Tabla de Contenidos
Аеробните и анаеробните процеси са два различни вида процеси, които клетките използват, за да получат енергия от храната, която ядат, в зависимост от заобикалящите ги условия. Основната разлика между двете е, че първата се осъществява от клетките, когато се намират в среда, богата на кислород, докато втората се извършва, когато липсва или когато концентрацията на този газ не е достатъчно висока.
В допълнение към тази фундаментална разлика, биохимичните реакции, които се случват в присъствието или отсъствието на кислород, също са различни, така че аеробните и анаеробните процеси обикновено водят до различни междинни и крайни продукти, както и до различно ниво на използване на енергията. хранителни вещества. От друга страна, има и разлики по отношение на типа организъм, способен да използва всеки процес и частта от клетката, в която те се случват.
Разлики между аеробни и анаеробни клетъчни процеси
Следващата таблица обобщава най-важните разлики между тези два метаболитни процеса. Те са обяснени по-задълбочено по-късно.
| Аеробни процеси | Анаеробни процеси | |
| Когато се появят: | Те възникват в присъствието на кислород. | Те възникват при липса на кислород или когато концентрацията на кислород е ниска. |
| Първоначален субстрат: | глюкоза и кислород. | Само глюкоза. |
| Краен продукт: | CO 2 , вода и енергия под формата на АТФ | Енергия под формата на АТФ и, в зависимост от конкретния тип процес, крайният продукт може да бъде млечна киселина или етанол и CO 2 . |
| Включени етапи: | • Гликолиза • Окисление на пируват • Цикъл на лимонената киселина или цикъл на Кребс. • Окислително фосфорилиране. |
• Гликолиза • Окисление на пируват • Повечето не включват цикъла на Кребс. • Повечето не включват окислително фосфорилиране. |
| Той включва веригата за пренос на електрони. | В случай на ферментация, тя не включва веригата за пренос на електрони. | |
| Ефективност на производството на енергия: | Той произвежда големи количества енергия под формата на АТФ. За всяка молекула глюкоза се произвеждат общо 30-32 чисти ATP молекули. | Той произвежда малко енергия под формата на АТФ. За всяка ферментирала молекула глюкоза се произвеждат само 2 чисти ATP молекули. |
| Част от клетката, където се среща: | Една част се намира в цитоплазмата, а друга в митохондриите. | Среща се в цитоплазмата и в някои случаи върху клетъчната мембрана. |
| Тип организация, която го използва: | Среща се при аеробни организми и при факултативни анаероби. Не се среща при строги анаероби или при толерантни анаероби. |
Среща се при строги, факултативни и толерантни анаероби. |
| Разлики в еволюцията: | Това е по-скорошен метаболитен процес. | Предполага се, че това е най-старият въглехидратен метаболитен процес. |
ATP: Клетъчно гориво
Дори след храносмилането клетките не могат да използват веществата, в които храната, която приемаме, се превръщат директно като източник на енергия. Това трябва да ги обработи и да ги превърне в специална молекула, наречена аденозин трифосфат, аденозин трифосфат или ATP, за неговия акроним на английски.
Тук влизат в действие аеробните и анаеробните метаболитни процеси, тъй като и двата представляват различни начини за превръщане на глюкоза и други хранителни вещества в АТФ. Казано по друг начин, аеробните и анаеробните процеси могат да се разглеждат като различни начини за рафиниране на храна за производство на горивните клетки, от които действително се нуждаят.
Аеробни процеси
Аеробните процеси се отнасят до клетъчното дишане в присъствието на кислород. Те са поредица от биохимични реакции, при които кислородът е краен акцептор на електроните, генерирани от окисляването на глюкозата. Нетната реакция на аеробното дишане е:
C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6O 2 + 32ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32ATP
В това химично уравнение ADP представлява аденозин монофосфат, Pi се отнася за неорганичен фосфат, а ATP е аденозин трифосфат.
Електроните от окисляването на глюкозата се транспортират нагоре по веригата за транспортиране на електрони чрез серия от окислително-редукционни реакции, известни общо като окислително фосфорилиране. Този процес протича в митохондриите и произвежда големи количества енергия под формата на АТФ.
Аеробното дишане започва с етап, който не изисква кислород, наречен гликолиза . По време на тази първа фаза, която се случва в цитоплазмата на клетката, глюкозната молекула се разделя на две чрез различни реакции, за да се произведат две молекули от съединение, наречено пируват, генерирайки две нетни ATP молекули.
