好気性呼吸と嫌気性呼吸

酸素を使用するプロセスである好気性呼吸と、酸素を使用しないプロセスである嫌気性呼吸は、細胞呼吸の2つの形式です。 一部の細胞は1種類の呼吸にのみ関与する場合がありますが、ほとんどの細胞は生物のニーズに応じて両方の種類を使用します。 細胞呼吸は、例えば発酵などの化学プロセスとして、マクロ生物の外側でも発生します。 一般に、呼吸は老廃物を除去し、エネルギーを生成するために使用されます。

比較表

好気性呼吸と嫌気性呼吸の比較表
好気呼吸 嫌気性呼吸
定義有酸素呼吸は酸素を使用します。嫌気性呼吸は、酸素のない呼吸です。 このプロセスは呼吸電子伝達チェーンを使用しますが、電子受容体として酸素を使用しません。
それを使用するセル好気性呼吸は、ほとんどの細胞で発生します。嫌気性呼吸は主に原核生物で起こる
放出されたエネルギー量高(36-38 ATP分子)下(36-2個のATP分子間)
ステージ解糖、クレブス回路、電子輸送鎖解糖、クレブス回路、電子輸送鎖
製品二酸化炭素、水、ATP二酸化炭素、還元種、ATP
反応のサイト細胞質とミトコンドリア細胞質とミトコンドリア
反応物グルコース、酸素グルコース、電子受容体(酸素ではない)
燃焼コンプリート不完全な
エタノールまたは乳酸の生産エタノールや乳酸を生成しませんエタノールまたは乳酸を生産する

好気性プロセスと嫌気性プロセス

細胞呼吸の好気性プロセスは、酸素が存在する場合にのみ発生します。 細胞がエネルギーを放出する必要があるとき、細胞質(細胞の核とその膜の間の物質)とミトコンドリア(代謝プロセスを助ける細胞質内の細胞小器官)は、グルコースの分解を開始する化学交換を開始します。 この糖は血液を介して運ばれ、エネルギーの高速源として体内に保存されます。 グルコースがアデノシン三リン酸(ATP)に分解されると、二酸化炭素(CO2)が放出されます。これは、体内から除去する必要がある副産物です。 植物では、光合成のエネルギー放出プロセスはCO2を使用し、その副産物として酸素を放出します。

嫌気性プロセスでは酸素を使用しないため、ピルビン酸生成物(ATPはピルビン酸の一種)はそのまま残り、筋肉組織や発酵などで起こる他の反応によって分解または触媒されます。 好気性プロセスがエネルギー需要に追いつかないために筋肉の細胞に蓄積する乳酸は、嫌気性プロセスの副産物です。 このような嫌気性分解は追加のエネルギーを提供しますが、乳酸の蓄積により、廃棄物をさらに処理するセルの能力が低下します。 例えば、人体の大規模な場合、これは疲労と筋肉痛につながります。 細胞は、より多くの酸素を吸い込み、血液を循環させることで回復します。これは、乳酸を運び去るプロセスです。

次の13分間のビデオでは、人体におけるATPの役割について説明しています。 嫌気性呼吸に関する情報に早送りするには、ここをクリック(5:33); 有酸素呼吸については、ここをクリックしてください(6:45)。

発酵

糖分子(主にグルコース、フルクトース、スクロース)が嫌気性呼吸で分解すると、それらが生成するピルビン酸が細胞内に残ります。 酸素がないと、ピルビン酸はエネルギー放出のために完全に触媒されません。 代わりに、セルはより遅いプロセスを使用して水素キャリアを除去し、さまざまな廃棄物を生成します。 このより遅いプロセスは発酵と呼ばれます。 酵母が糖の嫌気性分解に使用される場合、廃棄物はアルコールとCO2です。 CO2を除去すると、アルコール飲料や燃料の基礎となるエタノールが残ります。 果物、砂糖植物(サトウキビなど)、および穀物はすべて発酵に使用され、嫌気性プロセッサーとして酵母または細菌が使用されます。 ベーキングでは、発酵から放出されるCO2がパンやその他の焼き製品の上昇を引き起こします。

