Tabla de Contenidos
Az aerob és az anaerob folyamatok két különböző típusú folyamat, amelyeket a sejtek arra használnak, hogy energiát nyerjenek az elfogyasztott táplálékból, a környező körülményektől függően. A fő különbség a kettő között az, hogy az elsőt a sejtek hajtják végre, amikor oxigénben gazdag közegben vannak, míg a másodikat akkor hajtják végre, amikor az nincs jelen, vagy ha ennek a gáznak a koncentrációja nem elég magas.
Ezen az alapvető különbségen túlmenően az oxigén jelenlétében vagy hiányában lezajló biokémiai reakciók is eltérőek, így az aerob és az anaerob folyamatok általában eltérő köztes- és végtermékekhez, valamint eltérő szintű energiafelhasználáshoz vezetnek. tápanyagok. Másrészt különbségek vannak abban is, hogy az egyes folyamatokat milyen típusú szervezet képes használni, és a sejt mely részében fordulnak elő.
Az aerob és az anaerob sejtfolyamatok közötti különbségek
Az alábbi táblázat összefoglalja a két anyagcsere-folyamat közötti legfontosabb különbségeket. Később részletesebben kifejtjük.
| Aerob folyamatok | Anaerob folyamatok | |
| Amikor előfordulnak: | Oxigén jelenlétében fordulnak elő. | Oxigén hiányában vagy alacsony oxigénkoncentráció esetén fordulnak elő. |
| Kezdeti szubsztrátum: | glükóz és oxigén. | Csak glükóz. |
| Végtermék: | CO 2 , víz és energia ATP formájában | Az energia ATP formájában, és az adott folyamat típusától függően a végtermék lehet tejsav vagy etanol és CO 2 . |
| Az érintett szakaszok: | • Glikolízis • Piruvát oxidáció • Citromsav ciklus vagy Krebs ciklus. • Oxidatív foszforiláció. |
• Glikolízis • Piruvát oxidációja • A legtöbb nem vesz részt a Krebs-ciklusban. • A legtöbb nem oxidatív foszforilációt tartalmaz. |
| Ez magában foglalja az elektrontranszport láncot. | Erjedés esetén nem vesz részt az elektrontranszport láncban. | |
| Energiatermelési hatékonyság: | Nagy mennyiségű energiát termel ATP formájában. Minden glükózmolekulánál összesen 30-32 nettó ATP molekula keletkezik. | Kevés energiát termel ATP formájában. Minden fermentált glükózmolekulához csak 2 nettó ATP molekula termelődik. |
| A sejt része, ahol előfordul: | Az egyik rész a citoplazmában, a másik a mitokondriumban található. | A citoplazmában és bizonyos esetekben a sejtmembránon fordul elő. |
| Az ezt használó szervezet típusa: | Aerob szervezetekben és fakultatív anaerobokban fordul elő. Nem fordul elő szigorú anaerobokban vagy toleráns anaerobokban. |
Szigorú, fakultatív és toleráns anaerobokban fordul elő. |
| Különbségek az evolúcióban: | Ez egy újabb anyagcsere-folyamat. | Állítólag ez a legrégebbi szénhidrát anyagcsere-folyamat. |
ATP: Celluláris üzemanyag
A sejtek még az emésztés után sem tudják közvetlenül energiaforrásként felhasználni azokat az anyagokat, amelyekké az elfogyasztott táplálék átalakul. Ennek fel kell dolgoznia őket, és speciális molekulává kell alakítani, amit adenozin-trifoszfátnak, adenozin-trifoszfátnak vagy ATP-nek neveznek, angol rövidítéseként.
Itt jönnek létre az aerob és az anaerob anyagcsere-folyamatok, mivel mindkettő különböző módokat képvisel a glükóz és más tápanyagok ATP-vé alakításában. Másképpen fogalmazva, az aerob és az anaerob folyamatokat az élelmiszerek finomításának különböző módjainak tekinthetjük, hogy a ténylegesen szükséges üzemanyagcellákat előállítsák.
Aerob folyamatok
Az aerob folyamatok a sejtlégzésre utalnak oxigén jelenlétében. Ezek olyan biokémiai reakciók sorozata, amelyek során az oxigén a glükóz oxidációja során keletkező elektronok végső akceptorja. Az aerob légzés nettó reakciója:
C 6 H 12 O 6 (glükóz) + 6O 2 + 32ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32ATP
Ebben a kémiai egyenletben az ADP az adenozin-monofoszfátot, a Pi a szervetlen foszfátot, az ATP pedig az adenozin-trifoszfátot jelenti.
A glükóz oxidációjából származó elektronok egy sor oxidációs-redukciós reakción keresztül jutnak felfelé az elektrontranszport láncon, amelyeket együttesen oxidatív foszforilációnak neveznek. Ez a folyamat a mitokondriumokban megy végbe, és nagy mennyiségű energiát termel ATP formájában.
Az aerob légzés egy olyan szakaszban kezdődik, amely nem igényel oxigént, az úgynevezett glikolízist . Ebben az első fázisban, amely a sejt citoplazmájában fordul elő, a glükózmolekula különböző reakciók során két részre hasad, így két piruvát nevű vegyület molekula keletkezik, két nettó ATP-molekulát hozva létre.
