Aerobik vs. Respirasi anaerob

Pernapasan aerobik, suatu proses yang menggunakan oksigen, dan respirasi anaerob, proses itu tidak Gunakan oksigen, adalah dua bentuk respirasi seluler. Meskipun beberapa sel mungkin terlibat dalam hanya satu jenis respirasi, sebagian besar sel menggunakan kedua jenis, tergantung pada kebutuhan organisme. Respirasi seluler juga terjadi di luar organisme makro, sebagai proses kimia - misalnya, dalam fermentasi. Secara umum, respirasi digunakan untuk menghilangkan produk limbah dan menghasilkan energi.

Grafik perbandingan

Aerobik vs. Proses anaerob

Proses aerobik dalam respirasi seluler hanya dapat terjadi jika ada oksigen. Saat sel perlu melepaskan energi, sitoplasma (zat antara nukleus sel dan membrannya) dan mitokondria (organel dalam sitoplasma yang membantu dengan proses metabolisme) memulai pertukaran kimia yang meluncurkan kerusakan glukosa. Gula ini dibawa melalui darah dan disimpan dalam tubuh sebagai sumber energi yang cepat. Kerusakan glukosa menjadi adenosine triphosphate (ATP) melepaskan karbon dioksida (CO2), produk sampingan yang perlu dikeluarkan dari tubuh. Pada tanaman, proses pelepasan energi fotosintesis menggunakan CO2 dan melepaskan oksigen sebagai produk sampingannya.

Proses anaerob tidak menggunakan oksigen, sehingga produk piruvat - ATP adalah salah satu jenis piruvat - tetap di tempat untuk dipecah atau dikatalisis oleh reaksi lain, seperti apa yang terjadi dalam jaringan otot atau fermentasi. Asam laktat, yang menumpuk dalam sel -sel otot karena proses aerobik gagal memenuhi tuntutan energi, adalah produk sampingan dari proses anaerobik. Rincian anaerob tersebut memberikan energi tambahan, tetapi penumpukan asam laktat mengurangi kapasitas sel untuk memproses limbah lebih lanjut; Dalam skala besar dalam, katakanlah, tubuh manusia, ini menyebabkan kelelahan dan nyeri otot. Sel pulih dengan menghirup lebih banyak oksigen dan melalui sirkulasi darah, proses yang membantu membawa asam laktat.

Video 13 menit berikut membahas peran ATP dalam tubuh manusia. Untuk maju cepat ke informasinya tentang respirasi anaerob, klik di sini (5:33); Untuk respirasi aerobik, klik di sini (6:45).

Fermentasi

Saat molekul gula (terutama glukosa, fruktosa, dan sukrosa) rusak dalam respirasi anaerob, piruvat yang mereka hasilkan tetap di dalam sel. Tanpa oksigen, piruvat tidak sepenuhnya dikatalisis untuk pelepasan energi. Sebaliknya, sel menggunakan proses yang lebih lambat untuk menghilangkan pembawa hidrogen, menciptakan produk limbah yang berbeda. Proses yang lebih lambat ini disebut fermentasi. Saat ragi digunakan untuk pemecahan gula anaerobik, produk limbahnya adalah alkohol dan CO2. Penghapusan CO2 meninggalkan etanol, dasar untuk minuman beralkohol dan bahan bakar. Buah -buahan, tanaman manis (E.G., tebu), dan biji -bijian semuanya digunakan untuk fermentasi, dengan ragi atau bakteri sebagai prosesor anaerobik. Dalam memanggang, pelepasan CO2 dari fermentasi adalah apa yang menyebabkan roti dan produk panggang lainnya naik.

Siklus Krebs

Siklus Krebs juga dikenal sebagai siklus asam sitrat dan siklus asam tricarboxylic (TCA). Siklus Krebs adalah proses penghasil energi utama pada sebagian besar organisme multiseluler. Bentuk yang paling umum dari siklus ini menggunakan glukosa sebagai sumber energinya.