クレブスサイクル

クレブスサイクルは、クエン酸サイクルおよびトリカルボン酸(TCA)サイクルとしても知られています。 クレブス回路は、ほとんどの多細胞生物の重要なエネルギー生成プロセスです。 このサイクルの最も一般的な形式では、エネルギー源としてグルコースを使用します。

解糖作用として知られている過程で、細胞はグルコース、6炭素分子をピルビン酸と呼ばれる2つの3炭素分子に変換します。 これらの2つのピルビン酸は電子を放出し、NAD +と呼ばれる分子と結合してNADHと2つのアデノシン三リン酸(ATP)分子を形成します。

これらのATP分子は生物の真の「燃料」であり、ピルビン酸分子とNADHがミトコンドリアに入る間にエネルギーに変換されます。 そこで、3炭素分子は、アセチルCoAとCO2と呼ばれる2炭素分子に分解されます。 各サイクルで、アセチルCoAは分解され、炭素鎖を再構築し、電子を放出し、より多くのATPを生成するために使用されます。 このサイクルは解糖よりも複雑で、エネルギーのために脂肪やタンパク質を分解することもあります。

利用可能な遊離糖分子が枯渇するとすぐに、筋肉組織のクレブス回路が脂肪分子とタンパク質鎖の分解を開始し、生物に燃料を供給します。 脂肪分子の分解はプラスのメリット(体重が減り、コレステロールが低下する)になる可能性がありますが、過剰に運ばれると体に害を及ぼす可能性があります(体は保護と化学プロセスのために脂肪を必要とします)。 対照的に、体のタンパク質の分解は、しばしば飢starの兆候です。

有酸素および嫌気性運動

好気性プロセスはグルコース分子のエネルギーのほとんどをATPの形で抽出し、嫌気性プロセスは廃棄物中のほとんどのATP発生源を残すため、好気性呼吸は嫌気性呼吸よりエネルギーを放出するのに19倍効果的です。 人間では、好気性プロセスが行動を活性化するために働きかけますが、嫌気性プロセスは極端で持続的な努力に使用されます。

ランニング、サイクリング、縄跳びなどの有酸素運動は、体内で過剰な砂糖を燃焼させるのに優れていますが、脂肪を燃焼させるには、有酸素運動を20分以上続けて、嫌気性呼吸を行わせる必要があります。 しかし、短距離走などの短時間の運動は、有酸素性経路が遅いため、エネルギーを嫌気性プロセスに依存します。 筋力トレーニングやウエイトリフティングなどの他の嫌気性運動は、筋肉組織の筋肉を構築するのに優れています。これは、筋肉組織にあるより大きく豊富な細胞にエネルギーを蓄えるために脂肪分子を分解するプロセスです

進化

嫌気性呼吸の進化は、好気性呼吸の進化よりもはるかに前です。 2つの要因により、この進行が確実になります。 第一に、最初の単細胞生物が発達したとき、地球の酸素レベルははるかに低く、ほとんどの生態学的ニッチは酸素がほとんど完全に欠けていました。 第二に、嫌気性呼吸は1サイクルあたり2個のATP分子しか生成せず、単細胞のニーズには十分ですが、多細胞生物には不十分です。

好気性呼吸は、空気、水、および地表の酸素レベルが酸化還元プロセスに使用するのに十分な量になった場合にのみ発生しました。 酸化は、1サイクルあたり最大36個のATP分子というより大きなATP収量を提供するだけでなく、より広い範囲の還元性物質でも発生します。 これは、生物がより大きく生き、より大きく成長し、より多くのニッチを占有できることを意味しました。 したがって、自然selectionは好気性呼吸を利用できる生物と、より効率的に成長してより大きく成長し、新しい環境や変化する環境により速く適応できる生物を好むでしょう。

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