Aerobic vs. respirație anaerobă

Respirație aerobică, un proces care utilizează oxigen și respirație anaerobă, un proces care nu utilizarea oxigenului, sunt două forme de respirație celulară. Deși unele celule se pot angaja într-un singur tip de respirație, cele mai multe celule utilizează ambele tipuri, în funcție de nevoile organismului. Respirația celulară are loc și în afara macroorganismelor, ca procese chimice - de exemplu, în fermentație. În general, respirația este utilizată pentru a elimina produsele reziduale și pentru a genera energie.

Diagramă de comparație

Diagrama de respirație aerobică versus diagrama de respirație anaerobă

	Respirație aerobică	Respirația anaerobă
Definiție	Respirația aerobică utilizează oxigenul.	Respirația anaerobă este respirația fără oxigen; procesul utilizează un lanț de transport al electronilor respiratori, dar nu utilizează oxigenul ca acceptor de electroni.
Celule care o folosesc	Respirația aerobă apare la majoritatea celulelor.	Respirația anaerobă apare mai ales în procariote
Cantitatea de energie eliberată	Moleculele înalte (36-38 ATP)	Inferior (între 36-2 molecule ATP)
etape	Glicoliza, ciclul Krebs, lanțul de transport electronic	Glicoliza, ciclul Krebs, lanțul de transport electronic
Produse	Dioxid de carbon, apă, ATP	Dioxid de carbon, specii reduse, ATP
Site de reacții	Citoplasma și mitocondriile	Citoplasma și mitocondriile
reactanţi	glucoză, oxigen	glucoză, acceptor de electroni (nu oxigen)
combustie	complet	incomplet
Producția de etanol sau acid lactic	Nu produce etanol sau acid lactic	Produceți etanol sau acid lactic

Cuprins: Respirație aerobă și anaerobă

• 1 Procese aerobe vs. anaerobe
  • 1.1 Fermentarea
  • 1.2 Ciclul Krebs
• 2 Exercitarea aerobă și anaerobă
• 3 Evoluția
• 4 Referințe

Procesele aerobe vs. anaerobe

Procesele aerobe în respirația celulară pot apărea numai dacă este prezent oxigen. Atunci când o celulă trebuie să elibereze energie, citoplasma (o substanță între nucleul celular și membrana sa) și mitocondriile (organele în citoplasmă care ajută la procesele metabolice) inițiază schimburi chimice care declanșează defalcarea glucozei. Acest zahăr este transportat prin sânge și depozitat în organism ca o sursă rapidă de energie. Defalcarea glucozei în adenozin trifosfat (ATP) eliberează dioxid de carbon (CO2), un produs secundar care trebuie eliminat din organism. În plante, procesul de eliberare a energiei de fotosinteză utilizează CO2 și eliberează oxigenul ca produs secundar.

Procesele anaerobe nu utilizează oxigenul, astfel încât produsul piruvat - ATP este un tip de piruvat - rămâne în loc să fie defalcat sau catalizat de alte reacții, cum ar fi ceea ce se întâmplă în țesutul muscular sau în fermentație. Acidul lactic, care se acumulează în celulele musculare ca procese aerobe, nu reușește să țină pasul cu cerințele energetice, este un produs secundar al unui proces anaerob. Astfel de defecțiuni anaerobe oferă energie suplimentară, dar acumularea acidului lactic reduce capacitatea celulei de a procesa în continuare deșeurile; pe scară largă, de exemplu, într-un corp uman, acest lucru duce la oboseală și durere musculară. Celulele se recuperează prin respirație cu mai mult oxigen și prin circulația sângelui, procese care ajută la îndepărtarea acidului lactic.

Următorul videoclip de 13 minute discută rolul ATP în corpul uman. Pentru a trece rapid la informațiile despre respirația anaerobă, faceți clic aici (5:33); pentru respirație aerobă, faceți clic aici (6:45).

Fermentaţie

Când moleculele de zahăr (în primul rând glucoza, fructoza și zaharoza) se descompun în respirație anaerobă, piruvatul pe care îl produc rămâne în celulă. Fără oxigen, piruvatul nu este complet catalizat pentru eliberarea de energie. În schimb, celula utilizează un proces mai lent pentru a îndepărta purtătorii de hidrogen, creând diferite produse de deșeuri. Acest proces mai lent se numește fermentație. Atunci când drojdia este utilizată pentru defalcarea anaerobă a zaharurilor, produsele reziduale sunt alcool și CO2. Eliminarea CO2 lasă etanolul, baza băuturilor alcoolice și a combustibilului. Fructele, plantele zaharoase (de exemplu, trestia de zahăr) și boabele sunt toate folosite pentru fermentație, cu drojdie sau bacterii ca procesoare anaerobe. În coacere, eliberarea de CO2 din fermentație determină creșterea pâinii și a altor produse de panificație.

