Aerobinis kvėpavimas yra daug efektyvesnis energijos gamybos būdas, nes jo metu gliukozė suskaidoma visiškai, o anaerobinio kvėpavimo metu susidaro tik tarpiniai produktai ir mažiau \(ATP\).

Aerobinis ir anaerobinis kvėpavimas yra du pagrindiniai būdai, kuriais organizmai gauna energiją iš gliukozės. Aerobinis kvėpavimas vyksta, kai yra pakankamai deguonies, o anaerobinis – kai deguonies trūksta arba jo visai nėra. Šių dviejų kvėpavimo būdų efektyvumas skiriasi. Aerobinis kvėpavimas yra daug efektyvesnis, nes jo metu gliukozė suskaidoma visiškai, ir iš vienos gliukozės molekulės susidaro daug daugiau ATP molekulių (apie 30-32) nei anaerobinio kvėpavimo metu (2 ATP).

Alaus gamyba – tai procesas, kurio metu iš grūdų (dažniausiai miežių), apynių, vandens ir mielių gaminamas alkoholinis gėrimas – alus. Pagrindinis alaus gamybos procesas yra fermentacija, kurios metu mielės skaido cukrų į \(\text{etanolį}\) ir \(\text{anglies dioksidą}\).

Alaus gamyboje naudojamos mielės (dažniausiai Saccharomyces cerevisiae), kurios fermentuoja angliavandenius (iš miežių ir apynių) į etanolį anaerobinėmis sąlygomis. Procesas apima salyklo paruošimą (miežių daiginimą), misos paruošimą, fermentaciją ir brandinimą.

Alaus gamybos procesas susideda iš kelių pagrindinių etapų, kurių metu vyksta įvairūs biocheminiai ir fizikiniai pokyčiai. Šie etapai yra: salyklo paruošimas, misos paruošimas, fermentacija, brandinimas ir išpilstymas.

Mielėse, anaerobinėmis sąlygomis, iš piruvo rūgšties susidaro etanolis. Pirma, nuo piruvo rūgšties atskiriamas anglies dioksidas ir susidaro acetaldehidas. Antra, \(\text{NADH}\) redukuoja acetaldehidą iki etanolio.

Alkoholinis rūgimas – tai anaerobinio kvėpavimo tipas, kurio metu mielės ir kai kurios bakterijos skaido gliukozę į etanolį (etilalkoholį) ir anglies dioksidą. Šis procesas plačiai naudojamas alkoholinių gėrimų (alaus, vyno) ir kai kurių maisto produktų (pvz., duonos) gamyboje. Alkoholinio rūgimo metu piruvo rūgštis, susidariusi glikolizės metu, pirmiausia dekarboksilinama (pašalinamas anglies dioksidas) iki acetaldehido, o po to acetaldehidas redukuojamas iki etanolio.

Anaerobinis kvėpavimas ir rūgimas – tai būdai gauti energiją iš gliukozės, kai nėra deguonies arba jo trūksta. Anaerobinis kvėpavimas vyksta kai kurių bakterijų ir kitų mikroorganizmų ląstelėse. Rūgimas yra viena iš anaerobinio kvėpavimo formų. Yra du pagrindiniai rūgimo tipai: pienarūgštis rūgimas ir alkoholinis rūgimas. Pienarūgščio rūgimo metu gliukozė skaidoma iki pieno rūgšties, o alkoholinio rūgimo metu – iki etanolio ir anglies dioksido.

Gliukozė gali būti skaidoma aerobinėmis (su deguonimi) ir anaerobinėmis (be deguonies) sąlygomis. Bakterijos, grybai ir žmogaus raumenys intensyvaus darbo metu gali naudoti anaerobinį kvėpavimą. Glikolizės produktas (piruvo rūgštis) anaerobinėmis sąlygomis virsta įvairiais produktais, pvz., pieno rūgštimi (pienarūgštis rūgimas) arba etanoliu.

ATP sintezė mitochondrijose vyksta panašiai kaip hidroelektrinėje. Protonų gradientas, panašus į vandens srautą, yra varomoji jėga, sukelianti ATP sintezę.

