Tabla de Contenidos
Proses aerobik dan anaerobik adalah dua jenis proses berbeda yang digunakan sel untuk mendapatkan energi dari makanan yang mereka makan, bergantung pada kondisi sekitarnya. Perbedaan utama antara keduanya adalah bahwa yang pertama dilakukan oleh sel saat berada di media yang kaya oksigen, sedangkan yang kedua dilakukan saat tidak ada atau saat konsentrasi gas ini tidak cukup tinggi.
Selain perbedaan mendasar ini, reaksi biokimia yang terjadi dengan ada atau tidak adanya oksigen juga berbeda, sehingga proses aerobik dan anaerobik umumnya menghasilkan produk antara dan akhir yang berbeda, serta tingkat pemanfaatan energi yang berbeda. nutrisi. Di sisi lain, ada juga perbedaan mengenai jenis organisme yang mampu menggunakan setiap proses dan bagian sel tempat terjadinya.
Perbedaan antara proses seluler aerobik dan anaerobik
Tabel berikut merangkum perbedaan paling penting antara kedua proses metabolisme ini. Mereka dijelaskan lebih mendalam nanti.
Proses aerobik | Proses Anaerobik | |
Ketika mereka terjadi: | Mereka terjadi di hadapan oksigen. | Mereka terjadi tanpa adanya oksigen atau ketika konsentrasi oksigen rendah. |
Substrat awal: | glukosa dan oksigen. | Hanya glukosa. |
Produk akhir: | CO 2 , air dan energi dalam bentuk ATP | Energi dalam bentuk ATP dan, tergantung pada jenis proses tertentu, produk akhir dapat berupa asam laktat atau etanol dan CO2 . |
Tahapan yang terlibat: | • Glikolisis • Oksidasi piruvat • Siklus asam sitrat atau siklus Krebs. • Fosforilasi oksidatif. |
• Glikolisis • Oksidasi piruvat • Kebanyakan tidak melibatkan siklus Krebs. • Kebanyakan tidak melibatkan fosforilasi oksidatif. |
Ini melibatkan rantai transpor elektron. | Dalam kasus fermentasi, tidak melibatkan rantai transpor elektron. | |
Efisiensi Produksi Daya: | Ini menghasilkan sejumlah besar energi dalam bentuk ATP. Untuk setiap molekul glukosa, total 30-32 molekul ATP bersih diproduksi. | Ini menghasilkan sedikit energi dalam bentuk ATP. Untuk setiap molekul glukosa yang difermentasi, hanya dihasilkan 2 molekul ATP bersih. |
Bagian dari sel tempat terjadinya: | Satu bagian terjadi di sitoplasma dan satu lagi di dalam mitokondria. | Itu terjadi di sitoplasma dan, dalam beberapa kasus, di membran sel. |
Jenis organisasi yang menggunakannya: | Ini terjadi pada organisme aerobik dan anaerob fakultatif. Itu tidak terjadi pada anaerob yang ketat atau anaerob yang toleran. |
Ini terjadi pada anaerob yang ketat, fakultatif dan toleran. |
Perbedaan evolusi: | Ini adalah proses metabolisme yang lebih baru. | Ini seharusnya menjadi proses metabolisme karbohidrat tertua. |
ATP: Bahan bakar seluler
Bahkan setelah pencernaan, sel tidak dapat menggunakan zat yang diubah menjadi makanan yang kita makan secara langsung sebagai sumber energi. Ini harus memprosesnya dan mengubahnya menjadi molekul khusus yang disebut adenosin trifosfat, adenosin trifosfat atau ATP, untuk akronimnya dalam bahasa Inggris.
Di sinilah proses metabolisme aerobik dan anaerobik berperan, karena keduanya mewakili cara berbeda untuk mengubah glukosa dan nutrisi lain menjadi ATP. Dengan kata lain, proses aerobik dan anaerobik dapat dilihat sebagai cara berbeda untuk mengolah makanan untuk menghasilkan sel bahan bakar yang benar-benar dibutuhkan.
Proses aerobik
Proses aerobik mengacu pada respirasi sel dengan adanya oksigen. Mereka adalah serangkaian reaksi biokimia yang memiliki oksigen sebagai akseptor terakhir dari elektron yang dihasilkan oleh oksidasi glukosa. Reaksi bersih respirasi aerobik adalah:
C 6 H 12 O 6 (glukosa) + 6O 2 + 32ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32ATP
Dalam persamaan kimia ini, ADP mewakili adenosin monofosfat, Pi mengacu pada fosfat anorganik, dan ATP adalah adenosin trifosfat.
Elektron dari oksidasi glukosa diangkut melalui rantai transpor elektron melalui serangkaian reaksi reduksi oksidasi yang dikenal secara kolektif sebagai fosforilasi oksidatif. Proses ini terjadi di mitokondria dan menghasilkan energi dalam jumlah besar dalam bentuk ATP.
Respirasi aerobik dimulai dengan tahap yang tidak membutuhkan oksigen yang disebut glikolisis . Selama fase pertama ini, yang terjadi di sitoplasma sel, molekul glukosa dipecah menjadi dua melalui berbagai reaksi untuk menghasilkan dua molekul senyawa yang disebut piruvat, menghasilkan dua molekul ATP bersih.
