5. Binda och frigöra energi

Alla celler behöver energi, men beroende på om organismen är autotrof (självförsörjande) eller heterotrof (beroende av andra organismer) så ser energiomsättningen lite olika ut.

Nästan all energi som finns i organismerna härstammar från solljuset. Ljusenergin binds i autotrofa organismer genom fotosyntesreaktioner. Energin binds i sockermolekyler som kan antingen omvandlas till andra organiska föreningar (lipider och proteiner) eller också "förbrännas" med hjälp av syre. I det senare fallet frigörs energi i en sådan form att cellen kan använda den till olika aktiviteter, tex. att dela på sig eller uppta något ämne genom cellmembranet. Frigörningen av energi ur sockermolekyler kallas för respiration eller cellandning.

De organismer som kan binda energi från soljuset genom fotosyntes kallas för producenter i ekosystemet. Producenter är i huvudsak växter, cyanobakterier och alger. För att kunna fotosyntetisera behöver cellen kloroplaster som innehåller klorofyll. Solljuset sätter igång s.k. ljusreaktioner i kloroplasternas tylakoidmembran, dvs. vattenmolekyler spjälks till syrgas och väte. Syrgasen släpps i huvudsak ut ur växten genom bladens små "hål", s.k. klyvöppningar. Vätet som själks från vattenmolekylerna binds tillfälligt till s.k. vätetransportörer som för det ut till kloroplastens grundsubstans där fotosyntesens mörkerreaktioner tar vid. I dessa reaktioner reagerar koldioxid från luften med vätet från ljusreaktionerna och slutprodukten blir en sokermolekyl som kallas för glukos. Koldioxiden har växten tagt upp via bladens klyvöppningar.

Sättet att få energi skiljer sig alltså mellan autotrofer och heterotrofer, men då sockermolekylerna väl finns inne i cellen frigörs den i alla organismer på samma sätt. Nedbrytningen av sockret sker i huvudsak i cellens mitokondrier och kallas för cellandning eller respiration. Nedbrytningen startar egentligen ute i cellens cytoplasma då glukosen (som består av kol, syre och väte) spjälks till pyrodruvsyra. Denna nedbrytning frigör trots allt väldigt lite energi och pyrodruvsyran fortsätter således till en mitokondrie där spjälkningen fortsätter. Glukosens kol och syre transporteras ut ur mitokondrien som koldioxid och avgår från cellen och organismen som en biprodukt (hos människan via utandningsluften). För att cellandingen ska fortgå ända till slut krävs det syrgas. Den tas in till mitokondrien (via inandningsluften/klyvöppningar) och reagerar med glukosens tredje komponent väte. Slutprodukten blir vatten och i dessa reaktioner frigör mycket energi som cellen sen använder till allt möjligt, tex. celldelning.

Energi frigörs ur glukosmolekylens bindingar som elektroner. Dessa elektroner använder cellen till att bygga upp energirika ATP-molekylker, som sen kan avge elektronerna till vilken energikrävande reaktion som helst. Då ATP-molekylen ger bort elektroner blir den "urladdad" och måste laddas upp igen med nya elektroner från spjälkta glukosmolekyler.

Om det inte finns tillräckligt med syrgas för respirationen slutförs inte spjälkningen av glukos, varvid cellen får ut bara en liten mängd eneri ur den. Cellandning utan syre kallas för jäsning, tex. mjölksyrajäsning som sker i våra muskelceller ifall vi pressar dem för hårt. Mjölksyran är då en biprodukt och den ansmlas i muskelcellerna, vilket gör dem oflexibla och muskeln sytvnar. Alla jäsningsreaktioner frigör väldigt lite energi, vilket betyder att det egentligen är bara mikroskopiska organismer (tex. jästsvamp och vissa bakterier) som klarar sig med jäsningsreaktioner.