Tabla de Contenidos
Aerobiset ja anaerobiset prosessit ovat kahta eri tyyppistä prosesseja, joita solut käyttävät energian saamiseksi syömissään ruoasta ympäristöolosuhteiden mukaan. Suurin ero näiden kahden välillä on, että solut suorittavat ensimmäisen, kun ne ovat rikasta happea sisältävässä väliaineessa, kun taas toinen suoritetaan, kun sitä ei ole tai kun tämän kaasun pitoisuus ei ole tarpeeksi korkea.
Tämän perustavanlaatuisen eron lisäksi hapen läsnä ollessa tai ilman sitä tapahtuvat biokemialliset reaktiot ovat erilaisia, joten aerobiset ja anaerobiset prosessit johtavat yleensä erilaisiin väli- ja lopputuotteisiin sekä erilaiseen energiankäyttötasoon. ravinteita. Toisaalta eroja on myös sen suhteen, minkätyyppistä organismia pystyy käyttämään kutakin prosessia ja missä solun osassa ne esiintyvät.
Erot aerobisten ja anaerobisten soluprosessien välillä
Seuraavassa taulukossa on yhteenveto näiden kahden aineenvaihduntaprosessin tärkeimmistä eroista. Niitä selitetään myöhemmin tarkemmin.
| Aerobiset prosessit | Anaerobiset prosessit | |
| Kun ne esiintyvät: | Ne esiintyvät hapen läsnä ollessa. | Ne esiintyvät ilman happea tai kun happipitoisuus on alhainen. |
| Alkuperäinen substraatti: | glukoosi ja happi. | Pelkkää glukoosia. |
| Lopputuote: | CO 2 , vesi ja energia ATP:n muodossa | Energiaa ATP:n muodossa ja prosessityypistä riippuen lopputuote voi olla maitohappoa tai etanolia ja CO 2 . |
| Mukana olevat vaiheet: | • Glykolyysi • Pyruvaattihapetus • Sitruunahapposykli tai Krebsin sykli. • Oksidatiivinen fosforylaatio. |
• Glykolyysi • Pyruvaatin hapettuminen • Useimmat eivät liity Krebsin kiertoon. • Useimmat eivät sisällä oksidatiivista fosforylaatiota. |
| Siihen liittyy elektronien kuljetusketju. | Fermentaation tapauksessa se ei sisällä elektronien kuljetusketjua. | |
| Tehontuotannon tehokkuus: | Se tuottaa suuria määriä energiaa ATP:n muodossa. Jokaista glukoosimolekyyliä kohti muodostuu yhteensä 30-32 netto-ATP-molekyyliä. | Se tuottaa vähän energiaa ATP:n muodossa. Jokaista fermentoitua glukoosimolekyyliä kohti syntyy vain 2 netto-ATP-molekyyliä. |
| Osa solusta, jossa se esiintyy: | Toinen osa esiintyy sytoplasmassa ja toinen mitokondrioissa. | Sitä esiintyy sytoplasmassa ja joissakin tapauksissa solukalvolla. |
| Sitä käyttävän organisaation tyyppi: | Sitä esiintyy aerobisissa organismeissa ja fakultatiivisissa anaerobeissa. Sitä ei esiinny tiukoissa anaerobeissa tai suvaitsevissa anaerobeissa. |
Sitä esiintyy tiukoissa, fakultatiivisissa ja suvaitsevaisissa anaerobeissa. |
| Erot evoluutiossa: | Se on uudempi aineenvaihduntaprosessi. | Sen oletetaan olevan vanhin hiilihydraattien aineenvaihduntaprosessi. |
ATP: solupolttoaine
Ruoansulatuksen jälkeenkään solut eivät voi käyttää aineita, jotka syömämme ruoka muunnetaan suoraan energianlähteeksi. Tämän on käsiteltävä ne ja muutettava ne erityiseksi molekyyliksi, jota kutsutaan adenosiinitrifosfaatiksi, adenosiinitrifosfaatiksi tai ATP:ksi, sen lyhenteestä englanniksi.
