Aerobic vs. Procese anaerobe

Toate viețuitoarele au nevoie de un aport continuu de energie pentru a-și menține celulele funcționând normal și pentru a rămâne sănătoase. Unele organisme, numite autotrofe, își pot produce propria energie folosind lumina solară sau alte surse de energie prin procese precumfotosinteză. Alții, la fel ca oamenii, trebuie să mănânce alimente pentru a produce energie.

Cu toate acestea, acesta nu este tipul de celule de energie utilizate pentru a funcționa. În schimb, folosesc o moleculă numită adenozina trifosfat (ATP) pentru a continua. Prin urmare, celulele trebuie să aibă o modalitate de a prelua energia chimică stocată în alimente și de a o transforma în ATP de care au nevoie pentru a funcționa. Celulele procesului sunt supuse pentru a face această schimbare se numește respirație celulară.

Respiratia celulara poate fi aerobica (adica "cu oxigen") sau anaeroba ("fara oxigen"). Ce traseu iau celulele pentru a crea ATP depinde exclusiv de dacă există sau nu suficient oxigen prezent pentru a fi supus respirației aerobe. Dacă nu există suficient oxigen pentru respirația aerobă, atunci anumite organisme vor recurge la utilizarea respirației anaerobe sau a altor procese anaerobe, cum ar fi

Pentru a maximiza cantitatea de ATP produsă în procesul de respirație celulară, oxigenul trebuie să fie prezent. Pe măsură ce speciile eucariote au evoluat de-a lungul timpului, au devenit mai complexe cu mai multe organe și părți ale corpului. A devenit necesar ca celulele să poată crea cât mai mult ATP pentru ca aceste noi adaptări să funcționeze corect.

Atmosfera timpurie a Pământului avea foarte puțin oxigen. Abia după ce autotrofele au devenit abundente și s-au eliberat mari cantități de oxigen ca produs secundar al fotosintezei că respirația aerobă ar putea evolua. Oxigenul a permis fiecărei celule să producă de mai multe ori mai mult ATP decât strămoșii lor antici care se bazau pe respirația anaerobă. Acest proces se întâmplă în organele celulare numite mitocondriile.

Mai primitive sunt procesele prin care multe organisme suferă atunci când nu este suficient oxigen. Cele mai cunoscute procese anaerobe sunt cunoscute sub numele de fermentație. Majoritatea proceselor anaerobe încep la fel ca respirația aerobă, dar se opresc parțial pe calea deoarece oxigenul nu este este disponibil pentru ca acesta să termine procesul de respirație aerobă sau se unesc cu o altă moleculă care nu este oxigenul ca electronul final acceptor. Fermentarea face mult mai puține ATP și, de asemenea, eliberează subproduse de acid lactic sau alcool, în majoritatea cazurilor. Procesele anaerobe pot avea loc în mitocondrii sau în citoplasma celulei.

Fermentarea acidului lactic este tipul procesului anaerob pe care îl suferă oamenii dacă există o penurie de oxigen. De exemplu, alergătorii la distanță lungă experimentează o acumulare de acid lactic în mușchii lor, deoarece nu consumă suficient oxigen pentru a ține pasul cu cerințele de energie necesare exercițiului. Acidul lactic poate provoca chiar crampe și durerile musculare în timp.

Fermentarea alcoolică nu se întâmplă la om. Drojdia este un bun exemplu de organism care suferă fermentație alcoolică. Același proces care se desfășoară în mitocondrii în timpul fermentației cu acid lactic se întâmplă și în fermentația alcoolică. Singura diferență este că produsul secundar al fermentației alcoolice este Alcool etilic.

Fermentarea alcoolică este importantă pentru industria berii. Producătorii de bere adaugă drojdie care va suferi fermentație alcoolică pentru a adăuga alcool la bere. Fermentarea vinului este similară și asigură alcoolul pentru vin.

Respiratia aerobica este mult mai eficienta la producerea ATP decat procesele anaerobe precum fermentarea. Fără oxigen, Ciclul Krebs si Lanț de transport cu electroni în respirația celulară se face backup și nu va mai funcționa. Acest lucru obligă celula să sufere fermentația mult mai puțin eficientă. În timp ce respirația aerobă poate produce până la 36 ATP, diferitele tipuri de fermentație pot avea doar un câștig net de 2 ATP.

Se crede că cel mai vechi tip de respirație este anaerobul. Întrucât nu există prea mult oxigen la momentul primului Celulele eucariote a evoluat prin endosymbiosis, ei nu puteau suferi decât respirație anaerobă sau ceva similar cu fermentația. Aceasta nu a fost însă o problemă, deoarece acele prime celule au fost unicelulare. A produce doar 2 ATP la un moment dat a fost suficient pentru a menține funcționarea singurei celule.

Pe măsură ce organismele eucariote multicelulare au început să apară pe Pământ, organismele mai mari și mai complexe aveau nevoie pentru a produce mai multă energie. Prin selecție naturală, organismele cu mai multe mitocondrii care ar putea fi supuse respirației aerobe au supraviețuit și reprodus, trecând la aceste adaptări favorabile descendenților lor. Versiunile mai vechi nu mai puteau ține pasul cu cererea de ATP în organismul mai complex și au dispărut.