Respirasi aerobik, sebuah proses yang menggunakan oksigen, dan respirasi anaerobik, sebuah proses yang tidak menggunakan oksigen, dua bentuk respirasi selular. Meskipun beberapa sel mungkin terlibat dalam hanya satu jenis respirasi, sebagian besar sel menggunakan kedua jenis, tergantung pada kebutuhan suatu organisme.
Respirasi sel juga terjadi di luar makro-organisme, seperti proses kimia – misalnya, dalam fermentasi. Secara umum, respirasi digunakan untuk menghilangkan produk-produk limbah dan menghasilkan energi.
Proses Aerobik dibandingkan anaerobik
Proses aerobik dalam respirasi seluler hanya bisa terjadi jika ada oksigen. Ketika sel perlu melepaskan energi, sitoplasma (zat antara inti sel dan membran) dan mitokondria (organel dalam sitoplasma yang membantu dengan proses metabolisme) memulai pertukaran kimia yang meluncurkan pemecahan glukosa. Gula ini dilakukan melalui darah dan disimpan dalam tubuh sebagai sumber energi yang cepat.
Pemecahan glukosa menjadi adenosin trifosfat (ATP) melepaskan karbon dioksida (CO2), produk sampingan yang perlu dikeluarkan dari tubuh. Pada tumbuhan, proses pelepasan energi dari fotosintesis menggunakan CO2 dan melepaskan oksigen sebagai produk sampingan nya.
Proses anaerobik tidak menggunakan oksigen, sehingga produk piruvat – ATP merupakan salah satu jenis piruvat – tetap di tempat untuk dipecah atau dikatalisasi oleh reaksi lainnya, seperti apa yang terjadi pada jaringan otot atau fermentasi.
Asam laktat, yang menumpuk di sel otot ‘sebagai proses aerobik gagal untuk bersaing dengan kebutuhan energi, adalah produk sampingan dari proses anaerobik.
Kerusakan anaerobik seperti memberikan tambahan energi, tapi asam laktat membangun-up mengurangi kapasitas sel limbah proses lebih lanjut; dalam skala besar, katakanlah, tubuh manusia, hal ini menyebabkan kelelahan dan nyeri otot. Sel sembuh dengan menghirup lebih banyak oksigen dan melalui sirkulasi darah, proses yang membantu membawa pergi asam laktat.
fermentasi
Ketika gula molekul (terutama glukosa, fruktosa, dan sukrosa) memecah dalam respirasi anaerob, piruvat yang mereka menghasilkan sisa-sisa dalam sel. Tanpa oksigen, piruvat tidak sepenuhnya katalis untuk pelepasan energi.
Sebaliknya, sel menggunakan proses yang lebih lambat untuk menghilangkan pembawa hidrogen, menciptakan produk-produk limbah yang berbeda. Proses lambat ini disebut fermentasi. Ketika ragi digunakan untuk pemecahan anaerobik gula, produk limbah alkohol dan CO2.
Penghapusan CO2 daun etanol, dasar untuk minuman beralkohol dan bahan bakar. Buah-buahan, tanaman manis (misalnya, tebu), dan biji-bijian semua digunakan untuk fermentasi, dengan ragi atau bakteri sebagai prosesor anaerobik. Dalam kue, pelepasan CO2 dari fermentasi inilah yang menyebabkan roti dan produk panggang lainnya meningkat.
Siklus Krebs
Siklus Krebs juga dikenal sebagai siklus asam sitrat dan asam (TCA) siklus trikarboksilat. Siklus Krebs adalah proses penghasil energi utama dalam organisme multisel yang paling. Bentuk yang paling umum dari siklus ini menggunakan glukosa sebagai sumber energi.
Selama proses yang dikenal sebagai glikolisis, sel mengubah glukosa, molekul 6-karbon, menjadi dua molekul 3-karbon yang disebut pyruvates. Kedua pyruvates melepaskan elektron yang kemudian dikombinasikan dengan molekul yang disebut NAD + membentuk NADH dan dua molekul adenosin trifosfat (ATP).