Пируватът, образуван по време на гликолизата, се окислява и след това навлиза в митохондриите, където влиза в цикъла на Кребс, известен също като цикъл на трикарбоксилната киселина или цикъл на лимонената киселина. Този цикъл е съчетан с окислително фосфорилиране и тези два процеса заедно с гликолизата произвеждат общо 32 нетни ATP молекули за всяка метаболизирана глюкозна молекула.
Анаеробни процеси
За разлика от аеробните процеси, анаеробните процеси не използват кислород в нито един от техните етапи. Всъщност терминът обхваща процесите на метаболизъм на глюкоза и други хранителни вещества при липса на кислород.
Най-честите анаеробни процеси са анаеробното дишане и различните видове ферментация.
анаеробно дишане
Отнася се до начина, по който някои анаеробни микроорганизми извършват окислението на глюкозата. В тези случаи, вместо кислородът да бъде крайният акцептор на електроните от глюкозата, други неорганични съединения като нитратни йони, сулфат, въглероден диоксид и дори, в някои случаи, някои метални катиони като желязо (III), манган (IV) или уран (VI).
Анаеробното дишане е много подобно на аеробното дишане, тъй като включва също начален етап на гликолиза и серия от окислителни реакции, свързани с верига за пренос на електрони, но произвежда по-малко енергия от аеробното дишане.
ферментация
Ферментацията е друг вид анаеробен процес. Въпреки че също започва с образуването на пируват чрез гликолиза, той не следва верига от реакции, които водят до пълното му окисляване, както се случва по време на дишането (анаеробно или не).
В зависимост от вида на крайния продукт, в който се трансформира пируватът, могат да се проведат различни видове ферментация. Например, мускулните клетки могат да ферментират пируват до млечна киселина, ако няма достатъчно кислород или ако има повече пируват, отколкото митохондриите могат да се справят чрез аеробно дишане. Това може да се случи, когато правим продължителни упражнения с висока интензивност.
Много микроорганизми могат да извършват и други видове ферментация. Някои, като маята например, ферментират въглехидратите до етилов алкохол . Този процес се използва за производството на алкохолни напитки. Други бактерии могат да произвеждат метан чрез ферментация.
Тъй като ферментацията отделя пирувата, преди да достигне веригата за транспортиране на електрони, тя не се счита за вид дишане, но е вид анаеробен процес.
Разлика в производството на енергия при аеробни и анаеробни процеси
Една от най-важните разлики между аеробните и анаеробните процеси е тяхната способност да използват химическата енергия, съдържаща се в глюкозата и други клетъчни храни. Аеробното дишане е много по-ефективно при производството на енергия от всеки анаеробен процес.
Както аеробните, така и анаеробните процеси започват с един и същ начален етап, който е гликолизата. Този процес има нетно производство на само 2 ATP молекули.
Приликите обаче свършват до тук. При анаеробни процеси, тъй като няма кислород, пируватът не навлиза в цикъла на Кребс, който се свързва с машината за производство на АТФ, образувана от веригата за пренос на електрони, така че не е възможно да се произведе повече АТФ от двете молекули. Те идват от гликолизата.
Поради тази причина аеробните процеси са много по-енергийно ефективни от анаеробните.
Разлики в еволюцията им
Смята се, че анаеробните процеси са по-стари от аеробните, тъй като първичната атмосфера не е съдържала кислород. Не се е формирал, докато фотосинтезиращите организми, предимно зелени растения, не са еволюирали, дълго след като животът на сушата е възникнал.
Предполага се, че дори първите едноклетъчни еукариотни организми са били анаеробни. Въпреки това, развивайки се чрез ендосимбиоза, в даден момент те включиха фотосинтетични клетки, които произвеждат кислород като страничен продукт, и по-късно еволюираха, за да могат да се възползват от това съединение по силата на неговия висок редукционен потенциал.
Тъй като многоклетъчните еукариотни организми започнаха да се появяват на Земята, по-големите и по-сложни организми трябваше да произвеждат повече енергия, така че аеробните процеси бяха голямо еволюционно предимство. Чрез естествен подбор организмите с най-много митохондрии, които могат да преминат през аеробно дишане, оцеляват и се възпроизвеждат масово, предавайки тези благоприятни адаптации на своето потомство. По-старите версии вече не можеха да отговорят на търсенето на АТФ в по-сложния организъм и изчезнаха.
