Aerobic vs. Anaeroba processer

Alla levande saker behöver en kontinuerlig energiförsörjning för att deras celler ska fungera normalt och för att hålla sig friska. Vissa organismer, som kallas autotrofer, kan producera sin egen energi med solljus eller andra energikällor genom processer somfotosyntes. Andra, som människor, måste äta mat för att producera energi.

Men det är inte den typ av energiceller som används för att fungera. Istället använder de en molekyl som kallas adenosintrifosfat (ATP) för att hålla sig igång. Cellerna måste därför ha ett sätt att ta den kemiska energin som lagras i livsmedel och omvandla den till ATP som de behöver för att fungera. Processcellerna som genomgår för att göra denna ändring kallas cellulär andning.

Cellulär andning kan vara aerob (betyder "med syre") eller anaerob ("utan syre"). Vilken väg cellerna tar för att skapa ATP beror enbart på om det finns tillräckligt med syre för att genomgå aerob andning. Om det inte finns tillräckligt med syre för aerob andning, kommer vissa organismer att använda anaerob andning eller andra anaeroba processer som t.ex.

För att maximera mängden ATP som görs i processen för cellandning måste syre vara närvarande. När eukaryota arter utvecklades med tiden blev de mer komplexa med fler organ och kroppsdelar. Det blev nödvändigt för celler att kunna skapa så mycket ATP som möjligt för att hålla dessa nya anpassningar igång.

Den tidiga jordens atmosfär hade mycket lite syre. Det var inte förrän efter att autotroferna blev rikliga och släpptes stora mängder syre som en biprodukt av fotosyntes som aerob andning skulle kunna utvecklas. Syre tillät varje cell att producera många gånger mer ATP än sina gamla förfäder som förlitade sig på anaerob andning. Denna process sker i cellorganellen som kallas mitokondrier.

Mer primitiva är de processer som många organismer genomgår när det inte finns tillräckligt med syre. De mest kända anaeroba processerna kallas fermentering. De flesta anaeroba processer börjar på samma sätt som aerob andning, men de stannar halvvägs genom vägen eftersom syre inte är tillgängliga för att slutföra den aeroba andningsprocessen, eller så går de med en annan molekyl som inte är syre som den slutliga elektronen acceptor. Jäsning gör många färre ATP och släpper också biprodukter av antingen mjölksyra eller alkohol, i de flesta fall. Anaeroba processer kan ske i mitokondrierna eller i cytoplasma i cellen.

Mjölksyrafermentering är den typ av anaerob process som människor genomgår om det är brist på syre. Till exempel upplever löpare långväga en uppbyggnad av mjölksyra i musklerna eftersom de inte tar i sig tillräckligt med syre för att hålla jämna steg med energibehovet som krävs för träningen. Mjölksyran kan till och med orsaka kramp och ömhet i musklerna när tiden går.

Alkoholisk jäsning sker inte hos människor. Jäst är ett bra exempel på en organisme som genomgår alkoholfermentering. Samma process som pågår i mitokondrierna under mjölksyrafermentering sker också vid alkoholhaltig jäsning. Den enda skillnaden är att biprodukten av alkoholhaltig jäsning är etanol.

Alkoholisk jäsning är viktig för ölindustrin. Öltillverkare lägger till jäst som kommer att genomgå alkoholisk jäsning för att lägga till alkohol till brygget. Vinjäsning är också liknande och ger alkoholen för vinet.

Aerob andning är mycket effektivare vid ATP än anaeroba processer som jäsning. Utan syre, Krebs Cycle och den Elektron transport kedja i cellulär andning säkerhetskopieras och fungerar inte längre. Detta tvingar cellen att genomgå den mycket mindre effektiva jäsningen. Medan aerob andning kan ge upp till 36 ATP, kan de olika typerna av jäsning endast ha en nettovinst på 2 ATP.

Det antas att den äldsta typen av andning är anaerob. Eftersom det var lite eller inget syre när den första eukaryota celler utvecklats igenom endosymbios, de kunde bara genomgå anaerob andning eller något liknande fermentering. Detta var emellertid inte ett problem eftersom de första cellerna var encelliga. Att producera endast 2 ATP åt gången räckte för att hålla den enda cellen igång.

När multicellulära eukaryota organismer började dyka upp på jorden, behövde de större och mer komplexa organismerna producera mer energi. Genom naturligt urval, organismer med mer mitokondrier som kunde genomgå aerob andning överlevde och reproducerades och överförde dessa gynnsamma anpassningar till deras avkommor. De gammalare versionerna kunde inte längre hålla jämna steg med efterfrågan på ATP i den mer komplexa organismen och försvann.