ATP sintezė – tai procesas, kurio metu ląstelėse gaminama adenozintrifosfatas (ATP), pagrindinis energijos šaltinis. ATP sintezė vyksta mitochondrijose, naudojant protonų (\(H^+\)) gradientą, kuris susidaro tarp mitochondrijos membranų. Šis gradientas veikia kaip potencialo skirtumas, panašiai kaip vandens slėgis hidroelektrinėje. ATP sintazė, fermentas, esantis mitochondrijos membranoje, naudoja šį protonų gradientą ATP sintezei iš adenozindifosfato (ADP) ir neorganinio fosfato (\(P_i\)).

Biodegalai – tai ekologiški degalai, gaminami iš atsinaujinančios augalinės žaliavos. Jie gali būti naudojami kaip priedas prie įprastų degalų arba kaip jų pakaitalas. Pagrindinės rūšys: biodyzelinas (dažniausiai gaminamas iš rapsų aliejaus) ir bioetanolis (gaminamas iš daug angliavandenių turinčių augalų).

Biodegalai – tai atsinaujinantys degalai, gaminami iš biomasės, \(t. y.\) iš augalinės arba gyvūninės kilmės medžiagų. Biodegalai gali būti naudojami vidaus degimo varikliuose kaip alternatyva iškastiniam kurui (benzinui, dyzelinui) arba kaip jų priedas. Biodegalų naudojimas yra vienas iš būdų mažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro ir švelninti klimato kaitą.

Yra kelios pagrindinės biodegalų rūšys, kurios skiriasi savo gamybos būdu ir naudojamomis žaliavomis. Dažniausiai naudojami yra biodyzelinas ir bioetanolis, tačiau yra ir kitų, mažiau paplitusių biodegalų rūšių.

Organizmai energiją gauna skaidydami maisto medžiagas – angliavandenius, riebalus ir baltymus. Energijos kiekis, kuris išsiskiria oksiduojant šias medžiagas, skiriasi. Oksiduojant 1 gramą angliavandenių, išsiskiria apie \(17 \text{ kJ}\) energijos. Oksiduojant 1 gramą riebalų, išsiskiria apie \(37 \text{ kJ}\) energijos. Taigi, riebalai yra beveik dvigubai didesnis energijos šaltinis nei angliavandeniai. Dalis energijos, gautos skaidant maisto medžiagas, panaudojama ATP sintezei, o kita dalis išsiskiria šilumos pavidalu.

Oksiduojant angliavandenius, išsiskiria mažiau energijos nei oksiduojant riebalus. Dalis energijos, gautos skaidant maisto medžiagas, virsta šiluma.

Glikolizė – tai metabolinis kelias, kurio metu gliukozė skaidoma į piruvo rūgštį (piruvatą). Tai pirmasis gliukozės skaidymo etapas, vykstantis visų organizmų ląstelių citozolyje. Glikolizės metu iš vienos gliukozės molekulės susidaro dvi piruvo rūgšties molekulės, dvi ATP molekulės (grynoji gamyba) ir dvi NADH molekulės.

Vykstant aerobiniam gliukozės skaidymui, gliukozė visiškai suskaidoma iki anglies dioksido ir vandens, išsiskiriant 32 ATP molekulėms. Tai daug efektyviau nei anaerobinis skaidymas.

Gliukozės aerobinis skaidymas – tai procesas, kurio metu gliukozė, dalyvaujant deguoniui, visiškai suskaidoma iki anglies dioksido ir vandens, o išsiskirianti energija panaudojama \(ATP\) sintezei. Tai pagrindinis energijos gavimo būdas daugumoje ląstelių. Gliukozės aerobinis skaidymas susideda iš kelių etapų: glikolizės, Krebso ciklo (dar vadinamo citrinos rūgšties ciklu) ir elektronų pernašos grandinės (oksidacinio fosforilinimo).

Gliukozės koncentraciją kraujyje reguliuoja hormonai: insulinas, gliukagonas ir adrenalinas. Insulinas mažina gliukozės koncentraciją, o gliukagonas ir adrenalinas – didina.