Krebs Cycle

Ciclul Krebs este, de asemenea, cunoscut ca ciclul de acid citric și ciclul acidului tricarboxilic (TCA). Ciclul Krebs este procesul cheie de producere a energiei în majoritatea organismelor multicelulare. Cea mai obișnuită formă a acestui ciclu utilizează glucoza ca sursă de energie.

În timpul unui proces cunoscut sub numele de glicoliza, o celulă convertește glucoza, o moleculă de 6 atomi de carbon, în două molecule de carbon 3 numite pyruvate. Aceste două piruvați eliberează electroni care sunt apoi combinați cu o moleculă numită NAD + pentru a forma NADH și două molecule de adenozin trifosfat (ATP).

Aceste molecule ATP sunt adevăratul "combustibil" pentru un organism și sunt convertite în energie, în timp ce moleculele de piruvat și NADH intră în mitocondrii. Acolo unde moleculele de 3 carbon sunt împărțite în molecule de 2 atomi de carbon denumite Acetyl-CoA și CO2. În fiecare ciclu, acetil-CoA este defalcat și folosit pentru a reconstrui lanțurile de carbon, pentru a elibera electroni și, astfel, pentru a genera mai mult ATP. Acest ciclu este mai complex decât glicoliza și poate, de asemenea, să descompună grăsimile și proteinele pentru energie.

De îndată ce moleculele de zahăr liber disponibile sunt epuizate, ciclul Krebs din țesutul muscular poate începe să descompună moleculele de grăsime și lanțurile de proteine ​​pentru a alimenta un organism. În timp ce defalcarea moleculelor de grăsime poate fi un beneficiu pozitiv (greutate mai mică, colesterol mai mic), dacă este transportat în exces, poate dăuna organismului (corpul are nevoie de grăsimi pentru protecția și procesele chimice). În schimb, descompunerea proteinelor organismului este adesea un semn al foametei.

Exercitarea aerobă și anaerobă

Respirația aerobă este de 19 ori mai eficace la eliberarea de energie decât la respirația anaerobă, deoarece procesele aerobe extrag majoritatea energiei moleculelor de glucoză sub formă de ATP, în timp ce procesele anaerobe părăsesc majoritatea surselor generatoare de ATP în produsele reziduale. La om, procesele aerobe se transformă într-o acțiune galvanizată, în timp ce procesele anaerobe sunt folosite pentru eforturi extreme și susținute.

Exercițiile aerobice, cum ar fi alergarea, ciclismul și coarda de sărituri, sunt excelente la arderea excesului de zahăr în organism, dar pentru a arde grasimile, exercițiile aerobice trebuie făcute timp de 20 de minute sau mai mult, forțând organismul să utilizeze respirația anaerobă. Cu toate acestea, exploziile scurte de exerciții fizice, cum ar fi sprintul, se bazează pe procesele anaerobe de energie, deoarece căile aerobice sunt mai lente. Alte exerciții anaerobe, cum ar fi antrenamentul de rezistență sau haltere, sunt excelente pentru a construi masa musculară, proces care necesită destrămarea moleculelor de grăsime pentru stocarea energiei în celulele mai mari și mai abundente din țesutul muscular.

Evoluţie

Evoluția respirației anaerobe predomină foarte mult de respirația aerobă. Doi factori fac această progresie o certitudine. În primul rând, Pământul a avut un nivel de oxigen mult mai scăzut atunci când s-au dezvoltat primele organisme unicelulare, cu cele mai multe nise ecologice aproape în întregime lipsite de oxigen. În al doilea rând, respirația anaerobă produce numai 2 molecule ATP pe ciclu, suficient pentru nevoile unicelulare, dar inadecvate pentru organismele multicelulare.

Respirația aerobă a apărut numai atunci când nivelele de oxigen din suprafața aerului, apei și a solului au făcut-o suficient de abundentă pentru a fi folosite pentru procesele de oxidare-reducere. Nu numai că oxidarea asigură un randament mai mare al ATP, cât și 36 de molecule ATP pe ciclu, dar poate avea loc și cu o gamă mai largă de substanțe reducătoare. Acest lucru înseamnă că organismele pot trăi și se pot dezvolta și pot ocupa mai multe nișe. Selecția naturală ar favoriza astfel organismele care ar putea utiliza respirația aerobă și cele care ar putea face acest lucru mai eficient, pentru a se dezvolta și a se adapta mai rapid la medii noi și în schimbare.

Referințe

• Wikipedia: Respirația celulară