Aëroob vs. Anaërobe processen

Alle levende wezens hebben een continue toevoer van energie nodig om hun cellen normaal te laten functioneren en gezond te houden. Sommige organismen, autotrofen genoemd, kunnen hun eigen energie produceren met behulp van zonlicht of andere energiebronnen door middel van processen zoalsfotosynthese. Anderen, zoals mensen, hebben voedsel nodig om energie te produceren.

Dat is echter niet het type energie dat cellen gebruiken om te functioneren. In plaats daarvan gebruiken ze een molecuul dat adenosinetrifosfaat (ATP) wordt genoemd om zichzelf op gang te houden. De cellen moeten daarom een ​​manier hebben om de chemische energie die is opgeslagen in voedsel op te nemen en om te zetten in de ATP die ze nodig hebben om te functioneren. De procescellen die deze verandering ondergaan, worden cellulaire ademhaling genoemd.

Cellulaire ademhaling kan aëroob zijn (wat "met zuurstof" betekent) of anaëroob ("zonder zuurstof"). Welke route de cellen nemen om de ATP te maken, hangt alleen af ​​van het feit of er al dan niet voldoende zuurstof aanwezig is om aërobe ademhaling te ondergaan. Als er niet genoeg zuurstof aanwezig is voor aërobe ademhaling, zullen sommige organismen hun toevlucht nemen tot anaërobe ademhaling of andere anaërobe processen zoals

Om de hoeveelheid ATP die wordt gemaakt tijdens cellulaire ademhaling te maximaliseren, moet zuurstof aanwezig zijn. Naarmate eukaryote soorten zich in de loop van de tijd ontwikkelden, werden ze complexer met meer organen en lichaamsdelen. Het werd voor cellen noodzakelijk om zoveel mogelijk ATP te kunnen maken om deze nieuwe aanpassingen goed te laten werken.

De atmosfeer van de vroege aarde had heel weinig zuurstof. Het was pas nadat autotrofen overvloedig werden en groot vrijkwamen hoeveelheden zuurstof als bijproduct van fotosynthese dat aërobe ademhaling zou kunnen evolueren. De zuurstof zorgde ervoor dat elke cel vele malen meer ATP produceerde dan hun oude voorouders die vertrouwden op anaërobe ademhaling. Dit proces vindt plaats in het celorganel dat de mitochondriën.

Primitiever zijn de processen die veel organismen ondergaan als er niet genoeg zuurstof aanwezig is. De meest bekende anaërobe processen staan ​​bekend als fermentatie. De meeste anaërobe processen beginnen op dezelfde manier als aerobe ademhaling, maar ze stoppen halverwege het pad omdat de zuurstof niet beschikbaar om het aërobe ademhalingsproces te beëindigen, of ze worden samengevoegd met een ander molecuul dat geen zuurstof is als het uiteindelijke elektron acceptor. Door fermentatie wordt veel minder ATP gemaakt en komen in de meeste gevallen ook bijproducten van melkzuur of alcohol vrij. Anaërobe processen kunnen plaatsvinden in de mitochondriën of in het cytoplasma van de cel.

Melkzuurfermentatie is het type anaëroob proces dat mensen ondergaan als er een tekort aan zuurstof is. Lopers op lange afstand ervaren bijvoorbeeld een opeenhoping van melkzuur in hun spieren omdat ze niet genoeg zuurstof opnemen om de vraag naar energie die nodig is voor de oefening bij te houden. Het melkzuur kan na verloop van tijd zelfs krampen en spierpijn veroorzaken.

Alcoholische gisting vindt niet plaats bij mensen. Gist is een goed voorbeeld van een organisme dat alcoholische gisting ondergaat. Hetzelfde proces dat plaatsvindt in de mitochondriën tijdens de fermentatie van melkzuur, gebeurt ook bij alcoholische fermentatie. Het enige verschil is dat het bijproduct van alcoholische gisting is ethylalcohol.

Alcoholische gisting is belangrijk voor de bierindustrie. Biermakers voegen gist toe die alcoholische gisting ondergaat om alcohol aan het brouwsel toe te voegen. Wijngisting is ook vergelijkbaar en levert de alcohol voor de wijn.

Aërobe ademhaling is veel efficiënter bij het maken van ATP dan anaërobe processen zoals fermentatie. Zonder zuurstof, de Citroenzuurcyclus en de Elektronen transportketting bij cellulaire ademhaling wordt een back-up gemaakt en zal niet meer werken. Dit dwingt de cel om de veel minder efficiënte fermentatie te ondergaan. Terwijl aërobe ademhaling tot 36 ATP kan produceren, kunnen de verschillende soorten fermentatie slechts een netto winst van 2 ATP opleveren.

Aangenomen wordt dat het oudste type ademhaling anaëroob is. Omdat er de eerste keer weinig tot geen zuurstof aanwezig was eukaryotische cellen geëvolueerd door endosymbiose, ze konden alleen anaërobe ademhaling ondergaan of iets vergelijkbaars met fermentatie. Dit was echter geen probleem, aangezien die eerste cellen eencellig waren. Slechts 2 ATP per keer produceren was voldoende om de enkele cel draaiende te houden.

Toen meercellige eukaryote organismen op aarde begonnen te verschijnen, moesten de grotere en complexere organismen meer energie produceren. Door natuurlijke selectieorganismen met meer mitochondriën die aërobe ademhaling zouden kunnen ondergaan, overleefden en reproduceerden en gaven deze gunstige aanpassingen door aan hun nakomelingen. De oudere versies konden de vraag naar ATP in het complexere organisme niet langer bijhouden en stierven uit.