Aerobik vs. Pernafasan anaerobik

Pernafasan aerobik, proses yang menggunakan oksigen, dan Pernafasan anaerobik, proses yang tidak Gunakan oksigen, adalah dua bentuk pernafasan selular. Walaupun beberapa sel mungkin terlibat dalam satu jenis pernafasan, kebanyakan sel menggunakan kedua -dua jenis, bergantung kepada keperluan organisma. Pernafasan sel juga berlaku di luar makro -organisma, sebagai proses kimia - contohnya, dalam penapaian. Secara umum, pernafasan digunakan untuk menghapuskan produk sisa dan menjana tenaga.

Carta Perbandingan

Aerobik vs. Proses anaerobik

Proses aerobik dalam pernafasan sel hanya boleh berlaku jika oksigen hadir. Apabila sel perlu melepaskan tenaga, sitoplasma (bahan antara nukleus sel dan membrannya) dan mitokondria (organel dalam sitoplasma yang membantu dengan proses metabolik) memulakan pertukaran kimia yang melancarkan pecahan glukosa. Gula ini dibawa melalui darah dan disimpan di dalam badan sebagai sumber tenaga yang cepat. Pecahan glukosa ke adenosine triphosphate (ATP) mengeluarkan karbon dioksida (CO2), hasil sampingan yang perlu dikeluarkan dari badan. Dalam tumbuhan, proses pelepasan tenaga fotosintesis menggunakan CO2 dan melepaskan oksigen sebagai hasil sampingannya.

Proses anaerobik tidak menggunakan oksigen, jadi produk piruvat - ATP adalah satu jenis piruvat - masih ada untuk dipecahkan atau dipangkin oleh reaksi lain, seperti apa yang berlaku dalam tisu otot atau penapaian. Asid laktik, yang dibina dalam sel -sel otot sebagai proses aerobik gagal memenuhi tuntutan tenaga, adalah hasil sampingan proses anaerobik. Kerosakan anaerobik sedemikian memberikan tenaga tambahan, tetapi pembentukan asid laktik mengurangkan keupayaan sel untuk membuang sisa lagi; secara besar -besaran dalam, katakan, tubuh manusia, ini membawa kepada keletihan dan kesakitan otot. Sel -sel pulih dengan bernafas lebih banyak oksigen dan melalui peredaran darah, proses yang membantu membawa asid laktik.

Video 13 minit berikut membincangkan peranan ATP dalam tubuh manusia. Untuk maju ke hadapan maklumat mengenai pernafasan anaerobik, klik di sini (5:33); Untuk pernafasan aerobik, klik di sini (6:45).

Penapaian

Apabila molekul gula (terutamanya glukosa, fruktosa, dan sukrosa) memecah dalam pernafasan anaerob, piruvat yang mereka hasilkan kekal di dalam sel. Tanpa oksigen, piruvat tidak dipangkin sepenuhnya untuk pelepasan tenaga. Sebaliknya, sel menggunakan proses yang lebih perlahan untuk mengeluarkan pembawa hidrogen, menghasilkan produk sisa yang berbeza. Proses yang lebih perlahan ini dipanggil penapaian. Apabila ragi digunakan untuk pecahan gula anaerobik, produk sisa adalah alkohol dan CO2. Penyingkiran CO2 meninggalkan etanol, asas untuk minuman beralkohol dan bahan api. Buah -buahan, tumbuhan manis (e.g., tebu), dan bijirin semuanya digunakan untuk penapaian, dengan ragi atau bakteria sebagai pemproses anaerobik. Dalam penaik, pelepasan CO2 dari penapaian adalah apa yang menyebabkan roti dan produk bakar lain meningkat.

Kitaran Krebs

Kitaran Krebs juga dikenali sebagai kitaran asid sitrik dan kitaran asid tricarboxylic (TCA). Kitaran Krebs adalah proses penghasil tenaga utama dalam kebanyakan organisma multiselular. Bentuk yang paling biasa dalam kitaran ini menggunakan glukosa sebagai sumber tenaga.

