Aerobic vs. Oddychanie beztlenowe

Oddychanie aerobowe, proces wykorzystujący tlen i oddychanie beztlenowe, proces ten nie Użyj tlenu, to dwie formy oddychania komórkowego. Chociaż niektóre komórki mogą angażować się w jeden rodzaj oddychania, większość komórek używa obu typów, w zależności od potrzeb organizmu. Oddychanie komórkowe występuje również poza makroorganizmami, jako procesy chemiczne - na przykład w fermentacji. Ogólnie rzecz biorąc, oddychanie służy do eliminowania produktów odpadowych i generowania energii.

Wykres porównania

Aerobic vs. Procesy beztlenowe

Procesy aerobowe w oddychaniu komórkowym mogą wystąpić tylko wtedy, gdy występuje tlen. Gdy komórka musi uwolnić energię, cytoplazma (substancja między jądrem komórki a jej błoną) i mitochondriami (organelle w cytoplazmie, które pomagają w procesach metabolicznych) inicjuje wymiany chemiczne, które wprowadzają rozkład glukozy. Cukier ten przenosi się przez krew i przechowywane w ciele jako szybkie źródło energii. Rozkład glukozy na trifosforan adenozyny (ATP) uwalnia dwutlenek węgla (CO2), produkt uboczny, który należy usunąć z ciała. W roślinach proces uwalniający energię fotosyntezy wykorzystuje CO2 i uwalnia tlen jako produkt uboczny.

Procesy beztlenowe nie wykorzystują tlenu, więc produkt pirogronianowy - ATP jest jednym rodzajem pirogronianu - pozostaje na miejscu, który należy rozbić lub katalizować przez inne reakcje, takie jak to, co występuje w tkance mięśniowej lub w fermentacji. Kwas mlekowy, który buduje się w komórkach mięśni, ponieważ procesy aerobowe nie nadążają za zapotrzebowaniem na energię, jest produktem ubocznym procesu beztlenowego. Takie awarie beztlenowe zapewniają dodatkową energię, ale gromadzenie się kwasu mlekowego zmniejsza zdolność komórki do dalszego przetwarzania odpadów; Na dużą skalę, powiedzmy, ludzkie ciało, prowadzi to do zmęczenia i bólu mięśni. Komórki wracają do zdrowia, oddychając więcej tlenu i przez krążenie krwi, procesy, które pomagają przenieść kwas mlekowy.

Poniższe 13-minutowe wideo omawia rolę ATP w ludzkim ciele. Aby szybko przekazać swoje informacje na temat oddychania beztlenowego, kliknij tutaj (5:33); Aby uzyskać aerobowy oddychanie, kliknij tutaj (6:45).

Fermentacja

Kiedy cząsteczki cukru (głównie glukoza, fruktoza i sacharoza) rozpadają się w oddychaniu beztlenowym, wytwarzany przez nich pirogronian pozostaje w komórce. Bez tlenu pirogronian nie jest w pełni katalizowany do uwalniania energii. Zamiast tego komórka wykorzystuje wolniejszy proces do usuwania nośników wodoru, tworząc różne produkty odpadowe. Ten wolniejszy proces nazywa się fermentacją. Gdy drożdże są używane do beztlenowego rozkładu cukrów, produkty odpadowe są alkoholem i CO2. Usunięcie CO2 pozostawia etanol, podstawę napojów alkoholowych i paliwa. Owoce, słodkie rośliny (e.G., trzcina cukrowa), a ziarna są używane do fermentacji, z drożdżami lub bakteriami jako procesory beztlenowe. Podczas pieczenia uwalnianie CO2 z fermentacji powoduje wzrost chleba i innych produktów upieczonych.

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa jest również znany jako cykl kwasu cytrynowego i cykl kwasu trikarboksylowego (TCA). Cykl Krebsa jest kluczowym procesem produkującym energię w większości organizmów wielokomórkowych. Najczęstsza forma tego cyklu wykorzystuje glukozę jako źródło energii.

Podczas procesu znanego jako glikoliza komórka przekształca glukozę, cząsteczkę 6 węglową na dwie cząsteczki 3-węglowe zwane piruvatyami. Te dwa elektrony uwalniające piruvany, które są następnie łączone z cząsteczką zwaną NAD+, tworząc NADH i dwie cząsteczki trifosforanu adenozyny (ATP).

