Tabla de Contenidos
Aerobe og anaerobe processer er to forskellige typer processer, som celler bruger til at få energi fra den mad, de spiser, afhængigt af de omgivende forhold. Den største forskel mellem de to er, at den første udføres af celler, når de er i et medium rigt på ilt, mens den anden udføres, når den er fraværende, eller når koncentrationen af denne gas ikke er høj nok.
Ud over denne fundamentale forskel er de biokemiske reaktioner, der opstår i nærvær eller fravær af ilt, også forskellige, så aerobe og anaerobe processer fører generelt til forskellige mellem- og slutprodukter samt et forskelligt niveau af energiudnyttelse. næringsstoffer. På den anden side er der også forskelle med hensyn til typen af organisme, der er i stand til at bruge hver proces, og den del af cellen, hvor de forekommer.
Forskelle mellem aerobe og anaerobe cellulære processer
Følgende tabel opsummerer de vigtigste forskelle mellem disse to metaboliske processer. De forklares mere dybdegående senere.
| Aerobe processer | Anaerobe processer | |
| Når de opstår: | De opstår i nærvær af ilt. | De opstår i fravær af ilt, eller når iltkoncentrationen er lav. |
| Indledende substrat: | glukose og oxygen. | Bare glukose. |
| Slutprodukt: | CO 2 , vand og energi i form af ATP | Energi i form af ATP og, afhængig af den særlige procestype, kan slutproduktet være mælkesyre eller ethanol og CO 2 . |
| Involverede stadier: | • Glykolyse • Pyruvatoxidation • Citronsyrecyklus eller Krebs-cyklus. • Oxidativ phosphorylering. |
• Glykolyse • Oxidation af pyruvat • De fleste involverer ikke Krebs-cyklussen. • De fleste involverer ikke oxidativ phosphorylering. |
| Det involverer elektrontransportkæden. | I tilfælde af fermentering involverer det ikke elektrontransportkæden. | |
| Strømproduktionseffektivitet: | Det producerer store mængder energi i form af ATP. For hvert glukosemolekyle produceres i alt 30-32 netto ATP-molekyler. | Det producerer lidt energi i form af ATP. For hvert glukosemolekyle, der fermenteres, produceres der kun 2 netto ATP-molekyler. |
| En del af cellen, hvor det forekommer: | En del forekommer i cytoplasmaet og en anden i mitokondrierne. | Det forekommer i cytoplasmaet og i nogle tilfælde på cellemembranen. |
| Type organisation, der bruger det: | Det forekommer i aerobe organismer og i fakultative anaerobe. Det forekommer ikke hos strenge anaerober eller hos tolerante anaerober. |
Det forekommer i strenge, fakultative og tolerante anaerober. |
| Forskelle i evolution: | Det er en nyere metabolisk proces. | Det formodes at være den ældste kulhydratmetabolske proces. |
ATP: Cellulært brændstof
Selv efter fordøjelsen kan cellerne ikke bruge de stoffer, som den mad, vi spiser, omdannes til direkte som energikilde. Dette skal behandle dem og omdanne dem til et specielt molekyle kaldet adenosintriphosphat, adenosintriphosphat eller ATP, for dets akronym på engelsk.
Det er her, aerobe og anaerobe metaboliske processer spiller ind, da begge repræsenterer forskellige måder at omdanne glukose og andre næringsstoffer til ATP. Sagt på en anden måde kan aerobe og anaerobe processer ses som forskellige måder at raffinere mad til at producere de brændselsceller, der faktisk har brug for.
Aerobe processer
Aerobe processer refererer til cellulær respiration i nærvær af ilt. De er en række biokemiske reaktioner, der har oxygen som den endelige acceptor af elektronerne, der genereres ved oxidation af glucose. Nettoreaktionen af aerob respiration er:
C 6 H 12 O 6 (glucose) + 6O 2 + 32ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32ATP
I denne kemiske ligning repræsenterer ADP adenosinmonophosphat, Pi refererer til uorganisk fosfat, og ATP er adenosintriphosphat.
Elektroner fra oxidationen af glukose transporteres op i elektrontransportkæden gennem en række oxidations-reduktionsreaktioner kendt under ét som oxidativ phosphorylering. Denne proces foregår i mitokondrierne og producerer store mængder energi i form af ATP.
Aerob respiration begynder med et stadium, der ikke kræver ilt, kaldet glykolyse . I løbet af denne første fase, som forekommer i cellens cytoplasma, deles glukosemolekylet i to gennem forskellige reaktioner for at producere to molekyler af en forbindelse kaldet pyruvat, der genererer to netto ATP-molekyler.
