생성 할 수 있습니다. 해당 과정은 Krebs주기에서 사용하기 위해 두 분자의 피루 베이트를 생성하기 때문에, 호기성 호흡의 총 수율은 해당 과정 동안 생성 된 두 ATP에 추가하여 포도당 분자 당 36 ATP입니다. 전자 수송 사슬 동안 전자에 대한 말단 수용체는 산소입니다.
발효
혐기성 호흡과 혼동되지 않도록, 발효는 세포의 세포질 내에 산소가없는 상태에서 발생하고 피루 베이트를 폐기물로 전환하여 해당 과정을 계속하는 데 필요한 분자를 충전하는 에너지를 생성합니다. 에너지는 해당 과정을 통해 발효되는 동안에 만 생산되기 때문에 포도당 분자 당 총 생산량은 2 개의 ATP입니다. 에너지 생산은 호기성 호흡보다 훨씬 적지 만 발효를 통해 산소가없는 상태에서도 연료를 에너지로 전환 할 수 있습니다. 발효의 예로는 인간과 다른 동물의 젖산 발효와 효모에 의한 에탄올 발효가 있습니다. 유기체가 다시 호기성 상태에 들어가거나 유기체에서 제거되면 폐기물이 재활용됩니다.
혐기성 호흡
일부 원핵 생물에서 발견되는 혐기성 호흡은 호기성 호흡과 마찬가지로 전자 수송 사슬을 사용하지만 산소를 말단 전자 수용체로 사용하는 대신 다른 요소가 사용됩니다. 이러한 대체 수용체에는 질산염, 황산염, 황, 이산화탄소 및 기타 분자가 포함됩니다. 이러한 과정은 토양의 영양 순환에 중요한 기여를 할뿐만 아니라 이러한 유기체가 다른 유기체가 거주 할 수없는 지역을 식민지화 할 수 있도록합니다. 이러한 유기체는 산소가 없을 때만 이러한 과정을 수행 할 수있는 필수 혐기성 생물이거나 산소의 존재 또는 부재 하에서 에너지를 생성 할 수있는 통성 혐기성 생물 일 수 있습니다. 이러한 대체 전자 수용체는 산소만큼 효율적이지 않기 때문에 혐기성 호흡은 호기성 호흡보다 적은 에너지를 생성합니다.
광합성
다양한 세포 호흡 경로와 달리 광합성은 식물, 조류 및 일부 박테리아에서 대사에 필요한 음식을 생산하는 데 사용됩니다. 식물에서 광합성은 엽록체라는 특수 구조에서 발생하는 반면 광합성 박테리아는 일반적으로 원형질막의 막 확장을 따라 광합성을 수행합니다. 광합성은 빛 의존 반응과 빛 독립적 반응의 두 단계로 나눌 수 있습니다. 빛에 의존하는 반응 동안, 빛 에너지는 물에서 제거 된 전자에 에너지를 공급하고 양성자의 구배를 생성하는 데 사용되며, 이는 차례로 독립적 인 빛 반응에 연료를 공급하는 고 에너지 분자를 생성합니다. 물 분자에서 전자가 뽑히면 산소와 양성자로 분해됩니다. 양성자는 양성자 구배에 기여하지만 산소는 방출됩니다. 독립적 인 빛 반응 동안, 빛 반응 동안 생성 된 에너지는 Calvin Cycle이라는 과정을 통해 이산화탄소에서 당 분자를 생성하는 데 사용됩니다. 캘빈 사이클은 이산화탄소 6 분자마다 설탕 1 분자를 생산합니다. 광 의존 반응에 사용되는 물 분자와 결합하여 광합성의 일반 공식은 6 H2O + 6 CO2 + 빛-> C6H12O6 + 6 O2입니다.