Tässä tulevat esiin aerobiset ja anaerobiset aineenvaihduntaprosessit, koska molemmat edustavat erilaisia tapoja muuttaa glukoosi ja muut ravintoaineet ATP:ksi. Toisin sanoen aerobiset ja anaerobiset prosessit voidaan nähdä erilaisina tavoina jalostaa ruokaa polttokennojen todellisuudessa tarvitsemiseksi.
Aerobiset prosessit
Aerobiset prosessit viittaavat soluhengitykseen hapen läsnä ollessa. Ne ovat sarja biokemiallisia reaktioita, joissa happi on glukoosin hapettumisen tuottamien elektronien lopullinen vastaanottaja. Aerobisen hengityksen nettoreaktio on:
C 6 H 12 O 6 (glukoosi) + 6O 2 + 32 ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32 ATP
Tässä kemiallisessa yhtälössä ADP edustaa adenosiinimonofosfaattia, Pi tarkoittaa epäorgaanista fosfaattia ja ATP on adenosiinitrifosfaattia.
Glukoosin hapettumisesta syntyneet elektronit kuljetetaan ylöspäin elektronien kuljetusketjua pitkin hapetus-pelkistysreaktioiden sarjan kautta, jotka tunnetaan kollektiivisesti oksidatiivisena fosforylaationa. Tämä prosessi tapahtuu mitokondrioissa ja tuottaa suuria määriä energiaa ATP:n muodossa.
Aerobinen hengitys alkaa vaiheesta, joka ei vaadi happea, nimeltään glykolyysi . Tämän ensimmäisen vaiheen aikana, joka tapahtuu solun sytoplasmassa, glukoosimolekyyli jaetaan kahtia erilaisten reaktioiden kautta, jolloin muodostuu kaksi pyruvaatti-nimisen yhdisteen molekyyliä, jolloin syntyy kaksi netto-ATP-molekyyliä.
Glykolyysin aikana muodostunut pyruvaatti hapettuu ja menee sitten mitokondrioihin, missä se siirtyy Krebsin kiertoon, joka tunnetaan myös trikarboksyylihapposyklinä tai sitruunahapposyklinä. Tämä sykli liittyy oksidatiiviseen fosforylaatioon , ja nämä kaksi prosessia yhdessä glykolyysin kanssa tuottavat yhteensä 32 netto-ATP-molekyyliä jokaista metaboloituvaa glukoosimolekyyliä kohden.
Anaerobiset prosessit
Toisin kuin aerobiset prosessit, anaerobiset prosessit eivät käytä happea missään vaiheessaan. Itse asiassa termi kattaa glukoosin ja muiden ravintoaineiden aineenvaihduntaprosessit hapen puuttuessa.
Yleisimmät anaerobiset prosessit ovat anaerobinen hengitys ja erilaiset käymistyypit.
anaerobinen hengitys
Se viittaa tapaan, jolla jotkut anaerobiset mikro-organismit suorittavat glukoosin hapettumisen. Näissä tapauksissa sen sijaan, että happi olisi glukoosin elektronien lopullinen vastaanottaja, muut epäorgaaniset yhdisteet, kuten nitraatti-ionit, sulfaatti, hiilidioksidi ja joissakin tapauksissa jopa metallikationit, kuten rauta (III), mangaani (IV) tai uraani (VI).
Anaerobinen hengitys on hyvin samanlainen kuin aerobinen hengitys, koska se sisältää myös glykolyysin alkuvaiheen ja sarjan hapetusreaktioita, jotka on kytketty elektronin kuljetusketjuun, mutta se tuottaa vähemmän energiaa kuin aerobinen hengitys.
käyminen
Fermentaatio on toisenlainen anaerobinen prosessi. Vaikka se myös alkaa pyruvaatin muodostumisesta glykolyysin kautta, se ei seuraa reaktioketjua, joka johtaa sen täydelliseen hapettumiseen, kuten tapahtuu hengityksen aikana (olipa se anaerobinen tai ei).
