Aerobni vs. Anaerobni procesi

Sva živa bića trebaju kontinuirano opskrbu energijom da bi stanice normalno funkcionirale i ostale zdrave. Neki organizmi, zvani autotrofi, mogu proizvesti vlastitu energiju koristeći sunčevu svjetlost ili druge izvore energije kroz procese kao što sufotosinteza. Drugi, poput ljudi, trebaju jesti hranu da bi proizveli energiju.

Međutim, to nije vrsta energetskih ćelija koje koriste za funkcioniranje. Umjesto toga, oni koriste molekulu nazvanu adenozin trifosfat (ATP) kako bi nastavili dalje. Stanice, dakle, moraju imati način da preuzmu kemijsku energiju pohranjenu u hrani i transformiraju je u ATP koji im je potreban za funkcioniranje. Procesne stanice podliježu toj promjeni naziva se stanično disanje.

Stanično disanje može biti aerobno (što znači "s kisikom") ili anaerobno ("bez kisika"). Kojim putem ćelije krenuti do stvaranja ATP-a ovisi isključivo o tome postoji li dovoljno kisika za aerobno disanje. Ako nema dovoljno kisika za aerobno disanje, neki će se organizmi pribjegavati korištenju anaerobnog disanja ili drugih anaerobnih procesa poput

Da bi se maksimizirala količina ATP-a stvorena u procesu staničnog disanja mora biti prisutan kisik. Kako su se s vremenom razvijale eukariotske vrste, one su postale složenije s više organa i dijelova tijela. Stanicama je postalo neophodno da mogu stvoriti što više ATP-a kako bi se te nove prilagodbe ispravno odvijale.

Atmosfera rane Zemlje imala je vrlo malo kisika. Tek nakon što autotrofi postanu obilni i puštani su veliki količinama kisika kao nusprodukt fotosinteze da bi aerobno disanje moglo evoluirati. Kisik je omogućio da svaka stanica proizvede mnogo puta više ATP-a od svojih starih predaka koji su se oslanjali na anaerobno disanje. Ovaj se proces događa u organeli stanice zvanoj the mitohondriji.

Primitivniji su procesi kroz koje prolaze mnogi organizmi kada nema dovoljno kisika. Najčešći anaerobni procesi poznati su kao fermentacija. Većina anaerobnih procesa započinje na isti način kao aerobno disanje, ali zaustavljaju se dijelom putem jer kisik nije na raspolaganju za završetak postupka aerobnog disanja ili se pridružuju drugoj molekuli koja nije kisik kao završni elektron akceptant. Fermentacija čini mnogo manje ATP-a, a također oslobađa nusprodukte mliječne kiseline ili alkohola, u većini slučajeva. Anaerobni procesi mogu se dogoditi u mitohondrijama ili u citoplazmi stanice.

Fermentacija mliječne kiseline vrsta je anaerobnog procesa koji prolaze ljudi ako postoji manjak kisika. Primjerice, trkači na duge staze doživljavaju nakupljanje mliječne kiseline u svojim mišićima jer ne uzimaju dovoljno kisika da bi bili u toku s potrebom energije potrebnom za vježbu. Mliječna kiselina može čak uzrokovati grčeve i bol u mišićima kako vrijeme prolazi.

Alkoholna fermentacija se kod ljudi ne događa. Kvasac je dobar primjer organizma koji je podvrgnut alkoholnoj fermentaciji. Isti postupak koji se odvija u mitohondrijama tijekom fermentacije mliječne kiseline događa se i u alkoholnom vrenju. Jedina je razlika što je nusprodukt alkoholnog vrenja etil alkohol.

Alkoholna fermentacija važna je za pivsku industriju. Proizvođači piva dodaju kvasac koji će biti podvrgnut alkoholnom vrenju da bi alkohol dodao pivu. Fermentacija vina je također slična i daje alkohol za vino.

Aerobno disanje mnogo je učinkovitije u stvaranju ATP-a od anaerobnih procesa poput fermentacije. Bez kisika Krebsov ciklus i the Elektronski transportni lanac u staničnom disanju stvoriti sigurnosnu kopiju i neće više raditi. To prisiljava stanicu na znatno manje učinkovitu fermentaciju. Dok aerobno disanje može proizvesti do 36 ATP-a, različite vrste fermentacije mogu dobiti samo 2 ATP-a.

Smatra se da je najstariji tip disanja anaerobno. Budući da je bilo malo i nema kisika kad je bio prvi eukariotske stanice evoluirala kroz endosymbiosis, mogli su samo podvrgnuti anaerobnom disanju ili nečemu sličnom fermentaciji. To, međutim, nije bio problem, jer su te prve stanice bile jednostanične. Stvaranje samo 2 ATP-a odjednom bilo je dovoljno za održavanje jedne stanice.

Kako su se na Zemlji počeli pojavljivati ​​višećelijski eukariotski organizmi, veći i složeniji organizmi bili su potrebni za proizvodnju više energije. Kroz prirodni odabir, organizmi s više mitohondrija koji bi mogli podnijeti aerobno disanje preživjeli su i razmnožavali se, prenoseći ove povoljne prilagodbe na svoje potomstvo. Starije verzije više nisu mogle pratiti potražnju za ATP-om složenijih organizama i izumrle su.