Аэробика против анаэробного дыхания

Аэробное дыхание, процесс, который использует кислород, и анаэробное дыхание, процесс, который не использует кислород, являются двумя формами клеточного дыхания. Хотя некоторые клетки могут участвовать только в одном типе дыхания, большинство клеток используют оба типа, в зависимости от потребностей организма. Клеточное дыхание также происходит за пределами макроорганизмов, таких как химические процессы - например, при брожении. В целом, дыхание используется для устранения отходов и выработки энергии.

Сравнительная таблица

Сравнительная таблица аэробного дыхания и анаэробного дыхания
Аэробного дыхания Анаэробное дыхание
ОпределениеАэробное дыхание использует кислород.Анаэробное дыхание - это дыхание без кислорода; процесс использует дыхательную цепь переноса электронов, но не использует кислород в качестве акцепторов электронов.
Клетки, которые используют этоАэробное дыхание происходит в большинстве клеток.Анаэробное дыхание встречается в основном у прокариот
Количество выпущенной энергииВысокий (36-38 молекул АТФ)Нижняя (между 36-2 молекулами АТФ)
ЭтапыГликолиз, цикл Кребса, электронная транспортная цепьГликолиз, цикл Кребса, электронная транспортная цепь
ТоварыУглекислый газ, вода, АТФУглекислый газ, восстановленный вид, АТФ
Сайт реакцийЦитоплазма и митохондрииЦитоплазма и митохондрии
Реактивыглюкоза, кислородглюкоза, акцептор электронов (не кислород)
сгораниеполныйнеполный
Производство этанола или молочной кислотыНе производит этанол или молочную кислотуПроизводят этанол или молочную кислоту

Аэробные и анаэробные процессы

Аэробные процессы в клеточном дыхании могут происходить только при наличии кислорода. Когда клетке необходимо выделять энергию, цитоплазма (вещество между ядром клетки и ее мембраной) и митохондрии (органеллы в цитоплазме, которые помогают в метаболических процессах) инициируют химический обмен, который запускает расщепление глюкозы. Этот сахар переносится через кровь и сохраняется в организме как быстрый источник энергии. Расщепление глюкозы в аденозинтрифосфат (АТФ) выделяет углекислый газ (CO2), побочный продукт, который необходимо удалить из организма. В растениях процесс высвобождения энергии фотосинтеза использует CO2 и выделяет кислород в качестве побочного продукта.

Анаэробные процессы не используют кислород, поэтому продукт пирувата - АТФ - один из видов пирувата - остается на месте, чтобы разрушаться или катализироваться другими реакциями, такими как то, что происходит в мышечной ткани или в процессе ферментации. Молочная кислота, которая накапливается в клетках мышц, поскольку аэробные процессы не в состоянии удовлетворить потребности в энергии, является побочным продуктом анаэробного процесса. Такие анаэробные разрушения обеспечивают дополнительную энергию, но накопление молочной кислоты снижает способность клетки к дальнейшей переработке отходов; в широком масштабе, скажем, в человеческом теле, это приводит к усталости и мышечной болезненности. Клетки восстанавливаются, вдыхая больше кислорода и через кровообращение, процессы, которые помогают уносить молочную кислоту.

В следующем 13-минутном видео обсуждается роль АТФ в организме человека. Чтобы перейти к информации об анаэробном дыхании, нажмите здесь (5:33); для аэробного дыхания, нажмите здесь (6:45).

Ферментация

Когда молекулы сахара (прежде всего глюкоза, фруктоза и сахароза) разрушаются при анаэробном дыхании, производимый ими пируват остается в клетке. Без кислорода пируват не полностью катализируется для высвобождения энергии. Вместо этого элемент использует более медленный процесс для удаления водородных носителей, создавая различные отходы. Этот более медленный процесс называется брожением. Когда дрожжи используются для анаэробного расщепления сахаров, отходами являются спирт и CO2. Удаление CO2 оставляет этанол, основу для алкогольных напитков и топлива. Фрукты, сахаристые растения (например, сахарный тростник) и зерна используются для ферментации с дрожжами или бактериями в качестве анаэробных процессоров. При выпечке выброс СО2 в результате ферментации - это то, что вызывает рост хлеба и других хлебобулочных изделий.