Selama proses yang dikenal sebagai glikolisis, sel mengubah glukosa, molekul 6-karbon, menjadi dua molekul 3-karbon yang disebut piruvat. Dua piruvat ini melepaskan elektron yang kemudian dikombinasikan dengan molekul yang disebut NAD+ untuk membentuk NADH dan dua molekul adenosin triphosphate (ATP).

Molekul ATP ini adalah "bahan bakar" yang sebenarnya untuk suatu organisme dan dikonversi menjadi energi sementara molekul piruvat dan NADH memasuki mitokondria. Di situlah molekul 3-karbon dipecah menjadi molekul 2-karbon yang disebut asetil-CoA dan CO2. Dalam setiap siklus, asetil-KoA dipecah dan digunakan untuk membangun kembali rantai karbon, untuk melepaskan elektron, dan dengan demikian menghasilkan lebih banyak ATP. Siklus ini lebih kompleks daripada glikolisis, dan juga dapat memecah lemak dan protein untuk energi.

Segera setelah molekul gula gratis yang tersedia habis, siklus Krebs dalam jaringan otot dapat mulai memecah molekul lemak dan rantai protein untuk bahan bakar organisme. Sementara kerusakan molekul lemak dapat menjadi manfaat positif (berat badan lebih rendah, kolesterol lebih rendah), jika dibawa kelebihannya dapat membahayakan tubuh (tubuh membutuhkan beberapa lemak untuk perlindungan dan proses kimia). Sebaliknya, pemecahan protein tubuh sering kali merupakan tanda kelaparan.

Latihan aerobik dan anaerobik

Aerobic respiration is 19 times more effective at releasing energy than anaerobic respiration because aerobic processes extract most of the glucose molecules' energy in the form of ATP, while anaerobic processes leave most of the ATP-generating sources in the waste products. Pada manusia, proses aerobik memulai untuk menggembleng tindakan, sedangkan proses anaerob digunakan untuk upaya ekstrem dan berkelanjutan.

Latihan aerobik, seperti berlari, bersepeda, dan tali lompat, sangat baik dalam membakar gula berlebih di dalam tubuh, tetapi untuk membakar lemak, latihan aerobik harus dilakukan selama 20 menit atau lebih, memaksa tubuh untuk menggunakan respirasi anaerobik. Namun, semburan olahraga pendek, seperti sprinting, mengandalkan proses anaerob untuk energi karena jalur aerob lebih lambat. Latihan anaerob lainnya, seperti pelatihan resistensi atau angkat besi, sangat baik untuk membangun massa otot, suatu proses yang membutuhkan memecah molekul lemak untuk menyimpan energi dalam sel yang lebih besar dan lebih banyak yang ditemukan dalam jaringan otot.

Evolusi

Evolusi respirasi anaerob sangat mendahului respirasi aerobik. Dua faktor membuat kemajuan ini menjadi kepastian. Pertama, bumi memiliki tingkat oksigen yang jauh lebih rendah ketika organisme uniseluler pertama berkembang, dengan sebagian besar ceruk ekologis hampir seluruhnya kurang dalam oksigen. Kedua, respirasi anaerob hanya menghasilkan 2 molekul ATP per siklus, cukup untuk kebutuhan uniseluler, tetapi tidak memadai untuk organisme multiseluler.

Respirasi aerobik muncul hanya ketika kadar oksigen di udara, air, dan permukaan tanah membuatnya cukup banyak untuk digunakan untuk proses pengurangan oksidasi. Tidak hanya oksidasi memberikan hasil ATP yang lebih besar, sebanyak 36 molekul ATP per siklus, tetapi juga dapat terjadi dengan kisaran zat reduktif yang lebih luas. Ini berarti bahwa organisme dapat hidup dan tumbuh lebih besar dan menempati lebih banyak ceruk. Seleksi alam dengan demikian akan mendukung organisme yang dapat menggunakan respirasi aerobik, dan yang dapat melakukannya dengan lebih efisien untuk tumbuh lebih besar dan beradaptasi lebih cepat dengan lingkungan baru dan yang berubah.