Te cząsteczki ATP są prawdziwym „paliwem” dla organizmu i są przekształcane w energię, podczas gdy cząsteczki pirogronianu i NADH wchodzą do mitochondriów. Właśnie tam cząsteczki 3-węglowe są podzielone na cząsteczki 2-węglowe zwane acetylo-CoA i CO2. W każdym cyklu acetylo-CoA jest rozkładane i wykorzystywane do odbudowy łańcuchów węglowych, do uwalniania elektronów, a tym samym do wygenerowania większej liczby ATP. Ten cykl jest bardziej złożony niż glikoliza, a także może rozkładać tłuszcze i białka na energię.

Gdy tylko dostępne są wolne cząsteczki cukru, cykl Krebsa w tkance mięśniowej może rozpocząć rozkładanie cząsteczek tłuszczu i łańcuchów białkowych, aby napędzać organizm. Podczas gdy rozkład cząsteczek tłuszczu może być dodatnią korzyścią (niższa waga, niższy cholesterol), jeśli zostanie przeniesiony do nadmiaru, może zaszkodzić organizmu (organizm potrzebuje tłuszczu do ochrony i procesów chemicznych). W przeciwieństwie do tego, rozkład białek organizmu jest często oznaką głodu.

Ćwiczenia aerobowe i beztlenowe

Oddychanie aerobowe jest 19 razy bardziej skuteczne w uwalnianiu energii niż oddychanie beztlenowe, ponieważ procesy aerobowe wydobywają większość energii cząsteczek glukozy w postaci ATP, podczas gdy procesy beztlenowe pozostawiają większość źródeł generujących ATP w produktach odpadowych. U ludzi procesy aerobowe rozpoczynają się w celu ożywienia działania, podczas gdy procesy beztlenowe są wykorzystywane do ekstremalnych i trwałych wysiłków.

Ćwiczenia aerobowe, takie jak bieganie, jazda na rowerze i skakanie, są doskonałe w spalaniu nadmiaru cukru w ​​ciele, ale aby spalić tłuszcz, ćwiczenia aerobowe należy wykonywać przez 20 minut lub dłużej, zmuszając ciało do użycia oddychania beztlenowego. Jednak krótkie serie ćwiczeń, takie jak sprint, polegają na procesach beztlenowych energii, ponieważ ścieżki tlenowe są wolniejsze. Inne ćwiczenia beztlenowe, takie jak trening oporowy lub podnoszenie ciężarów, są doskonałe do budowania masy mięśniowej, proces, który wymaga rozbicia cząsteczek tłuszczu do przechowywania energii w większych i bardziej obfitych komórkach występujących w tkance mięśniowej.

Ewolucja

Ewolucja oddychania beztlenowego znacznie wyprzedza ewolucję oddychania tlenowego. Dwa czynniki sprawiają, że ten postęp jest pewnością. Po pierwsze, Ziemia miała znacznie niższy poziom tlenu, gdy rozwinęły się pierwsze organizmy jednokomórkowe, przy czym większość nisz ekologicznych prawie całkowicie brakuje tlenu. Po drugie, oddychanie beztlenowe wytwarza tylko 2 cząsteczki ATP na cykl, wystarczające do potrzeb jednokomórkowych, ale nieodpowiednie dla organizmów wielokomórkowych.

Oddychanie aerobowe nastąpiło tylko wtedy, gdy poziom tlenu w powietrzu, wodzie i powierzchni uziemienia sprawiło, że jest wystarczająco obfity, aby wykorzystać procesy ograniczania utleniania. Nie tylko utlenianie zapewnia większą wydajność ATP, aż 36 cząsteczek ATP na cykl, ale także może mieć miejsce z szerszym zakresem substancji redukcyjnych. Oznaczało to, że organizmy mogą żyć i rosnąć i zajmować więcej nisz. Wybór naturalny faworyzowałby zatem organizmy, które mogłyby wykorzystywać oddychanie aerobowe, a te, które mogłyby to zrobić bardziej wydajnie, aby rosnąć i szybciej dostosowywać się do nowych i zmieniających się środowisk.