Molekul-molekul ini ATP adalah benar “bahan bakar” untuk organisme dan diubah menjadi energi sementara molekul piruvat dan NADH memasuki mitokondria.
Di situlah molekul 3-karbon dipecah menjadi molekul 2-karbon yang disebut asetil-CoA dan CO2. Dalam setiap siklus, asetil-CoA dipecah dan digunakan untuk membangun kembali rantai karbon, untuk melepaskan elektron, dan dengan demikian menghasilkan lebih banyak ATP. Siklus ini lebih kompleks daripada glikolisis, dan juga dapat memecah lemak dan protein untuk energi.
Begitu molekul gula bebas yang tersedia habis, Siklus Krebs di jaringan otot dapat mulai memecah molekul lemak dan protein rantai untuk bahan bakar organisme.
Sementara pemecahan molekul lemak bisa menjadi manfaat positif (berat badan lebih rendah, kolesterol rendah), jika dilakukan secara berlebihan dapat membahayakan tubuh (tubuh membutuhkan lemak untuk perlindungan dan proses kimia). Sebaliknya, penguraian protein tubuh sering merupakan tanda dari kelaparan.
Proses Respirasi Aerobik dan Anaerobik
Latihan Aerobik dan anaerobik
Respirasi aerobik adalah 19 kali lebih efektif dalam melepaskan energi dari respirasi anaerobik karena proses aerobik ekstrak sebagian besar energi molekul glukosa dalam bentuk ATP, sedangkan proses anaerobik meninggalkan sebagian besar sumber ATP menghasilkan dalam produk-produk limbah. Pada manusia, proses aerobik menendang untuk menggembleng tindakan, sedangkan proses anaerobik digunakan untuk upaya ekstrim dan berkelanjutan.
Latihan aerobik, seperti lari, bersepeda, dan lompat tali, sangat baik membakar kelebihan gula dalam tubuh, tetapi untuk membakar lemak, latihan aerobik harus dilakukan selama 20 menit atau lebih, memaksa tubuh untuk menggunakan respirasi anaerobik.
Namun, ledakan singkat latihan, seperti berlari, bergantung pada proses anaerobik untuk energi karena jalur aerobik lebih lambat. Latihan anaerobik lainnya, seperti pelatihan resistensi atau angkat besi, sangat baik untuk membangun massa otot, sebuah proses yang membutuhkan memecah molekul lemak untuk menyimpan energi dalam yang lebih besar dan lebih berlimpah sel ditemukan dalam jaringan otot.
evolusi
Evolusi respirasi anaerobik sangat mendahului bahwa respirasi aerobik. Dua faktor yang membuat perkembangan ini kepastian. Pertama, Bumi memiliki tingkat oksigen yang jauh lebih rendah ketika organisme uniseluler pertama kali dikembangkan, dengan relung ekologi yang paling hampir seluruhnya kurang oksigen. Kedua, respirasi anaerobik hanya menghasilkan 2 molekul ATP per siklus, cukup untuk kebutuhan uniseluler, tetapi tidak memadai untuk organisme multisel.
Respirasi aerobik muncul hanya ketika kadar oksigen di permukaan udara, air, dan tanah membuatnya cukup melimpah untuk digunakan untuk proses oksidasi-reduksi. Tidak hanya oksidasi memberikan hasil ATP lebih besar, sebanyak 36 molekul ATP per siklus, juga dapat terjadi dengan jangkauan yang lebih luas dari zat reduktif.
Ini berarti bahwa organisme dapat hidup dan tumbuh lebih besar dan menduduki lebih niche. Seleksi alam sehingga akan mendukung organisme yang bisa menggunakan respirasi aerobik, dan orang-orang yang bisa melakukannya lebih efisien untuk tumbuh lebih besar dan lebih cepat untuk beradaptasi dengan lingkungan baru dan berubah.