A glikolízis során keletkező piruvát oxidálódik, majd a mitokondriumokba kerül, ahol belép a Krebs-ciklusba, más néven trikarbonsav-ciklusba vagy citromsavciklusba. Ez a ciklus oxidatív foszforilációval párosul , és ez a két folyamat a glikolízissel együtt összesen 32 nettó ATP-molekulát termel minden metabolizált glükózmolekulára.
Anaerob folyamatok
Az aerob folyamatokkal ellentétben az anaerob folyamatok egyik szakaszában sem használnak oxigént. Valójában a kifejezés magában foglalja a glükóz és más tápanyagok anyagcseréjének folyamatait oxigén hiányában.
A leggyakoribb anaerob folyamatok az anaerob légzés és a fermentáció különböző fajtái.
anaerob légzés
Arra vonatkozik, ahogyan egyes anaerob mikroorganizmusok végzik a glükóz oxidációját. Ezekben az esetekben ahelyett, hogy az oxigén lenne a glükóz elektronjainak végső akceptorja, más szervetlen vegyületek, például nitrátionok, szulfát, szén-dioxid, sőt bizonyos esetekben fémkationok is, például vas (III), mangán (IV) vagy urán (VI).
Az anaerob légzés nagyon hasonlít az aerob légzéshez, mivel magában foglalja a glikolízis kezdeti szakaszát és egy elektrontranszport-lánchoz kapcsolódó oxidációs reakciók sorozatát is, de kevesebb energiát termel, mint az aerob légzés.
erjesztés
A fermentáció az anaerob folyamat egy másik típusa. Bár szintén a piruvát glikolízissel történő képződésével kezdődik, nem követi azt a reakcióláncot, amely a légzés során bekövetkező teljes oxidációjához vezet (akár anaerob, akár nem).
Attól függően, hogy milyen végtermékben a piruvát átalakul, különböző típusú fermentációt lehet végrehajtani. Például az izomsejtek tejsavvá fermentálhatják a piruvátot , ha nincs elég oxigén, vagy ha több a piruvát, mint amennyit a mitokondriumok képesek kezelni aerob légzéssel. Ez akkor fordulhat elő, ha tartós, nagy intenzitású gyakorlatokat végzünk.
Számos mikroorganizmus más típusú fermentációt is végezhet. Egyesek, mint például az élesztő, a szénhidrátokat etil-alkohollá erjesztik . Ezt az eljárást alkoholos italok előállítására használják. Más baktériumok is képesek metánt termelni fermentáció útján.
Mivel a fermentáció a piruvátot még azelőtt kiszifonja, hogy az elérné az elektrontranszport-láncot, ez nem tekinthető a légzés egyik típusának, hanem egyfajta anaerob folyamat.
Energiatermelés különbsége aerob és anaerob folyamatokban
Az egyik legfontosabb különbség az aerob és az anaerob folyamatok között, hogy képesek hasznosítani a glükózban és más sejtes élelmiszerekben található kémiai energiát. Az aerob légzés sokkal hatékonyabban termel energiát, mint bármely anaerob folyamat.
Mind az aerob, mind az anaerob folyamatok ugyanabban a kezdeti szakaszban indulnak, ami a glikolízis. Ez az eljárás nettó termelése mindössze 2 ATP molekula.
A hasonlóságok azonban itt véget is érnek. Az anaerob folyamatokban, mivel nincs oxigén, a piruvát nem lép be a Krebs-ciklusba, amely az elektrontranszport lánc által kialakított ATP-termelő gépezethez kapcsolódik, így nem lehet több ATP-t előállítani, mint a két molekula Glikolízisből származnak.
Emiatt az aerob folyamatok sokkal energiahatékonyabbak, mint az anaerob folyamatok.
Különbségek fejlődésükben
Az anaerob folyamatokat régebbinek tartják, mint az aerob folyamatokat, mivel az őslégkör nem tartalmazott oxigént. Csak akkor jött létre, amikor a fotoszintetikus szervezetek, elsősorban a zöld növények kifejlődtek, jóval azután, hogy a szárazföldön élet keletkezett.
Már az első egysejtű eukarióta szervezetek is anaerobok voltak. Azonban az endoszimbiózison keresztüli fejlődés révén egy bizonyos ponton beépítettek fotoszintetikus sejteket, amelyek melléktermékként oxigént termeltek, majd később úgy fejlődtek, hogy képesek lennének kihasználni ezt a vegyületet a magas redukciós potenciálja miatt.
Ahogy a többsejtű eukarióta szervezetek kezdtek megjelenni a Földön, nagyobb és összetettebb szervezeteknek több energia előállításához volt szükségük, így az aerob folyamatok nagy evolúciós előnyt jelentettek. A természetes szelekció révén a legtöbb mitokondriummal rendelkező organizmusok, amelyek képesek voltak aerob légzésre, túlélték és tömegesen szaporodtak, átadva ezeket a kedvező adaptációkat utódaiknak. A régebbi verziók már nem tudták kielégíteni az összetettebb szervezet ATP-igényét, és kihaltak.
