Aerobic vs. Anaerobe prosesser

Alle levende ting trenger kontinuerlig tilførsel av energi for å holde cellene i funksjon normalt og for å holde seg sunne. Noen organismer, kalt autotrofer, kan produsere sin egen energi ved å bruke sollys eller andre energikilder gjennom prosesser som f.eksfotosyntese. Andre, som mennesker, trenger å spise mat for å produsere energi.

Det er imidlertid ikke den typen energiceller som brukes til å fungere. I stedet bruker de et molekyl som kalles adenosintrifosfat (ATP) for å holde seg i gang. Cellene må derfor ha en måte å ta den kjemiske energien som er lagret i maten og transformere den til ATP de trenger for å fungere. Prosesscellene som gjennomgår for å gjøre denne endringen kalles cellulær respirasjon.

Cellulær respirasjon kan være aerob (betyr "med oksygen") eller anaerob ("uten oksygen"). Hvilken rute cellene tar for å lage ATP avhenger bare av om det er nok oksygen til stede for å gjennomgå aerob respirasjon. Hvis det ikke er nok oksygen til stede for aerob respirasjon, vil noen organismer ty til å bruke anaerob respirasjon eller andre anaerobe prosesser som f.eks.

For å maksimere mengden ATP laget i prosessen med cellulær respirasjon, må oksygen være tilstede. Etter hvert som eukaryote arter utviklet seg over tid, ble de mer komplekse med flere organer og kroppsdeler. Det ble nødvendig for celler å kunne lage så mye ATP som mulig for å holde disse nye tilpasningene i gang.

Tidlig jordatmosfære hadde veldig lite oksygen. Det var ikke før etter at autotrofer ble rikelig og utgitt store mengder oksygen som et biprodukt av fotosyntesen som aerob respirasjon kan utvikle seg. Oksygenet tillot hver celle å produsere mange ganger mer ATP enn sine eldgamle forfedre som stolte på anaerob respirasjon. Denne prosessen skjer i celleorganellen kalt mitokondrier.

Mer primitive er prosessene som mange organismer gjennomgår når det ikke er nok oksygen til stede. De mest kjente anaerobe prosesser er kjent som fermentering. De fleste anaerobe prosesser starter på samme måte som aerob respirasjon, men de stopper halvveis gjennom banen fordi oksygenet ikke er tilgjengelig for å fullføre den aerobe respirasjonsprosessen, eller de går sammen med et annet molekyl som ikke er oksygen som det endelige elektronet akseptor. Fermentering gjør mange færre ATP og frigjør også biprodukter av enten melkesyre eller alkohol, i de fleste tilfeller. Anaerobe prosesser kan skje i mitokondriene eller i cytoplasma av cellen.

Melkesyrefermentering er den typen anaerob prosess mennesker gjennomgår hvis det er mangel på oksygen. For eksempel opplever løpere på lang avstand en opphopning av melkesyre i musklene fordi de ikke tar i seg nok oksygen for å følge med på energibehovet som trengs. Melkesyren kan til og med forårsake krampe og sårhet i musklene når tiden går.

Alkoholholdig gjæring skjer ikke hos mennesker. Gjær er et godt eksempel på en organisme som gjennomgår alkoholgjæring. Den samme prosessen som foregår i mitokondriene under melkesyrefermentering skjer også ved alkoholgjæring. Den eneste forskjellen er at biproduktet av alkoholholdig gjæring er etyl alkohol.

Alkoholholdig gjæring er viktig for ølindustrien. Ølprodusenter tilfører gjær som vil gjennomgå alkoholgjæring for å tilsette alkohol til brygget. Vingjæring er også lik og gir alkoholen til vinen.

Aerob respirasjon er mye mer effektiv til å lage ATP enn anaerobe prosesser som gjæring. Uten oksygen, Krebs syklus og Elektron transportkjede i cellulær respirasjon bli sikkerhetskopiert og fungerer ikke lenger. Dette tvinger cellen til å gjennomgå den mye mindre effektive gjæringen. Mens aerob respirasjon kan produsere opptil 36 ATP, kan de forskjellige typer gjæring bare ha en nettogevinst på 2 ATP.

Det antas at den eldste typen respirasjon er anaerob. Siden det var lite eller ingen oksygen til stede når den første eukaryote celler utviklet seg gjennom endosymbiosis, de kunne bare gjennomgå anaerob respirasjon eller noe som ligner gjæring. Dette var imidlertid ikke noe problem siden de første cellene var encellede. Å produsere bare 2 ATP om gangen var nok til å holde enkeltcellen i gang.

Da flercellede eukaryote organismer begynte å vises på jorden, trengte de større og mer komplekse organismer for å produsere mer energi. Gjennom naturlig utvalg, organismer med mer mitokondrier som kunne gjennomgå aerob respirasjon, overlevde og reproduserte, og ga videre disse gunstige tilpasningene til avkommet. De mer gamle versjonene kunne ikke lenger følge med etterspørselen etter ATP i den mer komplekse organismen og ble utdødd.