Aeroobne vs anaeroobne hingamine

Aeroobne hingamine, protsess, mis kasutab hapnikku, ja anaeroobne hingamine, protsess, mis ei tee Kasutada hapnikku, on rakulise hingamise kaks vormi. Ehkki mõned rakud võivad osaleda ainult ühte tüüpi hingamises, kasutab enamik rakke mõlemat tüüpi, sõltuvalt organismi vajadustest. Rakuline hingamine toimub ka väljaspool makroorganisme keemiliste protsessidena - näiteks kääritamisel. Üldiselt kasutatakse jäätmete kõrvaldamiseks ja energia saamiseks hingamist.

Võrdlusdiagramm

Erinevused - sarnasused - Aeroobse hingamise ja anaeroobse hingamise võrdlustabel

	Aeroobne hingamine	Anaeroobne hingamine
Definitsioon	Aeroobsel hingamisel kasutatakse hapnikku.	Anaeroobne hingamine on hingamine ilma hapnikuta; protsess kasutab hingamisteede elektronide transpordiahelat, kuid ei kasuta elektronide aktsepteerijana hapnikku.
Lahtrid, mis seda kasutavad	Aeroobne hingamine toimub enamikus rakkudes.	Anaeroobne hingamine toimub enamasti prokarüootides
Vabanenud energia kogus	Kõrge (36–38 ATP molekuli)	Madalam (36–24 ATP molekuli vahel)
Etapid	Glükolüüs, Krebsi tsükkel, elektronide transpordiahel	Glükolüüs, Krebsi tsükkel, elektronide transpordiahel
Tooted	Süsinikdioksiid, vesi, ATP	Süsinikdioksiid, redutseeritud liigid, ATP
Reaktsioonide koht	Tsütoplasma ja mitokondrid	Tsütoplasma ja mitokondrid
Reagendid	glükoos, hapnik	glükoos, elektronaktseptor (mitte hapnik)
põletamine	täielik	puudulik
Etanooli või piimhappe tootmine	Ei tooda etanooli ega piimhapet	Toota etanooli või piimhapet

Sisu: Aeroobne ja anaeroobne hingamine

• 1 aeroobsed ja anaeroobsed protsessid
  • 1.1 Käärimine
  • 1.2 Krebsi tsükkel
• 2 Aeroobne ja anaeroobne treening
• 3 Evolutsioon
• 4 viidet

Aeroobsed ja anaeroobsed protsessid

Rakulises hingamises võivad aeroobsed protsessid toimuda ainult hapniku olemasolul. Kui rakk peab energiat vabastama, algatavad tsütoplasma (raku tuuma ja selle membraani vahel olev aine) ja mitokondrid (tsütoplasmas olevad organellid, mis aitavad ainevahetusprotsesse), keemilised vahetused, mis käivitavad glükoosi lagunemise. See suhkur kandub läbi vere ja säilitatakse kehas kiire energiaallikana. Glükoosi jagunemine adenosiintrifosfaadiks (ATP) vabastab süsinikdioksiidi (CO2), kõrvalsaaduse, mis tuleb kehast eemaldada. Taimedes kasutab fotosünteesi energiat vabastav protsess CO2 ja eraldab selle kõrvalsaadusena hapnikku.

Anaeroobsetes protsessides hapnikku ei kasutata, mistõttu püruvaattoode - ATP on ühte tüüpi püruvaat - jääb oma kohale, et seda lagundada või katalüüsida muude reaktsioonide, näiteks lihaste kudedes või kääritamisel toimuvate reaktsioonide kaudu. Piimhape, mis koguneb lihaste rakkudesse, kuna aeroobsed protsessid ei suuda energiavajadustega sammu pidada, on anaeroobse protsessi kõrvalsaadus. Sellised anaeroobsed lagunemised annavad lisaenergiat, kuid piimhappe kogunemine vähendab raku võimet jäätmeid veelgi töödelda; näiteks suures plaanis inimese kehas, põhjustab see väsimust ja lihaste valulikkust. Rakud taastuvad, hingates sisse rohkem hapnikku ja vereringe kaudu - protsessid, mis aitavad piimhapet ära viia.

Järgnev 13-minutiline video räägib ATP rollist inimese kehas. Anaeroobse hingamise kohta käiva teabe saamiseks klõpsake siin (5:33); aeroobse hingamise jaoks klõpsake siin (6:45).

Käärimine

Kui suhkru molekulid (peamiselt glükoos, fruktoos ja sahharoos) lagunevad anaeroobsel hingamisel, jääb nende toodetav püruvaat raku sisse. Ilma hapnikuta pole püruvaat energia vabanemiseks täielikult katalüüsitud. Selle asemel kasutab lahter vesiniku kandjate eemaldamiseks aeglasemat protsessi, luues erinevad jäätmesaadused. Seda aeglasemat protsessi nimetatakse kääritamiseks. Pärmi kasutamisel suhkrute anaeroobseks lagundamiseks on jäätmeteks alkohol ja CO2. CO2 eemaldamine jätab etanooli, mis on alkohoolsete jookide ja kütuse alus. Kääritamiseks kasutatakse puuvilju, suhkrurikkaid taimi (nt suhkruroo) ja teravilja, anaeroobsete töötlejatena pärmi või baktereid. Küpsetamisel põhjustab leiva ja muude küpsetatud toodete tõusu fermenteerimisel tekkiv CO2.

