Aerob vs. Anaerobe processer

Alle levende ting har brug for en kontinuerlig forsyning af energi for at holde deres celler fungerer normalt og for at forblive sunde. Nogle organismer, kaldet autotrofer, kan producere deres egen energi ved hjælp af sollys eller andre energikilder gennem processer som f.eksfotosyntese. Andre, ligesom mennesker, er nødt til at spise mad for at producere energi.

Det er dog ikke den type energiceller, der bruges til at fungere. I stedet bruger de et molekyle kaldet adenosintrifosfat (ATP) for at holde sig i gang. Cellerne skal derfor have en måde at tage den kemiske energi, der er lagret i fødevarer, og omdanne den til den ATP, de har brug for for at fungere. Processcellerne, der gennemgår for at foretage denne ændring, kaldes cellulær respiration.

Cellulær respiration kan være aerob (betyder "med ilt") eller anaerob ("uden ilt"). Hvilken rute cellerne tager for at skabe ATP afhænger udelukkende af, om der er tilstrækkelig ilt til stede til at gennemgå aerob respiration. Hvis der ikke er nok ilt til stede for aerob respiration, vil nogle organismer ty til at bruge anaerob respiration eller andre anaerobe processer såsom

For at maksimere mængden af ​​ATP foretaget i processen med cellulær respiration, skal ilt være til stede. Efterhånden som eukaryote arter udviklede sig med tiden, blev de mere komplekse med flere organer og kropsdele. Det blev nødvendigt for celler at kunne skabe så meget ATP som muligt for at holde disse nye tilpasninger kørende korrekt.

Den tidlige jordatmosfære havde meget lidt ilt. Det var først efter, at autotrofer blev rigelige og frigivet store mængder ilt som et biprodukt af fotosyntesen, at aerob respiration kunne udvikle sig. Oxygen gav hver celle mulighed for at producere mange gange mere ATP end deres gamle forfædre, der var afhængige af anaerob respiration. Denne proces sker i celleorganellen kaldet mitokondrier.

Mere primitive er de processer, som mange organismer gennemgår, når der ikke er nok ilt. De mest kendte anaerobe processer er kendt som fermentering. De fleste anaerobe processer starter på samme måde som aerob respiration, men de stopper halvvejs gennem stien, fordi iltet ikke er tilgængelig for at afslutte den aerobe respirationsproces, eller de går sammen med et andet molekyle, der ikke er ilt som den endelige elektron acceptor. Fermentering gør mange færre ATP og frigiver også biprodukter af enten mælkesyre eller alkohol i de fleste tilfælde. Anaerobe processer kan ske i mitokondrier eller i cytoplasmaet i cellen.

Mælkesyrefermentering er den type anaerob proces, som mennesker gennemgår, hvis der er mangel på ilt. For eksempel oplever løbere med lang afstand en ophopning af mælkesyre i deres muskler, fordi de ikke tager nok ilt ind til at følge med efterspørgslen efter energi, der er nødvendig til træningen. Mælkesyren kan endda forårsage krampe og ømhed i musklerne, når tiden går.

Alkoholisk gæring sker ikke hos mennesker. Gær er et godt eksempel på en organisme, der gennemgår alkoholfermentering. Den samme proces, der foregår i mitokondrierne under mælkesyrefermentering, sker også ved alkoholisk gæring. Den eneste forskel er, at biproduktet af alkoholisk gæring er Ætanol.

Alkoholisk gæring er vigtig for ølindustrien. Ølproducenter tilsætter gær, som vil gennemgå alkoholisk gæring for at tilføje alkohol til bryggen. Vinfermentering er også den samme og giver alkoholen til vinen.

Aerob respiration er meget mere effektiv til at fremstille ATP end anaerobe processer som gæring. Uden ilt er Krebs Cycle og Elektron transportkæde i cellulær åndedræt sikkerhedskopieres og fungerer ikke længere. Dette tvinger cellen til at gennemgå den langt mindre effektive gæring. Mens aerob respiration kan producere op til 36 ATP, kan de forskellige gæringsformer kun have en nettogevinst på 2 ATP.

Det menes, at den mest antikke type respiration er anaerob. Da der var lidt til intet ilt, når den første eukaryote celler udviklet sig igennem endosymbiose, de kunne kun gennemgå anaerob respiration eller noget, der ligner gæring. Dette var imidlertid ikke et problem, da disse første celler var encellede. Produktion af kun 2 ATP ad gangen var nok til at holde den enkelte celle kørende.

Da multicellulære eukaryote organismer begyndte at vises på Jorden, var de større og mere komplekse organismer nødvendige for at producere mere energi. igennem naturlig selektion, organismer med mere mitokondrier, der kunne gennemgå aerob respiration, overlevede og reproducerede og overførte disse gunstige tilpasninger til deres afkom. De mere gamle versioner kunne ikke længere følge med efterspørgslen efter ATP i den mere komplekse organisme og blev uddød.