Riippuen lopputuotteen tyypistä, jossa pyruvaatti muuttuu, voidaan suorittaa erilaisia käymistyyppejä. Esimerkiksi lihassolut voivat fermentoida pyruvaattia maitohapoksi, jos happea ei ole tarpeeksi tai jos pyruvaattia on enemmän kuin mitokondriot pystyvät käsittelemään aerobisella hengityksellä. Tämä voi tapahtua, kun harjoitamme jatkuvaa, korkean intensiteetin harjoittelua.
Monet mikro-organismit voivat myös suorittaa muunlaisia käymismenetelmiä. Jotkut, kuten esimerkiksi hiiva, fermentoivat hiilihydraatteja etyylialkoholiksi . Tätä prosessia käytetään alkoholijuomien valmistukseen. Vielä muut bakteerit voivat tuottaa metaania käymisen avulla.
Koska käyminen sifonoi pyruvaatin ennen kuin se saavuttaa elektronien kuljetusketjun, sitä ei pidetä eräänlaisena hengityksenä, vaan se on eräänlainen anaerobinen prosessi.
Erot energiantuotannossa aerobisissa ja anaerobisissa prosesseissa
Yksi tärkeimmistä eroista aerobisten ja anaerobisten prosessien välillä on niiden kyky valjastaa glukoosin ja muiden solujen elintarvikkeiden sisältämä kemiallinen energia. Aerobinen hengitys tuottaa energiaa paljon tehokkaammin kuin mikään anaerobinen prosessi.
Sekä aerobiset että anaerobiset prosessit alkavat samasta alkuvaiheesta, joka on glykolyysi. Tämän prosessin nettotuotanto on vain 2 ATP-molekyyliä.
Yhtäläisyydet päättyvät kuitenkin tähän. Anaerobisissa prosesseissa, koska happea ei ole, pyruvaatti ei pääse Krebsin kiertoon, joka kytkeytyy elektroninkuljetusketjun muodostamaan ATP:n tuotantokoneistoon, joten ei ole mahdollista tuottaa enemmän ATP:tä kuin kaksi molekyyliä. Ne tulevat glykolyysistä.
Tästä syystä aerobiset prosessit ovat paljon energiatehokkaampia kuin anaerobiset.
Erot niiden kehityksessä
Anaerobisten prosessien uskotaan olevan aerobisia vanhempia, koska ikiaikainen ilmakehä ei sisältänyt happea. Se muodostui vasta fotosynteettisten organismien, ensisijaisesti vihreiden kasvien, kehittymisen jälkeen kauan sen jälkeen, kun elämä maalla syntyi.
Jopa ensimmäisten yksisoluisten eukaryoottisten organismien oletetaan olleen anaerobisia. Kehittyessään endosymbioosin kautta ne kuitenkin sisällyttivät jossain vaiheessa fotosynteettisiä soluja, jotka tuottivat happea sivutuotteena, ja kehittyivät myöhemmin pystyäkseen hyödyntämään tätä yhdistettä sen korkean pelkistyspotentiaalin ansiosta.
Kun monisoluisia eukaryoottisia organismeja alkoi ilmestyä maan päälle, suurempien ja monimutkaisempien organismien tarvittiin tuottaa enemmän energiaa, joten aerobiset prosessit olivat suuri evoluution etu. Luonnonvalinnan kautta organismit, joilla oli eniten mitokondrioita, jotka pystyivät läpikäymään aerobista hengitystä, selvisivät ja lisääntyivät massiivisesti siirtäen nämä suotuisat mukautukset jälkeläisilleen. Vanhemmat versiot eivät enää pystyneet vastaamaan ATP:n kysyntään monimutkaisemmassa organismissa ja kuolivat pois.
