Aérobie vs. Respiration anaérobie

Respiration aérobie, un processus qui utilise l'oxygène, et respiration anaérobie, un processus qui n'a pas utiliser de l'oxygène, sont deux formes de respiration cellulaire. Bien que certaines cellules puissent s'engager dans un seul type de respiration, la plupart des cellules utilisent les deux types, selon les besoins d'un organisme. La respiration cellulaire se produit également en dehors des macro-organismes, comme des processus chimiques - par exemple, en fermentation. En général, la respiration est utilisée pour éliminer les déchets et générer de l'énergie.

Tableau de comparaison

Aérobie vs. Processus anaérobies

Les processus aérobies de la respiration cellulaire ne peuvent se produire que si l'oxygène est présent. Lorsqu'une cellule doit libérer de l'énergie, le cytoplasme (une substance entre le noyau d'une cellule et sa membrane) et les mitochondries (organites dans le cytoplasme qui aident aux processus métaboliques) déclenchent des échanges chimiques qui lancent la rupture du glucose. Ce sucre est transporté dans le sang et stocké dans le corps comme une source d'énergie rapide. La dégradation du glucose en adénosine triphosphate (ATP) libère du dioxyde de carbone (CO2), un sous-produit qui doit être retiré du corps. Dans les plantes, le processus d'énergie de la photosynthèse utilise le CO2 et libère l'oxygène comme sous-produit.

Les processus anaérobies n'utilisent pas d'oxygène, donc le produit pyruvate - l'ATP est un type de pyruvate - reste en place pour être décomposé ou catalysé par d'autres réactions, comme ce qui se produit dans le tissu musculaire ou dans la fermentation. L'acide lactique, qui s'accumule dans les cellules des muscles car les processus aérobies ne parviennent pas à répondre aux demandes d'énergie, est un sous-produit d'un processus anaérobie. De telles pannes anaérobies fournissent une énergie supplémentaire, mais l'accumulation d'acide lactique réduit la capacité d'une cellule à traiter davantage les déchets; À grande échelle, par exemple, un corps humain, cela conduit à la fatigue et à la douleur musculaire. Les cellules se rétablissent en respirant plus d'oxygène et par la circulation du sang, des processus qui aident à emporter l'acide lactique.

La vidéo de 13 minutes suivante discute du rôle de l'ATP dans le corps humain. Pour passer rapidement à ses informations sur la respiration anaérobie, cliquez ici (5:33); Pour la respiration aérobie, cliquez ici (6:45).

Fermentation

Lorsque des molécules de sucre (principalement du glucose, du fructose et du saccharose) se décomposent dans une respiration anaérobie, le pyruvate qu'ils produisent reste dans la cellule. Sans oxygène, le pyruvate n'est pas entièrement catalysé pour la libération d'énergie. Au lieu de cela, la cellule utilise un processus plus lent pour éliminer les porteurs d'hydrogène, créant différents déchets. Ce processus plus lent est appelé fermentation. Lorsque la levure est utilisée pour la dégradation anaérobie des sucres, les déchets sont l'alcool et le CO2. L'élimination du CO2 laisse de l'éthanol, la base des boissons alcoolisées et du carburant. Fruits, plantes sucrées (e.g., canne à sucre), et les grains sont tous utilisés pour la fermentation, avec la levure ou les bactéries comme processeurs anaérobies. Dans la cuisson, la libération de CO2 de la fermentation est ce qui fait monter les pains et autres produits au four.

Cycle krebs

Le cycle de Krebs est également connu sous le nom de cycle d'acide citrique et du cycle de l'acide tricarboxylique (TCA). Le cycle de Krebs est le processus de production d'énergie clé dans la plupart des organismes multicellulaires. La forme la plus courante de ce cycle utilise le glucose comme source d'énergie.

Au cours d'un processus connu sous le nom de glycolyse, une cellule convertit le glucose, une molécule à 6 carbones, en deux molécules à 3 carbone appelées pyruvates. Ces deux pyruvates libèrent des électrons qui sont ensuite combinés avec une molécule appelée NAD + pour former NADH et deux molécules d'adénosine triphosphate (ATP).

Ces molécules ATP sont le véritable "carburant" pour un organisme et sont converties en énergie tandis que les molécules de pyruvate et le NADH entrent dans les mitochondries. C'est là que les molécules à 3 carbone sont décomposées en molécules de 2 carbone appelées acétyl-CoA et CO2. Dans chaque cycle, l'acétyl-CoA est décomposé et utilisé pour reconstruire des chaînes de carbone, pour libérer les électrons, et donc générer plus d'ATP. Ce cycle est plus complexe que la glycolyse, et il peut également décomposer les graisses et les protéines pour l'énergie.

Dès que les molécules de sucre libre disponibles sont épuisées, le cycle de Krebs dans le tissu musculaire peut commencer à décomposer les molécules de graisse et les chaînes de protéines pour alimenter un organisme. Bien que la dégradation des molécules de graisse puisse être un avantage positif (poids inférieur, cholestérol inférieur), s'il est transporté en excès, il peut nuire au corps (le corps a besoin de la graisse pour la protection et les processus chimiques). En revanche, la rupture des protéines du corps est souvent un signe de famine.

Exercice aérobie et anaérobie

La respiration aérobie est 19 fois plus efficace pour libérer de l'énergie que la respiration anaérobie car les processus aérobies extraient la plupart de l'énergie des molécules de glucose sous forme d'ATP, tandis que les processus anaérobies laissent la plupart des sources générateurs de l'ATP dans les déchets. Chez l'homme, les processus aérobies se lancent dans l'action de galvaniser, tandis que les processus anaérobies sont utilisés pour des efforts extrêmes et soutenus.

Les exercices aérobies, tels que la course, le vélo et le saut de corde, sont excellents pour brûler un excès de sucre dans le corps, mais pour brûler les graisses, des exercices aérobies doivent être effectués pendant 20 minutes ou plus, forçant le corps à utiliser une respiration anaérobie. Cependant, de courtes rafales d'exercice, comme le sprint, dépendent des processus anaérobies de l'énergie car les voies aérobies sont plus lentes. D'autres exercices anaérobies, tels que l'entraînement en résistance ou l'haltérophilie, sont excellents pour construire une masse musculaire, un processus qui nécessite la rupture des molécules de graisse pour stocker l'énergie dans les cellules plus grandes et plus abondantes trouvées dans le tissu musculaire.

Évolution

L'évolution de la respiration anaérobie est grandement antérieure à celle de la respiration aérobie. Deux facteurs font de cette progression une certitude. Premièrement, la Terre avait un niveau d'oxygène beaucoup plus faible lorsque les premiers organismes unicellulaires se sont développés, la plupart des niches écologiques manquant presque entièrement d'oxygène. Deuxièmement, la respiration anaérobie ne produit que 2 molécules d'ATP par cycle, suffisamment pour les besoins unicellulaires, mais inadéquat pour les organismes multicellulaires.

La respiration aérobie n'est survenue que lorsque les niveaux d'oxygène dans l'air, l'eau et les surfaces du sol ont rendu suffisamment abondant pour l'utiliser pour les processus d'oxydation-réduction. Non seulement l'oxydation fournit un rendement ATP plus important, jusqu'à 36 molécules d'ATP par cycle, mais elle peut également avoir lieu avec une gamme plus large de substances réductrices. Cela signifiait que les organismes pouvaient vivre et grandir et occuper plus de niches. La sélection naturelle favoriserait ainsi les organismes qui pourraient utiliser la respiration aérobie, et ceux qui pourraient le faire plus efficacement pour grandir et s'adapter plus rapidement à des environnements nouveaux et changeants.