Pyruvatet dannet under glykolysen oxideres og kommer derefter ind i mitokondrierne, hvor det kommer ind i Krebs-cyklussen, også kendt som tricarboxylsyrecyklussen eller citronsyrecyklussen. Denne cyklus er koblet med oxidativ phosphorylering , og disse to processer producerer sammen med glykolyse i alt 32 netto ATP-molekyler for hvert glukosemolekyle, der metaboliseres.
Anaerobe processer
I modsætning til aerobe processer bruger anaerobe processer ikke ilt i nogen af deres stadier. Faktisk omfatter udtrykket processerne for metabolisme af glukose og andre næringsstoffer i fravær af ilt.
De mest almindelige anaerobe processer er anaerob respiration og de forskellige typer af gæring.
anaerob respiration
Det refererer til den måde, hvorpå nogle anaerobe mikroorganismer udfører oxidationen af glukose. I disse tilfælde, i stedet for at oxygen er den endelige acceptor af elektronerne fra glukose, andre uorganiske forbindelser såsom nitrationer, sulfat, kuldioxid og endda, i nogle tilfælde, nogle metalliske kationer såsom jern (III), mangan (IV) eller uran (VI).
Anaerob respiration minder meget om aerob respiration, idet den også involverer et indledende stadium af glykolyse og en række oxidationsreaktioner koblet til en elektrontransportkæde, men det producerer mindre energi end aerob respiration.
gæring
Fermentering er en anden type anaerob proces. Selvom det også begynder med dannelsen af pyruvat gennem glykolyse, følger det ikke en kæde af reaktioner, der fører til dets totale oxidation, som det sker under respiration (uanset om det er anaerobt eller ej).
Afhængig af typen af slutprodukt, som pyruvaten omdannes i, kan forskellige typer gæring udføres. For eksempel kan muskelceller fermentere pyruvat til mælkesyre , hvis der ikke er nok ilt, eller hvis der er mere pyruvat, end mitokondrierne kan klare gennem aerob respiration. Dette kan ske, når vi laver vedvarende højintensiv træning.
Mange mikroorganismer kan også udføre andre former for gæring. Nogle, som for eksempel gær, fermenterer kulhydrater til ethylalkohol . Denne proces bruges til fremstilling af alkoholholdige drikkevarer. Endnu andre bakterier kan producere metan ved gæring.
Fordi fermentering afhæver pyruvat, før det når elektrontransportkæden, betragtes det ikke som en form for respiration, men det er en form for anaerob proces.
Forskel i energiproduktion i aerobe og anaerobe processer
En af de vigtigste forskelle mellem aerobe og anaerobe processer er deres evne til at udnytte den kemiske energi indeholdt i glucose og andre cellulære fødevarer. Aerob respiration er meget mere effektiv til at producere energi end nogen af de anaerobe processer.
Både aerobe og anaerobe processer starter med det samme indledende trin, som er glykolyse. Denne proces har en nettoproduktion på kun 2 ATP-molekyler.
Men lighederne slutter her. I anaerobe processer, da der ikke er ilt, kommer pyruvat ikke ind i Krebs-cyklussen, der kobles sammen med ATP-produktionsmaskineriet dannet af elektrontransportkæden, så det er ikke muligt at producere mere ATP end de to molekyler De kommer fra glykolyse.
Af denne grund er aerobe processer meget mere energieffektive end anaerobe.
Forskelle i deres udvikling
Anaerobe processer menes at være ældre end aerobe, da den oprindelige atmosfære ikke indeholdt ilt. Det blev ikke dannet, før fotosyntetiske organismer, primært grønne planter, udviklede sig, længe efter at livet på land opstod.
Selv de første encellede eukaryote organismer formodes at have været anaerobe. Men ved at udvikle sig gennem endosymbiose inkorporerede de på et tidspunkt fotosyntetiske celler, der producerede ilt som et biprodukt, og senere udviklede de sig til at kunne drage fordel af denne forbindelse i kraft af dens høje reduktionspotentiale.
Da flercellede eukaryote organismer begyndte at dukke op på Jorden, havde større og mere komplekse organismer brug for at producere mere energi, så aerobe processer var en stor evolutionær fordel. Gennem naturlig udvælgelse overlevede og reproducerede organismer med flest mitokondrier, der kunne gennemgå aerob respiration, og gav disse gunstige tilpasninger videre til deres afkom. De ældre versioner kunne ikke længere opfylde efterspørgslen efter ATP i den mere komplekse organisme og døde ud.