Semasa proses yang dikenali sebagai glikolisis, sel menukarkan glukosa, molekul 6-karbon, menjadi dua molekul 3-karbon yang disebut piruvat. Kedua -dua piruvat ini melepaskan elektron yang kemudian digabungkan dengan molekul yang dipanggil NAD+ untuk membentuk NADH dan dua molekul adenosine triphosphate (ATP).

Molekul ATP ini adalah "bahan api" yang benar untuk organisma dan ditukar kepada tenaga manakala molekul piruvat dan NADH memasuki mitokondria. Di sinilah molekul 3-karbon dipecah menjadi molekul 2-karbon yang disebut asetil-CoA dan CO2. Dalam setiap kitaran, asetil-CoA dipecahkan dan digunakan untuk membina semula rantai karbon, untuk melepaskan elektron, dan dengan itu menghasilkan lebih banyak ATP. Kitaran ini lebih kompleks daripada glikolisis, dan ia juga boleh memecahkan lemak dan protein untuk tenaga.

Sebaik sahaja molekul gula percuma yang ada habis, kitaran Krebs dalam tisu otot boleh mula memecahkan molekul lemak dan rantai protein untuk memacu organisma. Walaupun pecahan molekul lemak boleh menjadi manfaat positif (berat badan yang lebih rendah, kolesterol yang lebih rendah), jika dibawa ke berlebihan, ia boleh membahayakan badan (badan memerlukan beberapa lemak untuk perlindungan dan proses kimia). Sebaliknya, pemecahan protein badan sering menjadi tanda kelaparan.

Senaman aerobik dan anaerob

Pernafasan aerobik adalah 19 kali lebih berkesan untuk melepaskan tenaga daripada pernafasan anaerobik kerana proses aerobik mengekstrak sebahagian besar tenaga molekul glukosa dalam bentuk ATP, sementara proses anaerobik meninggalkan kebanyakan sumber penjanaan ATP dalam produk sisa. Pada manusia, proses aerobik menembusi tindakan Galvanize, sementara proses anaerobik digunakan untuk usaha yang melampau dan berterusan.

Latihan aerobik, seperti berlari, berbasikal, dan tali melompat, sangat baik membakar gula yang berlebihan di dalam badan, tetapi untuk membakar lemak, latihan aerobik mesti dilakukan selama 20 minit atau lebih, memaksa badan menggunakan pernafasan anaerobik. Walau bagaimanapun, pecahan senaman pendek, seperti berlari, bergantung pada proses anaerobik untuk tenaga kerana laluan aerobik lebih perlahan. Latihan anaerobik lain, seperti latihan rintangan atau angkat berat, sangat baik untuk membina jisim otot, proses yang memerlukan memecahkan molekul lemak untuk menyimpan tenaga dalam sel -sel yang lebih besar dan lebih banyak yang terdapat dalam tisu otot.

Evolusi

Evolusi pernafasan anaerob sangat mendahului pernafasan aerobik. Dua faktor menjadikan perkembangan ini pasti. Pertama, Bumi mempunyai tahap oksigen yang jauh lebih rendah apabila organisma uniselular pertama berkembang, dengan kebanyakan niche ekologi hampir sepenuhnya kekurangan oksigen. Kedua, pernafasan anaerobik menghasilkan hanya 2 molekul ATP setiap kitaran, cukup untuk keperluan uniselular, tetapi tidak mencukupi untuk organisma multiselular.

Pernafasan aerobik hanya berlaku apabila tahap oksigen di udara, air, dan permukaan tanah menjadikannya cukup banyak untuk digunakan untuk proses pengurangan pengoksidaan. Bukan sahaja pengoksidaan memberikan hasil ATP yang lebih besar, sebanyak 36 molekul ATP setiap kitaran, ia juga boleh berlaku dengan pelbagai bahan reduktif yang lebih luas. Ini bermakna bahawa organisma dapat hidup dan tumbuh lebih besar dan menduduki lebih banyak niche. Pemilihan semulajadi akan memihak kepada organisma yang boleh menggunakan pernafasan aerobik, dan mereka yang dapat melakukannya dengan lebih efisien untuk berkembang lebih besar dan menyesuaikan diri dengan lebih cepat ke persekitaran yang baru dan berubah.