Tabla de Contenidos
Procesele aerobe și anaerobe sunt două tipuri diferite de procese pe care celulele le folosesc pentru a obține energie din alimentele pe care le consumă, în funcție de condițiile din jur. Principala diferență dintre cele două este că prima este efectuată de celule atunci când acestea se află într-un mediu bogat în oxigen, în timp ce a doua este efectuată atunci când acesta este absent sau când concentrația acestui gaz nu este suficient de mare.
Pe lângă această diferență fundamentală, reacțiile biochimice care apar în prezența sau absența oxigenului sunt și ele diferite, astfel încât procesele aerobe și anaerobe duc în general la diferiți produse intermediare și finale, precum și la un nivel diferit de utilizare a energiei. nutrienți. Pe de altă parte, există și diferențe în ceea ce privește tipul de organism capabil să utilizeze fiecare proces și partea de celulă în care apar.
Diferențele dintre procesele celulare aerobe și anaerobe
Următorul tabel rezumă cele mai importante diferențe dintre aceste două procese metabolice. Ele sunt explicate mai în profunzime mai târziu.
| Procese aerobe | Procese anaerobe | |
| Când apar: | Ele apar în prezența oxigenului. | Ele apar în absența oxigenului sau când concentrația de oxigen este scăzută. |
| Substratul inițial: | glucoza si oxigenul. | Doar glucoză. |
| Produs final: | CO 2 , apă și energie sub formă de ATP | Energia sub formă de ATP și, în funcție de tipul particular de proces, produsul final poate fi acid lactic sau etanol și CO2 . |
| Etape implicate: | • Glicoliza • Oxidarea piruvatului • Ciclul acidului citric sau ciclul Krebs. • Fosforilarea oxidativă. |
• Glicoliza • Oxidarea piruvatului • Majoritatea nu implică ciclul Krebs. • Majoritatea nu implică fosforilarea oxidativă. |
| Acesta implică lanțul de transport de electroni. | În cazul fermentației, aceasta nu implică lanțul de transport de electroni. | |
| Eficiența producției de energie: | Produce cantități mari de energie sub formă de ATP. Pentru fiecare moleculă de glucoză, se produc un total de 30-32 de molecule nete de ATP. | Produce puțină energie sub formă de ATP. Pentru fiecare moleculă de glucoză fermentată, sunt produse doar 2 molecule nete de ATP. |
| Partea celulei unde apare: | O parte apare în citoplasmă și alta în mitocondrii. | Apare în citoplasmă și, în unele cazuri, pe membrana celulară. |
| Tip de organizație care îl utilizează: | Apare la organismele aerobe și la anaerobii facultativi. Nu apare la anaerobii stricti sau la anaerobii toleranți. |
Apare la anaerobii stricti, facultativi si toleranti. |
| Diferențe de evoluție: | Este un proces metabolic mai recent. | Se presupune că este cel mai vechi proces metabolic al carbohidraților. |
ATP: Combustibil celular
Chiar și după digestie, celulele nu pot folosi substanțele în care alimentele pe care le consumăm sunt transformate direct ca sursă de energie. Acesta trebuie să le prelucreze și să le transforme într-o moleculă specială numită adenozin trifosfat, adenozin trifosfat sau ATP, pentru acronimul său în engleză.
Aici intră în joc procesele metabolice aerobe și anaerobe, deoarece ambele reprezintă moduri diferite de a transforma glucoza și alți nutrienți în ATP. Cu alte cuvinte, procesele aerobe și anaerobe pot fi văzute ca modalități diferite de rafinare a alimentelor pentru a produce celulele de combustibil de care au nevoie de fapt.
Procese aerobe
Procesele aerobe se referă la respirația celulară în prezența oxigenului. Sunt o serie de reacții biochimice care au oxigenul ca acceptor final al electronilor generați de oxidarea glucozei. Reacția netă a respirației aerobe este:
C 6 H 12 O 6 (glucoză) + 6O 2 + 32ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32ATP
În această ecuație chimică, ADP reprezintă adenozin monofosfat, Pi se referă la fosfat anorganic, iar ATP este adenozin trifosfat.
Electronii din oxidarea glucozei sunt transportați în susul lanțului de transport de electroni printr-o serie de reacții de oxidare-reducere cunoscute colectiv sub numele de fosforilare oxidativă. Acest proces are loc în mitocondrii și produce cantități mari de energie sub formă de ATP.
Respirația aerobă începe cu o etapă care nu necesită oxigen numită glicoliză . În timpul acestei prime faze, care are loc în citoplasma celulei, molecula de glucoză este împărțită în două prin diferite reacții pentru a produce două molecule dintr-un compus numit piruvat, generând două molecule nete de ATP.