Piruvat yang terbentuk selama glikolisis dioksidasi dan kemudian memasuki mitokondria di mana ia memasuki siklus Krebs, juga dikenal sebagai siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat. Siklus ini digabungkan dengan fosforilasi oksidatif , dan kedua proses ini bersama dengan glikolisis menghasilkan total 32 molekul ATP bersih untuk setiap molekul glukosa yang dimetabolisme.
Proses Anaerobik
Tidak seperti proses aerobik, proses anaerobik tidak menggunakan oksigen dalam tahapannya. Padahal, istilah tersebut mencakup proses metabolisme glukosa dan nutrisi lain tanpa adanya oksigen.
Proses anaerobik yang paling umum adalah respirasi anaerobik dan berbagai jenis fermentasi.
respirasi anaerob
Ini mengacu pada cara beberapa mikroorganisme anaerobik melakukan oksidasi glukosa. Dalam kasus ini, alih-alih oksigen menjadi akseptor terakhir elektron dari glukosa, senyawa anorganik lainnya seperti ion nitrat, sulfat, karbon dioksida dan bahkan, dalam beberapa kasus, beberapa kation logam seperti besi (III), mangan (IV) atau uranium (VI).
Respirasi anaerob sangat mirip dengan respirasi aerobik karena juga melibatkan tahap awal glikolisis dan serangkaian reaksi oksidasi yang digabungkan dengan rantai transpor elektron, tetapi menghasilkan energi lebih sedikit daripada respirasi aerobik.
fermentasi
Fermentasi adalah jenis lain dari proses anaerobik. Meskipun juga dimulai dengan pembentukan piruvat melalui glikolisis, ia tidak mengikuti rangkaian reaksi yang mengarah ke oksidasi totalnya seperti yang terjadi selama respirasi (baik anaerobik maupun tidak).
Bergantung pada jenis produk akhir di mana piruvat diubah, berbagai jenis fermentasi dapat dilakukan. Misalnya, sel-sel otot dapat memfermentasi piruvat menjadi asam laktat jika oksigen tidak cukup atau jika piruvat lebih banyak daripada yang dapat ditangani mitokondria melalui respirasi aerobik. Ini bisa terjadi ketika kita melakukan latihan intensitas tinggi yang berkelanjutan.
Banyak mikroorganisme juga dapat melakukan jenis fermentasi lainnya. Beberapa, seperti ragi misalnya, memfermentasi karbohidrat menjadi etil alkohol . Proses ini digunakan untuk produksi minuman beralkohol. Masih bakteri lain dapat menghasilkan metana melalui fermentasi.
Karena fermentasi menyedot piruvat sebelum mencapai rantai transpor elektron, ini tidak dianggap sebagai jenis respirasi, tetapi merupakan jenis proses anaerobik.
Perbedaan produksi energi dalam proses aerobik dan anaerobik
Salah satu perbedaan terpenting antara proses aerobik dan anaerobik adalah kemampuannya untuk memanfaatkan energi kimia yang terkandung dalam glukosa dan makanan seluler lainnya. Respirasi aerobik jauh lebih efisien dalam menghasilkan energi daripada proses anaerobik mana pun.
Proses aerobik dan anaerobik dimulai dengan tahap awal yang sama, yaitu glikolisis. Proses ini memiliki produksi bersih hanya 2 molekul ATP.
Namun, kesamaan berakhir di sini. Dalam proses anaerobik, karena tidak ada oksigen, piruvat tidak memasuki siklus Krebs yang berpasangan dengan mesin produksi ATP yang dibentuk oleh rantai transpor elektron, sehingga tidak mungkin menghasilkan lebih banyak ATP daripada dua molekul yang berasal dari glikolisis.
Karena alasan ini, proses aerobik jauh lebih hemat energi daripada proses anaerobik.
Perbedaan dalam evolusi mereka
Proses anaerobik diyakini lebih tua dari proses aerobik, karena atmosfer purba tidak mengandung oksigen. Itu tidak terbentuk sampai organisme fotosintetik, terutama tumbuhan hijau, berevolusi, lama setelah kehidupan di darat muncul.
Bahkan organisme eukariotik bersel tunggal pertama dianggap anaerobik. Namun, dengan berevolusi melalui endosimbiosis, pada titik tertentu mereka memasukkan sel-sel fotosintesis yang menghasilkan oksigen sebagai produk sampingan, dan kemudian berevolusi untuk dapat memanfaatkan senyawa ini berdasarkan potensi reduksinya yang tinggi.
Ketika organisme eukariotik multisel mulai muncul di Bumi, organisme yang lebih besar dan lebih kompleks perlu menghasilkan lebih banyak energi, sehingga proses aerobik merupakan keunggulan evolusioner yang besar. Melalui seleksi alam, organisme dengan mitokondria paling banyak yang dapat menjalani respirasi aerobik bertahan dan bereproduksi secara besar-besaran, mewariskan adaptasi yang menguntungkan ini kepada keturunannya. Versi lama tidak dapat lagi memenuhi permintaan ATP dalam organisme yang lebih kompleks dan mati.