Organik besin yapı taşlarının oksijen kullanarak ya da kullanmadan daha küçük moleküllere yıkımına hücre solunumu denir.

Oksijensiz (Anaerobik) Solunum:

Glikozun oksijensiz ortamda parçalanıp enerji elde edilmesi olayına fermantasyon denir. Olaya anaerobik solunum ve mayalanma gibi isimler de verilir. Bu olay hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Canlıların çoğu glikozu fermantasyona uğratabilirler. Bu olay sonucu glikoz, etil alkol, laktik asit gibi çeşitli organik bileşiklere kadar parçalanır.

Glikozun fermantasyona uğrayabilmesi için 2 ATP harcanır. Sonuçta 4 ATP elde edilir. Glikoz molekülü aktifleşince enzimler yardımıyla pirüvik asite parçalanır. Bütün canlılarda buraya kadar olan reaksiyonlar, fermantasyonda ve oksijenli solunumda aynı olup glikoliz adını alır.

Farklı canlılarda farklı enzim sistemleri bulunduğu için pirüvik asit molekülleri değişik son ürünlere parçalanır. Enerji kazancı ise hep aynıdır. 

Glikoliz, glikozun enzimlerle pirüvik asite (pirüvat) kadar yıkılması olayıdır. Bütün canlılarda glikoliz reaksiyonları aynı şekilde gerçekleşir çünkü olaylar için tüm canlılarda aynı enzimler görevlidir. Başlangıçta glikozu aktifleştirmek için 2 ATP(Adenozin tri fosfat) harcanır. Reaksiyonlar sırasında 4 ATP(Adenozin tri fosfat) oluşturulur. 2 NADH meydana gelir. Oluşan NADH'lar oksijenli solunumda elektron taşıma sistemine aktarılır ve her birinden üçer ATP elde edilir. Oksijensiz solunumda ise NADH'lar son ürün evresinde tekrar yükseltgenerek bir sonraki glikoliz olayında kullanılır.Kısacası glikolizde substrat düzeyinde fosforilasyonla 4 ATP(Adenozin tri fosfat)üretilir.Ve 2ATP harcandığı için net kazanç 2 ATP(Adenozin tri fosfat)'dir.Ancak oluşan 2NADH iyonundan dolaylı olarak 6 ATP(Adenozin tri fosfat)ETS'den kazanılır.

Glikolizde dikkat edilecek noktalardan biri de Fosfofruktokinaz enziminin katalizlediği Fruktoz 1,6 bifosfat'tan Gliseraldehit 3-fosfat ve Dihidroksiaseton fosfat oluşumudur. Zira bu basamak geri dönüşümsüz hız kısıtlayıcı basamak olup insülin,glukagon ve epinefrin hormonlarının kontrolünde aktive veya inaktive olur.

Pirüvik asitin oluşturulmasına kadar kullanılan substratlar bütün canlılarda aynıdır (bazı kemosentetikler hariç). Bu bilgi canlılarda glikoliz reaksiyonlarını kontrol eden kalıtsal yapı ve enzim benzerliğini kanıtlar.

Laktik asit fermantasyonu, oksijen yetersizliğinde bazı bakteri ve hayvan hücrelerinde görülen bir fermantasyon biçimidir.

Normalde, glikoz glikoliz yoluyla parçalanır, iki molekül ATP, iki molekül NADH ve iki molekül pirüvat elde edilir. Ancak, NADH moleküllerinde bulunan hidrojen atomunun başka bir moleküle aktarılarak NAD+'nın tekrar oluşturulması gerekir ki yeni glikoz molekülleri parçalanmaya devam edebilsin.

Ortamda yeterli oksijen olduğu zaman NADH molekülünde bulunan hidrojen bir takım ara moleküller aracılığıyla sonunda oksijene aktarılır ve glikolizin ilk aşamalarında ortaya çıkan bir hidrojen iyonu da kullanılarak bir molekül su meydana gelir. Bu süreç sırasında hücreye enerji sağlayan ek ATP molekülleri açığa çıkar.

Ortamda oksijen bulunmadığı zaman pirüvatın laktik aside dönüşmesi NADH'den tekrar NAD+ elde edilmesini sağlar. Laktat daha fazla parçalanamasa dahi NAD+ yenilendiği için yeni glikoz moleküllerinin parçalanmasında kullanılabilir, az miktarda ATP üretimi sağlanır. Laktat hücreden dışarı difüzyonla çıkar.




İnsan Vücudunda Laktik Asit Fermantasyonu:

Kas hücreleri kandan yeterince oksijen elde edemeyince laktik asit fermantasyonu ile enerji üretmeye devam ederler. Ancak laktik asit ortamın pH'sini düşürür. Glikolizin tersinmez bir tepkimesini sentezleyen fosfofruktokinaz enzimi düşük pH'de inhibe olur, bu yüzden aşırı laktat üretimi ve kanda asidoz meydana gelmez.

Bazı hücreler, örneğin karaciğer ve kalp kas hücreleri, laktatı kolaylıkla içlerine alıp onu pirüvata çevirirler, sonra da normal yolla (sitrik asit döngüsüyle) metabolize ederler. Oksijen kıtlığı çeken kas hücrelerinin aksine bu hücrelerde bol oksijen olduğu için onlarda laktat birikmez. Bu sayede kas hücreleri de glikozu parçalamaya devam edebilirler.

Etil Alkol Fermantasyonu:

Etanol fermantasyonu, hücresel solunum için yeterince oksijen olmadığı zaman, bazı hücreler tarafından yapılan bir fermantasyon biçimidir.

Glikolizde bir molekül glikoz (C6H12O6) parçalanarak pirüvata (C3H3O3) dönüşür. Bu süreçte glikozdan iki gliseraldehit-3-fosfat (G3P) molekülü elde edilir. Bunun ardından bir nikotinamid adenin dinükleotit (NAD+) molekülü G3P'den bir hidrojen atomu çıkararak G3P'yi 3-bifosfogliserata dönüştürür, NAD+'yı da NADH'ye.

Oksijen olduğu zaman NADH'deki hidrojen başka moleküllere aktarılarak sonunda oksijenle reaksiyona girer ve su (H2O) meydana getirir (ve bu yolla hücreye enerji sağlayan ATP üretilir). Böylece NADH tekrar NAD+'ya dönüşür ve yukarıda belirtilen tepkimede tekrar kullanılabilir. Yeterince oksijen olmadığı durumlarda hücredeki tüm NAD+, NADH'ye dönüşür ve ondan sonra G3P daha fazla 3-bifosfogliserata dönüşemez. NADH'deki hidrojeni alacak başka bir bileşik olmazsa daha fazla ATP üretilemez. Fermantasyon böylesi bir bileşik sağlar.

Etanol fermantasyonunda pirüvattaki iyonlaşmış karboksil grubu (COO-) ondan kopup bir molekül karbon dioksit olarak ortama salınır. Arta kalan molekül, asetaldehit (C2H4O), NADH'deki hidrojeni alarak ortamda bulunmayan oksijenin işlevini görür. Bu hidrojen, glikolizin daha evvelki bir aşamasında açığa çıkan bir H+ iyonu ile beraber, asetaldehide eklenir ve etanol (C2H6O) meydana gelir.

Etanol fermantasyonu şu kimyasal denklemle özetlenebilir:

Oksijenli Solunum:

Krebs Döngüsü:
gelir. Reaksiyonlarda iş gören enzimler mitokondri sıvısında bulunur. Pirüvik asit CO2 ve H+ iyonları vererek parçalanır. 





Elektron Taşıma Sistemi (ETS):