Aerobe versus anaerobe ademhaling

Aërobe ademhaling, een proces dat zuurstof gebruikt, en anaerobe ademhaling, een proces dat niet gebruik zuurstof, zijn twee vormen van cellulaire ademhaling. Hoewel sommige cellen slechts in één ademhaling kunnen worden gebruikt, gebruiken de meeste cellen beide soorten, afhankelijk van de behoeften van een organisme. Cellulaire ademhaling vindt ook buiten macro-organismen plaats, zoals chemische processen - bijvoorbeeld bij fermentatie. Over het algemeen wordt ademhaling gebruikt om afvalproducten te verwijderen en energie te genereren.

Vergelijkingstabel

Aërobe Ademhaling versus Anaërobe Ademhaling vergelijkingsgrafiek

	Aerobe ademhaling	Anaerobe ademhaling
Definitie	Aërobe ademhaling maakt gebruik van zuurstof.	Anaërobe ademhaling is ademhaling zonder zuurstof; het proces maakt gebruik van een respiratoire elektronentransportketen maar gebruikt geen zuurstof als de elektronenacceptoren.
Cellen die het gebruiken	Aërobe ademhaling komt in de meeste cellen voor.	Anaërobe ademhaling komt meestal voor in prokaryoten
Hoeveelheid vrijgegeven energie	Hoge (36-38 ATP-moleculen)	Lager (tussen 36-2 ATP-moleculen)
Stages	Glycolyse, Krebs-cyclus, elektronentransportketen	Glycolyse, Krebs-cyclus, elektronentransportketen
producten	Koolstofdioxide, water, ATP	Koolstof dixoide, gereduceerde soorten, ATP
Site van reacties	Cytoplasma en mitochondriën	Cytoplasma en mitochondriën
reactanten	glucose, zuurstof	glucose, elektronenacceptor (geen zuurstof)
verbranding	compleet	incompleet
Productie van ethanol of melkzuur	Produceert geen ethanol of melkzuur	Produceer ethanol of melkzuur

Inhoud: Aerobe versus anaerobe ademhaling

• 1 Aerobe versus anaërobe processen
  • 1.1 Fermentatie
  • 1.2 Krebs Cycle
• 2 Aerobe en anaerobe oefeningen
• 3 Evolutie
• 4 Referenties

Aerobe versus anaërobe processen

Aërobe processen bij cellulaire ademhaling kunnen alleen plaatsvinden als zuurstof aanwezig is. Wanneer een cel energie moet vrijmaken, initiëren het cytoplasma (een stof tussen de celkern en het membraan) en mitochondriën (organellen in cytoplasma die helpen met metabolische processen) chemische uitwisselingen die de afbraak van glucose veroorzaken. Deze suiker wordt door het bloed gedragen en opgeslagen in het lichaam als een snelle energiebron. De afbraak van glucose in adenosinetrifosfaat (ATP) geeft kooldioxide (CO2) af, een bijproduct dat uit het lichaam moet worden verwijderd. In planten gebruikt het energie vrijmakingsproces van fotosynthese CO2 en geeft zuurstof af als bijproduct.

Anaërobe processen maken geen gebruik van zuurstof, dus het pyruvaatproduct - ATP is een soort pyruvaat - blijft op zijn plaats om afgebroken of gekatalyseerd te worden door andere reacties, zoals wat zich voordoet in spierweefsel of bij fermentatie. Melkzuur, dat zich opbouwt in spiercellen, terwijl aerobe processen niet voldoen aan de energiebehoefte, is een bijproduct van een anaëroob proces. Dergelijke anaerobe storingen zorgen voor extra energie, maar de melkzuuropbouw vermindert het vermogen van een cel om afval verder te verwerken; op grote schaal in bijvoorbeeld een menselijk lichaam, dit leidt tot vermoeidheid en spierpijn. Cellen herstellen door meer zuurstof in te ademen en door de circulatie van bloed, processen die helpen melkzuur af te voeren.

De volgende video van 13 minuten bespreekt de rol van ATP in het menselijk lichaam. Klik hier (5:33) om snel naar informatie over anaërobe ademhaling door te bladeren; voor aerobe ademhaling, klik hier (6:45).

Fermentatie

Wanneer suikermoleculen (voornamelijk glucose, fructose en sucrose) afbreken in anaerobe ademhaling, blijft het pyruvaat dat ze produceren in de cel achter. Zonder zuurstof is het pyruvaat niet volledig gekatalyseerd voor energievrijgave. In plaats daarvan gebruikt de cel een langzamer proces om de waterstofdragers te verwijderen, waardoor verschillende afvalproducten ontstaan. Dit langzamere proces wordt fermentatie genoemd. Wanneer gist wordt gebruikt voor anaerobe afbraak van suikers, zijn de afvalproducten alcohol en CO2. Het verwijderen van CO2 verlaat ethanol, de basis voor alcoholische dranken en brandstof. Vruchten, suikerhoudende planten (bijvoorbeeld suikerriet) en granen worden alle gebruikt voor fermentatie, met gist of bacteriën als de anaërobe processoren. Bij het bakken, is de CO2-uitstoot van fermentatie de oorzaak dat broden en andere gebakken producten stijgen.

