Aerobic vs. Anaerobe Prozesse

Alle Lebewesen benötigen eine kontinuierliche Energieversorgung, damit ihre Zellen normal funktionieren und gesund bleiben. Einige Organismen, sogenannte Autotrophen, können ihre eigene Energie unter Verwendung von Sonnenlicht oder anderen Energiequellen durch Prozesse wie zPhotosynthese. Andere, wie Menschen, müssen essen, um Energie zu produzieren.

Dies ist jedoch nicht die Art von Energiezellen, die zum Funktionieren verwendet werden. Stattdessen verwenden sie ein Molekül namens Adenosintriphosphat (ATP), um sich selbst am Laufen zu halten. Die Zellen müssen daher die Möglichkeit haben, die in Lebensmitteln gespeicherte chemische Energie aufzunehmen und in das ATP umzuwandeln, das sie für ihre Funktion benötigen. Die Prozesszellen, die diese Änderung durchlaufen, werden als Zellatmung bezeichnet.

Die Zellatmung kann aerob (was "mit Sauerstoff" bedeutet) oder anaerob ("ohne Sauerstoff") sein. Welchen Weg die Zellen zur Erzeugung des ATP einschlagen, hängt ausschließlich davon ab, ob genügend Sauerstoff vorhanden ist, um eine aerobe Atmung durchzuführen. Wenn nicht genügend Sauerstoff für die aerobe Atmung vorhanden ist, greifen einige Organismen auf die anaerobe Atmung oder andere anaerobe Prozesse wie z

Um die Menge an ATP zu maximieren, die bei der Zellatmung entsteht, muss Sauerstoff vorhanden sein. Als sich die eukaryotischen Arten im Laufe der Zeit entwickelten, wurden sie komplexer mit mehr Organen und Körperteilen. Es wurde notwendig, dass Zellen so viel ATP wie möglich erzeugen konnten, damit diese neuen Anpassungen ordnungsgemäß funktionieren.

Die frühe Erdatmosphäre hatte sehr wenig Sauerstoff. Es dauerte nicht lange, bis Autotrophen reichlich vorhanden waren und groß freigesetzt wurden Mengen an Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese könnte sich die aerobe Atmung entwickeln. Der Sauerstoff ermöglichte es jeder Zelle, ein Vielfaches an ATP zu produzieren als ihre alten Vorfahren, die auf anaerobe Atmung angewiesen waren. Dieser Prozess findet in der Zellorganelle statt, die als Mitochondrien.

Primitiver sind die Prozesse, die viele Organismen durchlaufen, wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist. Die bekanntesten anaeroben Prozesse sind als Fermentation bekannt. Die meisten anaeroben Prozesse beginnen auf die gleiche Weise wie die aerobe Atmung, hören jedoch auf halbem Weg auf, da der Sauerstoff nicht vorhanden ist verfügbar, um den aeroben Atmungsprozess zu beenden, oder sie verbinden sich mit einem anderen Molekül, das nicht Sauerstoff als letztes Elektron ist Akzeptor. Die Fermentation führt zu viel weniger ATP und setzt in den meisten Fällen auch Nebenprodukte von Milchsäure oder Alkohol frei. Anaerobe Prozesse können in den Mitochondrien oder im Zytoplasma der Zelle auftreten.

Die Milchsäuregärung ist die Art des anaeroben Prozesses, den Menschen bei Sauerstoffmangel durchlaufen. Zum Beispiel haben Langstreckenläufer einen Milchsäureaufbau in ihren Muskeln, weil sie nicht genug Sauerstoff aufnehmen, um mit dem für die Übung benötigten Energiebedarf Schritt zu halten. Die Milchsäure kann im Laufe der Zeit sogar Krämpfe und Muskelkater verursachen.

Alkoholische Gärung findet beim Menschen nicht statt. Hefe ist ein gutes Beispiel für einen Organismus, der alkoholisch fermentiert wird. Der gleiche Prozess, der in den Mitochondrien während der Milchsäuregärung abläuft, findet auch bei der alkoholischen Gärung statt. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Nebenprodukt der alkoholischen Fermentation ist Ethylalkohol.

Die alkoholische Gärung ist wichtig für die Bierindustrie. Bierhersteller fügen Hefe hinzu, die alkoholisch fermentiert wird, um dem Gebräu Alkohol hinzuzufügen. Die Gärung des Weins ist ebenfalls ähnlich und liefert den Alkohol für den Wein.

Die aerobe Atmung ist bei der Herstellung von ATP viel effizienter als anaerobe Prozesse wie die Fermentation. Ohne Sauerstoff ist die Krebs Zyklus und der Elektronentransportkette in der Zellatmung werden gesichert und funktionieren nicht mehr. Dies zwingt die Zelle, die viel weniger effiziente Fermentation zu durchlaufen. Während die aerobe Atmung bis zu 36 ATP produzieren kann, können die verschiedenen Fermentationsarten nur einen Nettogewinn von 2 ATP aufweisen.

Es wird angenommen, dass die älteste Art der Atmung anaerob ist. Da beim ersten wenig bis gar kein Sauerstoff vorhanden war eukaryotische Zellen entwickelt durch EndosymbioseSie konnten nur eine anaerobe Atmung oder etwas Ähnliches wie die Fermentation erfahren. Dies war jedoch kein Problem, da diese ersten Zellen einzellig waren. Die gleichzeitige Produktion von nur 2 ATP reichte aus, um die Einzelzelle am Laufen zu halten.

Als mehrzellige eukaryotische Organismen auf der Erde auftauchten, mussten die größeren und komplexeren Organismen mehr Energie produzieren. Durch natürliche AusleseOrganismen mit mehr Mitochondrien, die eine aerobe Atmung erfahren konnten, überlebten und vermehrten sich und gaben diese günstigen Anpassungen an ihre Nachkommen weiter. Die älteren Versionen konnten mit der Nachfrage nach ATP im komplexeren Organismus nicht mehr Schritt halten und starben aus.