Piruvatul format în timpul glicolizei este oxidat și apoi intră în mitocondrii unde intră în ciclul Krebs, cunoscut și ca ciclul acidului tricarboxilic sau ciclul acidului citric. Acest ciclu este cuplat cu fosforilarea oxidativă , iar aceste două procese împreună cu glicoliza produc un total de 32 de molecule nete de ATP pentru fiecare moleculă de glucoză metabolizată.
Procese anaerobe
Spre deosebire de procesele aerobe, procesele anaerobe nu folosesc oxigen în niciuna dintre etapele lor. De fapt, termenul cuprinde procesele de metabolizare a glucozei și a altor substanțe nutritive în absența oxigenului.
Cele mai frecvente procese anaerobe sunt respirația anaerobă și diferitele tipuri de fermentație.
respiratie anaeroba
Se referă la modul în care unele microorganisme anaerobe efectuează oxidarea glucozei. În aceste cazuri, în loc ca oxigenul să fie acceptorul final al electronilor din glucoză, alți compuși anorganici precum ionii de azotat, sulfatul, dioxidul de carbon și chiar, în unele cazuri, unii cationi metalici precum fierul (III), manganul (IV) sau uraniu (VI).
Respirația anaerobă este foarte asemănătoare cu respirația aerobă prin faptul că implică, de asemenea, o etapă inițială de glicoliză și o serie de reacții de oxidare cuplate la un lanț de transport de electroni, dar produce mai puțină energie decât respirația aerobă.
fermentaţie
Fermentarea este un alt tip de proces anaerob. Deși începe și cu formarea piruvatului prin glicoliză, nu urmează un lanț de reacții care să conducă la oxidarea sa totală așa cum se întâmplă în timpul respirației (anaerobă sau nu).
În funcție de tipul de produs final în care se transformă piruvatul, pot fi efectuate diferite tipuri de fermentație. De exemplu, celulele musculare pot fermenta piruvatul până la acid lactic dacă nu există suficient oxigen sau dacă există mai mult piruvat decât poate suporta mitocondriile prin respirația aerobă. Acest lucru se poate întâmpla atunci când facem exerciții susținute, de mare intensitate.
Multe microorganisme pot efectua și alte tipuri de fermentație. Unii, cum ar fi drojdia, de exemplu, fermentează carbohidrații în alcool etilic . Acest proces este utilizat pentru producerea de băuturi alcoolice. Alte bacterii pot produce metan prin fermentare.
Deoarece fermentația sifonează piruvatul înainte de a ajunge în lanțul de transport de electroni, acesta nu este considerat un tip de respirație, dar este un tip de proces anaerob.
Diferența în producția de energie în procesele aerobe și anaerobe
Una dintre cele mai importante diferențe dintre procesele aerobe și anaerobe este capacitatea acestora de a valorifica energia chimică conținută în glucoză și în alte alimente celulare. Respirația aerobă este mult mai eficientă la producerea de energie decât oricare dintre procesele anaerobe.
Atât procesele aerobe, cât și cele anaerobe încep cu aceeași etapă inițială, care este glicoliza. Acest proces are o producție netă de doar 2 molecule de ATP.
Cu toate acestea, asemănările se termină aici. În procesele anaerobe, deoarece nu există oxigen, piruvatul nu intră în ciclul Krebs care se cuplează cu mașina de producere a ATP formată de lanțul de transport de electroni, deci nu este posibil să se producă mai mult ATP decât cele două molecule Ele provin din glicoliză.
Din acest motiv, procesele aerobe sunt mult mai eficiente energetic decât cele anaerobe.
Diferențele în evoluția lor
Se crede că procesele anaerobe sunt mai vechi decât cele aerobe, deoarece atmosfera primordială nu conținea oxigen. Nu s-a format până când organismele fotosintetice, în primul rând plantele verzi, au evoluat, mult după ce a apărut viața pe uscat.
Chiar și primele organisme eucariote unicelulare ar fi fost anaerobe. Cu toate acestea, evoluând prin endosimbioză, la un moment dat au încorporat celule fotosintetice care au produs oxigen ca produs secundar, iar ulterior au evoluat pentru a putea profita de acest compus în virtutea potențialului său ridicat de reducere.
Pe măsură ce organismele eucariote multicelulare au început să apară pe Pământ, organismele mai mari și mai complexe trebuiau să producă mai multă energie, astfel încât procesele aerobe au reprezentat un mare avantaj evolutiv. Prin selecția naturală, organismele cu cele mai multe mitocondrii care ar putea suferi respirație aerobă au supraviețuit și s-au reprodus masiv, transmițând aceste adaptări favorabile urmașilor lor. Versiunile mai vechi nu au mai putut satisface cererea de ATP în organismul mai complex și s-au stins.