Gliukozės koncentracija žmogaus organizme yra griežtai reguliuojama, kad būtų užtikrintas nuolatinis energijos tiekimas ląstelėms ir išvengta gliukozės pertekliaus ar trūkumo sukeliamų problemų. Pagrindiniai hormonai, reguliuojantys gliukozės koncentraciją kraujyje, yra insulinas, gliukagonas ir adrenalinas.

Gliukozė, pagrindinis energijos šaltinis daugumai organizmų, gali būti skaidoma dviem pagrindiniais būdais: aerobiniu (kai yra deguonies) ir anaerobiniu (kai deguonies nėra arba jo trūksta). Gliukozės skaidymo energetika skiriasi priklausomai nuo to, ar dalyvauja deguonis. Glikolizė yra pirmasis gliukozės skaidymo etapas, vykstantis tiek aerobinėmis, tiek anaerobinėmis sąlygomis. Jos metu susidaro 2 \(\text{ATP}\) molekulės. Anaerobinėmis sąlygomis gliukozė skaidoma nevisiškai – iki pieno rūgšties arba etanolio. Aerobinėmis sąlygomis gliukozė skaidoma visiškai – iki anglies dioksido ir vandens, o didžioji dalis \(\text{ATP}\) susidaro oksidacinio fosforilinimo metu.

Glikolizės metu gliukozė skaidoma iki piruvo rūgšties, susidarant 2 ATP molekulėms. Anaerobinėmis sąlygomis susidaro tik 2 ATP molekulės, o aerobinėmis sąlygomis, vykstant oksidaciniam fosforilinimui, iš 1 molio gliukozės susidaro 32 ATP molekulės.

Oksidacinis fosforilinimas – tai metabolinis procesas, kurio metu ląstelėse gaminamas didelis kiekis adenozintrifosfato (ATP) – pagrindinio energijos šaltinio. Oksidacinis fosforilinimas vyksta mitochondrijose, naudojant elektronų pernašos grandinę ir protonų (\(H^+\)) gradientą. Oksidacinio fosforilinimo metu \(NADH\) ir \(FADH_2\), susidarę glikolizės ir Krebso ciklo metu, atiduoda savo elektronus elektronų pernašos grandinei. Elektronai, judėdami grandine, perduoda savo energiją, kuri naudojama protonų perpumpavimui iš mitochondrijos matrikso į tarpmembraninę ertmę. Susidaro protonų gradientas, kuris veikia kaip energijos šaltinis ATP sintezei.

Pienarūgštis rūgimas – tai anaerobinio kvėpavimo tipas, kurio metu gliukozė skaidoma iki pieno rūgšties. Šis procesas vyksta intensyviai dirbančiuose raumenyse, kai organizmas nespėja aprūpinti raumenų ląstelių pakankamu kiekiu deguonies. Pienarūgštį rūgimą taip pat vykdo kai kurios bakterijos, pavyzdžiui, Lactobacillus, kurios naudojamos pieno produktų (jogurto, kefyro, sūrio) gamyboje.

Kai kurioms bakterijoms ir raumenims trūkstant deguonies, piruvo rūgštis redukuojama, panaudojant \(\text{NADH}\), ir susidaro pieno rūgštis. Šis procesas vadinamas pienarūgščiu rūgimu.

Etanolis, pagrindinė alkoholinių gėrimų sudedamoji dalis, yra psichoaktyvi medžiaga, turinti įtakos centrinei nervų sistemai. Etanolis yra toksiškas organizmui. Kepenyse etanolis skaidomas į acetaldehidą, kuris yra dar toksiškesnis už patį etanolį. Acetaldehidas gali pažeisti baltymus, \(\text{DNR}\) ir kitas svarbias molekules. Ilgalaikis ir gausus etanolio vartojimas gali sukelti kepenų ligas, įskaitant kepenų cirozę, taip pat padidinti vėžio, širdies ligų ir kitų sveikatos problemų riziką.

Etanolis yra kenksmingas, nes virsta acetaldehidu, kuris gali sutrikdyti baltymų ir kitų molekulių veiklą. Alkoholis ypač žalingas kepenims ir gali sukelti cirozę, taip pat neigiamai veikia centrinę nervų sistemą.