Krebsi tsükkel

Krebsi tsüklit tuntakse ka kui sidrunhappe tsüklit ja trikarboksüülhappe (TCA) tsüklit. Krebsi tsükkel on põhiline energiatootmise protsess enamikes mitmerakulistes organismides. Selle tsükli kõige levinum vorm kasutab energiaallikana glükoosi.

Glükolüüsina tuntud protsessi käigus muundab rakk glükoosi, 6-süsiniku molekuli, kaheks 3-süsinikuliseks molekuliks, mida nimetatakse püruvaatideks. Need kaks püruvaati vabastavad elektrone, mis seejärel ühendatakse molekuliga, mille nimi on NAD +, et moodustada NADH ja kaks molekuli adenosiintrifosfaati (ATP).

Need ATP molekulid on organismi jaoks tõeline "kütus" ja muundatakse energiaks, kui püruvaatmolekulid ja NADH sisenevad mitokondritesse. Seal jaotatakse 3-süsiniku molekulid 2-süsiniku molekulideks, mida nimetatakse atsetüül-CoA ja CO2. Igas tsüklis atsetüül-CoA lagundatakse ja seda kasutatakse süsinikuahelate taastamiseks, elektronide vabastamiseks ja seeläbi ATP tekitamiseks. See tsükkel on keerulisem kui glükolüüs ja see võib energia saamiseks eraldada ka rasvu ja valke.

Niipea, kui saadaolevad vabad suhkrumolekulid on ammendunud, võib Krebsi tsükkel lihaskoes hakata rasvamolekule ja valguahelaid lagundama, et organismi toita. Rasvamolekulide lagunemisest võib küll olla positiivne kasu (väiksem kaal, madalam kolesterool), kui see liigselt kandub, võib see kehale kahjustada (keha vajab kaitseks ja keemilisteks protsessideks natuke rasva). Seevastu keha valkude lagundamine on sageli nälgimise märk.

Aeroobne ja anaeroobne treening

Aeroobne hingamine on energia vabastamiseks 19 korda efektiivsem kui anaeroobne hingamine, kuna aeroobsed protsessid eraldavad suurema osa glükoosimolekulide energiast ATP kujul, samal ajal kui anaeroobsed protsessid jätavad jäätmetoodetes suurema osa ATP-d tekitavatest allikatest. Inimestel hakkavad aeroobsed protsessid toimima, kuid anaeroobseid protsesse kasutatakse äärmuslike ja pidevate pingutuste jaoks.

Aeroobsed harjutused, näiteks jooksmine, jalgrattasõit ja hüppenöör, on suurepärased liigse suhkru põletamisel kehas, kuid rasva põletamiseks tuleb aeroobseid harjutusi teha vähemalt 20 minutit, sundides keha kasutama anaeroobset hingamist. Lühikesed treeningud, näiteks sprintimine, sõltuvad aga energia saamiseks anaeroobsetest protsessidest, kuna aeroobsed rajad on aeglasemad. Lihasmassi ülesehitamiseks sobivad suurepäraselt ka muud anaeroobsed harjutused, näiteks vastupidavustreening või raskuste tõstmine - protsess, mis nõuab rasvamolekulide lagundamist energia salvestamiseks lihaskoes leiduvates suuremates ja rikkalikumates rakkudes..

Evolutsioon

Anaeroobse hingamise evolutsioon eelneb suuresti aeroobsele hingamisele. Kaks tegurit muudavad selle edasiliikumise kindlaks. Esiteks oli Maal hapnikutase palju madalam, kui arenesid esimesed üherakulised organismid, enamikus ökoloogilistes nišides puudus hapnik peaaegu täielikult. Teiseks, anaeroobne hingamine tekitab tsüklis ainult 2 ATP molekuli, mis on piisav üherakuliste vajaduste jaoks, kuid mitteseltseliste organismide jaoks ebapiisav.

Aeroobne hingamine tekkis alles siis, kui hapniku tase õhus, vees ja maapinnal tegi selle hapniku redutseerimise protsesside jaoks piisavalt rikkalikuks. Oksüdeerimine ei anna mitte ainult suuremat ATP saagist, isegi 36 ATP molekuli tsükli kohta, vaid see võib toimuda ka laiema redutseerivate ainete valiku korral. See tähendas, et organismid said elada ja kasvada suuremaks ning hõivata rohkem nišše. Looduslik valik eelistaks seega organisme, kes saavad kasutada aeroobset hingamist, ja neid, kes saaksid seda tõhusamalt teha, et suuremaks kasvada ja kiiremini kohaneda uute ja muutuvate keskkondadega.

Viited

• Vikipeedia: rakuhingamine