Krebs Cycle

De Krebs-cyclus is ook bekend als de citroenzuurcyclus en de tricarbonzuur (TCA) cyclus. De Krebs-cyclus is het belangrijkste energieproducerende proces in de meeste multicellulaire organismen. De meest voorkomende vorm van deze cyclus gebruikt glucose als energiebron.

Tijdens een proces dat bekend staat als glycolyse, zet een cel glucose, een 6-koolstofmolecuul, om in twee 3-koolstofmoleculen die pyruvaten worden genoemd. Deze twee pyruvaten geven elektronen vrij die vervolgens worden gecombineerd met een molecuul genaamd NAD + om NADH en twee moleculen van adenosinetrifosfaat (ATP) te vormen.

Deze ATP-moleculen zijn de echte "brandstof" voor een organisme en worden omgezet in energie, terwijl de pyruvaatmoleculen en NADH de mitochondriën binnendringen. Dat is waar de 3-koolstof moleculen worden afgebroken tot 2-koolstof moleculen genaamd Acetyl-CoA en CO2. In elke cyclus wordt het acetyl-CoA afgebroken en gebruikt om koolstofketens opnieuw op te bouwen, om elektronen vrij te maken en zo meer ATP te genereren. Deze cyclus is complexer dan glycolyse en het kan ook vetten en eiwitten afbreken voor energie.

Zodra de beschikbare vrije suikermoleculen uitgeput zijn, kan de Krebs-cyclus in spierweefsel beginnen met het afbreken van vetmoleculen en eiwitketens om een ​​organisme van brandstof te voorzien. Hoewel de afbraak van vetmoleculen een positief voordeel kan zijn (lager gewicht, lager cholesterolgehalte), kan het lichaam het lichaam beschadigen als het wordt meegevoerd (het lichaam heeft wat vet nodig voor bescherming en chemische processen). Daarentegen is het afbreken van de eiwitten van het lichaam vaak een teken van uithongering.

Aerobe en anaerobe oefeningen

Aërobe ademhaling is 19 keer effectiever in het vrijgeven van energie dan anaerobe ademhaling omdat aërobe processen de meeste energie van de glucosemoleculen extraheren in de vorm van ATP, terwijl anaerobe processen de meeste ATP-genererende bronnen in de afvalproducten achterlaten. Bij mensen komen aërobe processen in actie om te galvaniseren, terwijl anaërobe processen worden gebruikt voor extreme en aanhoudende inspanningen.

Aerobe oefeningen, zoals hardlopen, fietsen en touwtjespringen, zijn uitstekend in het verbranden van overtollige suiker in het lichaam, maar om vet te verbranden, moeten aërobe oefeningen 20 minuten of langer worden gedaan, waardoor het lichaam gedwongen wordt anaërobe ademhaling te gebruiken. Korte uitbarstingen van oefening, zoals sprinten, zijn echter afhankelijk van anaërobe processen voor energie omdat de aërobe paden langzamer zijn. Andere anaërobe oefeningen, zoals weerstandstraining of gewichtheffen, zijn uitstekend voor het opbouwen van spiermassa, een proces waarbij vetmoleculen worden afgebroken voor het opslaan van energie in de grotere en meer overvloedige cellen in spierweefsel.

Evolutie

De evolutie van de anaerobe ademhaling is sterk ouder dan die van aerobe ademhaling. Twee factoren maken deze progressie een zekerheid. Ten eerste had de aarde een veel lager zuurstofniveau wanneer de eerste eencellige organismen zich ontwikkelden, waarbij de meeste ecologische niches bijna volledig zuurstof tekort kwamen. Ten tweede produceert anaerobe ademhaling slechts 2 ATP-moleculen per cyclus, genoeg voor eencellige behoeften, maar ontoereikend voor meercellige organismen.

Aërobe ademhaling kwam alleen tot stand toen zuurstofgehaltes in de lucht, het water en de grondoppervlakten het overvloedig genoeg maakten om te gebruiken voor oxidatie-reductieprocessen. Oxidatie biedt niet alleen een grotere ATP-opbrengst, maar ook 36 ATP-moleculen per cyclus, het kan ook plaatsvinden met een breder scala aan reductieve stoffen. Dit betekende dat organismen groter konden worden en groter konden worden en meer niches konden innemen. Natuurlijke selectie zou dus de voorkeur geven aan organismen die aerobe ademhaling zouden kunnen gebruiken, en degenen die dat efficiënter zouden kunnen doen om groter te worden en zich sneller aan te passen aan nieuwe en veranderende omgevingen..

Referenties

• Wikipedia: cellulaire ademhaling