Аеробни vs. Анаеробни процеси

Всички живи същества се нуждаят от непрекъснато снабдяване с енергия, за да поддържат нормално функционирането на клетките си и да останат здрави. Някои организми, наречени автотрофи, могат да произвеждат собствена енергия, използвайки слънчева светлина или други източници на енергия чрез процеси катофотосинтеза. Други, като хората, трябва да ядат храна, за да произвеждат енергия.

Това обаче не е вида на енергийните клетки, които използват за да функционират. Вместо това те използват молекула, наречена аденозин трифосфат (АТФ), за да продължат да вървят. Следователно клетките трябва да имат начин да поемат химическата енергия, съхранявана в храната, и да я трансформират в АТФ, от която се нуждаят. Процесните клетки претърпяват тази промяна, се нарича клетъчно дишане.

Клетъчното дишане може да бъде аеробно (което означава "с кислород") или анаеробно ("без кислород"). Кой път клетките предприемат, за да създадат АТФ, зависи единствено от това дали има достатъчно кислород, който да се подложи на аеробно дишане. Ако няма достатъчно кислород за аеробно дишане, тогава някои организми ще прибягнат до използване на анаеробно дишане или други анаеробни процеси, като напр.

За да се увеличи максимално количеството ATP, направено в процеса на клетъчно дишане, трябва да присъства кислород. Тъй като еукариотните видове се развиват с течение на времето, те стават по-сложни с повече органи и части на тялото. Стана необходимо клетките да могат да създават колкото е възможно повече ATP, за да поддържат правилно тези нови адаптации.

Ранната земна атмосфера имаше много малко кислород. Едва след като автотрофите станаха изобилни и се освободиха големи количества кислород като страничен продукт на фотосинтезата, че аеробното дишане може да се развие. Кислородът позволи на всяка клетка да произведе многократно повече АТФ от древните си предци, които разчитаха на анаеробно дишане. Този процес се случва в клетъчната органела, наречена the митохондриите.

По-примитивни са процесите, през които преминават много организми, когато няма достатъчно кислород. Най-често известните анаеробни процеси са известни като ферментация. Повечето анаеробни процеси започват по същия начин като аеробното дишане, но те спират на части от пътя, тъй като кислородът не е на разположение, за да завърши процеса на аеробно дишане, или те се съединяват с друга молекула, която не е кислород като краен електрон акцептор. Ферментацията прави много по-малко АТФ и също така освобождава странични продукти или на млечна киселина, или на алкохол, в повечето случаи. Анаеробните процеси могат да се случат в митохондриите или в цитоплазмата на клетката.

Млечнокиселата ферментация е видът на анаеробния процес, който хората подлагат, ако има недостиг на кислород. Например, бегачите на дълги разстояния изпитват натрупване на млечна киселина в мускулите си, защото не поемат достатъчно кислород, за да са в крак с търсенето на енергия, необходима за упражнението. Млечната киселина може дори да причини спазми и болезненост в мускулите с течение на времето.

Алкохолната ферментация не се случва при хора. Дрождите са добър пример за организъм, който е подложен на алкохолна ферментация. Същият процес, който протича в митохондриите по време на млечнокисела ферментация, се случва и при алкохолна ферментация. Единствената разлика е, че страничният продукт на алкохолната ферментация е етилов алкохол.

Алкохолната ферментация е важна за производството на бира. Производителите на бира добавят мая, която ще претърпи алкохолна ферментация, за да добави алкохол към варенето. Ферментацията на виното също е подобна и осигурява алкохола за виното.

Аеробното дишане е много по-ефективно при получаване на АТФ, отколкото анаеробни процеси като ферментация. Без кислород Цикъла на Кребс и на Електронна транспортна верига при клетъчното дишане се архивирайте и няма да работи повече. Това принуждава клетката да претърпи много по-малко ефективната ферментация. Докато аеробното дишане може да доведе до 36 АТФ, различните видове ферментация могат да имат само нетна печалба от 2 АТФ.

Смята се, че най-древният тип дишане е анаеробното. Тъй като нямаше почти никакъв кислород, когато беше първият еукариотни клетки еволюира чрез endosymbiosis, те биха могли да се подлагат само на анаеробно дишане или нещо подобно на ферментацията. Това обаче не беше проблем, тъй като тези първи клетки бяха едноклетъчни. Създаването само на 2 ATP наведнъж беше достатъчно, за да поддържа единичната клетка да работи.

Тъй като на Земята започват да се появяват многоклетъчни еукариотни организми, по-големите и сложни организми са необходими за производството на повече енергия. През естествен подбор, организмите с повече митохондрии, които биха могли да преминат аеробно дишане, оцеляват и се възпроизвеждат, предавайки тези благоприятни адаптации на своето потомство. По-древните версии вече не можеха да са в крак с търсенето на АТФ в по-сложния организъм и изчезнаха.