Цикл Кребса

Цикл Кребса также известен как цикл лимонной кислоты и цикл трикарбоновых кислот (ТСА). Цикл Кребса является ключевым производящим энергию процессом в большинстве многоклеточных организмов. Наиболее распространенная форма этого цикла использует глюкозу в качестве источника энергии.

Во время процесса, известного как гликолиз, клетка превращает глюкозу, 6-углеродную молекулу, в две 3-углеродные молекулы, называемые пируватами. Эти два пирувата высвобождают электроны, которые затем объединяются с молекулой, называемой NAD +, с образованием NADH и двух молекул аденозинтрифосфата (АТФ).

Эти молекулы АТФ являются истинным «топливом» для организма и превращаются в энергию, в то время как молекулы пирувата и НАДН попадают в митохондрии. Вот где 3-углеродные молекулы распадаются на 2-углеродные молекулы, называемые ацетил-КоА и СО2. В каждом цикле ацетил-КоА расщепляется и используется для восстановления углеродных цепей, высвобождения электронов и, следовательно, для генерирования большего количества АТФ. Этот цикл является более сложным, чем гликолиз, и он также может расщеплять жиры и белки для получения энергии.

Как только доступные свободные молекулы сахара истощаются, цикл Кребса в мышечной ткани может начать разрушать жировые молекулы и белковые цепи, чтобы питать организм. Хотя расщепление жировых молекул может быть положительным эффектом (снижение веса, снижение уровня холестерина), если его довести до избыточного количества, оно может нанести вред организму (организму требуется немного жира для защиты и химических процессов). Напротив, разрушение белков организма часто является признаком голодания.

Аэробные и анаэробные упражнения

Аэробное дыхание в 19 раз более эффективно для высвобождения энергии, чем анаэробное дыхание, потому что аэробные процессы извлекают большую часть энергии молекул глюкозы в форме АТФ, в то время как анаэробные процессы оставляют большую часть источников, генерирующих АТФ, в отходах. У людей аэробные процессы стимулируют действие, в то время как анаэробные процессы используются для экстремальных и постоянных усилий.

Аэробные упражнения, такие как бег, езда на велосипеде и прыжки со скакалкой, превосходны при сжигании избыточного сахара в организме, но для сжигания жира аэробные упражнения должны выполняться в течение 20 минут или более, заставляя организм использовать анаэробное дыхание. Тем не менее, короткие тренировки, такие как спринт, основаны на анаэробных процессах для получения энергии, потому что аэробные пути медленнее. Другие анаэробные упражнения, такие как тренировка с отягощениями или тяжелая атлетика, отлично подходят для наращивания мышечной массы, процесс, который требует разрушения жировых молекул для накопления энергии в более крупных и обильных клетках, присутствующих в мышечной ткани.

эволюция

Эволюция анаэробного дыхания значительно предшествует эволюции аэробного дыхания. Два фактора делают эту прогрессию определенностью. Во-первых, у Земли был намного более низкий уровень кислорода, когда появились первые одноклеточные организмы, в большинстве экологических ниш почти не было кислорода. Во-вторых, анаэробное дыхание вырабатывает только 2 молекулы АТФ за цикл, что достаточно для одноклеточных потребностей, но недостаточно для многоклеточных организмов.

Аэробное дыхание возникало только тогда, когда уровень кислорода в воздухе, воде и поверхности земли делал его достаточным для использования в окислительно-восстановительных процессах. Окисление не только обеспечивает больший выход АТФ (до 36 молекул АТФ за цикл), но также может происходить с более широким спектром восстановительных веществ. Это означало, что организмы могли жить и расти больше и занимать больше ниш. Естественный отбор, таким образом, предпочтет организмы, которые могут использовать аэробное дыхание, и те, которые могут сделать это более эффективно, чтобы расти больше и быстрее адаптироваться к новым и изменяющимся условиям.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