Анаэробные характеристики дыхания, типы и организмы

Аэробные и анаэробные процессы

Аэробные процессы клеточного дыхания могут происходить только при наличии кислорода. Когда клетке необходимо высвободить энергию, цитоплазма (вещество между ядром клетки и ее мембраной) и митохондрии (органеллы в цитоплазме, которые помогают в метаболических процессах) инициируют химические обмены, которые запускают распад глюкозы. Этот сахар разносится по крови и хранится в организме как быстрый источник энергии. При расщеплении глюкозы на аденозинтрифосфат (АТФ) выделяется углекислый газ (CO2), побочный продукт, который необходимо удалить из организма. У растений в процессе высвобождения энергии при фотосинтезе используется CO2 и выделяется кислород в качестве побочного продукта.

В анаэробных процессах кислород не используется, поэтому продукт пирувата — АТФ — это один из видов пирувата — остается на месте, чтобы расщепляться или катализироваться другими реакциями, такими как то, что происходит в мышечной ткани или при ферментации. Молочная кислота, которая накапливается в мышечных клетках, когда аэробные процессы не справляются с потребностями в энергии, является побочным продуктом анаэробного процесса. Такие анаэробные разрушения обеспечивают дополнительную энергию, но накопление молочной кислоты снижает способность клетки к дальнейшей переработке отходов; в больших масштабах, скажем, в организме человека это приводит к усталости и болезненности мышц. Клетки восстанавливаются, вдыхая больше кислорода и за счет циркуляции крови — процессов, которые помогают уносить молочную кислоту.

В следующем 13-минутном видео обсуждается роль АТФ в организме человека. Чтобы перейти к информации об анаэробном дыхании, щелкните здесь (5:33); для аэробного дыхания щелкните здесь (6:45).

Ферментация

Когда молекулы сахара (в первую очередь глюкоза, фруктоза и сахароза) расщепляются при анаэробном дыхании, производимый ими пируват остается в клетке. Без кислорода пируват не полностью катализирует выделение энергии. Вместо этого ячейка использует более медленный процесс удаления носителей водорода, создавая различные отходы. Этот более медленный процесс называется брожением. Когда дрожжи используются для анаэробного расщепления сахаров, отходами являются спирт и CO2. В результате удаления CO2 остается этанол — основа для алкогольных напитков и топлива. Фрукты, сахарные растения (например, сахарный тростник) и зерно используются для ферментации с дрожжами или бактериями в качестве анаэробных процессоров. При выпечке выбросы CO2 в результате ферментации вызывают рост хлеба и других хлебобулочных изделий.

Цикл Кребса

Цикл Кребса также известен как цикл лимонной кислоты и цикл трикарбоновой кислоты (ТСА). Цикл Кребса — ключевой процесс производства энергии в большинстве многоклеточных организмов. Наиболее распространенная форма этого цикла использует глюкозу в качестве источника энергии.

Во время процесса, известного как гликолиз, клетка превращает глюкозу, молекулу с 6 атомами углерода, в две молекулы с 3 атомами углерода, называемые пируватами.Эти два пирувата выделяют электроны, которые затем объединяются с молекулой, называемой НАД +, с образованием НАДН и двух молекул аденозинтрифосфата (АТФ).

Эти молекулы АТФ являются настоящим «топливом» для организма и преобразуются в энергию, в то время как молекулы пирувата и НАДН проникают в митохондрии. Именно здесь 3-углеродные молекулы распадаются на 2-углеродные молекулы, называемые ацетил-КоА и CO2. В каждом цикле Ацетил-КоА расщепляется и используется для восстановления углеродных цепей, высвобождения электронов и, таким образом, образования большего количества АТФ. Этот цикл более сложен, чем гликолиз, и он также может расщеплять жиры и белки для получения энергии.

Как только доступные свободные молекулы сахара истощаются, цикл Кребса в мышечной ткани может начать расщеплять молекулы жира и белковые цепи, чтобы питать организм. В то время как расщепление молекул жира может быть положительным (снижение веса и холестерина), чрезмерное его использование может нанести вред организму (организму нужен жир для защиты и химических процессов). Напротив, расщепление белков организма часто является признаком голода.

Общие методы культивирования для анаэробных организмов

GasPak — система химическим путем обеспечивает постоянство газовой смеси, приемлемой для роста большинства анаэробных микроорганизмов. В герметичном контейнере, в результате реакции воды с таблетками боргидрида натрия и бикарбоната натрия образуется водород и диоксид углерода . Водород затем реагирует с кислородом газовой смеси на палладиевом катализаторе с образованием воды, уже вторично вступающей в реакцию гидролиза боргидрида.

Данный метод был предложен Брюером и Олгаером в 1965 году. Разработчики представили одноразовый пакет, генерирующий водород, который был позднее усовершенствован ими до саше, генерирующих двуокись углерода и содержащих внутренний катализатор.

Метод Цейсслера применяется для выделения чистых культур спорообразующих анаэробов. Для этого производят посев на среду Китт-Тароцци, прогревают 20 мин при 80 °C (для уничтожения вегетативной формы), заливают среду вазелиновым маслом и инкубируют 24 ч в термостате. Затем производят посев на сахарно-кровяной агар для получения чистых культур. После 24-часового культивирования интересующие колонии изучаются — их пересеивают на среду Китт-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Фортнера

Метод Фортнера — посевы производят на чашку Петри с утолщенным слоем среды, разделённым пополам узкой канавкой, вырезанной в агаре. Одну половину засевают культуру аэробных бактерий, на другую — анаэробных. Края чашки заливают парафином и инкубируют в термостате. Первоначально наблюдают рост аэробной микрофлоры, а затем (после поглощения кислорода) — рост аэробной резко прекращается и начинается рост анаэробной.

Метод Вейнберга используется для получения чистых культур облигатных анаэробов. Культуры, выращенные на среде Китта-Тароцци, переносят в сахарный бульон. Затем одноразовой пастеровской пипеткой материал переносят в узкие пробирки (трубки Виньяля) с сахарным мясо-пептонным агаром, погружая пипетку до дна пробирки. Засеянные пробирки быстро охлаждают, что позволяет фиксировать бактериальный материал в толще затвердевшего агара. Пробирки инкубируют в термостате, а затем изучают выросшие колонии. При обнаружении интересующей колонии на её месте делают распил, материал быстро отбирают и засеивают на среду Китта-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Перетца

Метод Перетца — в расплавленный и охлаждённый сахарный агар-агар вносят культуру бактерий и заливают под стекло, помещённое на пробковых палочках(или фрагментах спичек) в чашку Петри . Метод наименее надежен из всех, но достаточно прост в применении.

Сочетание различных типов нагрузки

Многие спортсмены предпочитают сосредоточиться на одном направлении тренинга: похудение или рост мышц. Но недавние научные исследования показали, что сочетание кардионагрузок и анаэробных упражнений позволяет добиться обеих целей быстрее.

От того, как спортсмен будет сочетать кардио и силовые занятия, также зависит эффективность программы. В исследованиях худшие результаты показали атлеты, которые совмещали разные типы тренинга в один день. То есть сначала проводили тридцатиминутное аэробное занятие, а сразу после выполняли силовой план.

И, наоборот, быстрее увеличивали массу и сжигали подкожный жир те спортсмены, которые выносили кардио в отдельный тренировочный день

Это позволяло максимально акцентировать внимание на силовых упражнениях и продуктивно расходовать калории в аэробных нагрузках

Если решите совместить разные типы занятий, ознакомьтесь с рекомендациями:

1. Тренируйтесь вечером, с 17.00 до 20.00. Этот период наилучшим образом подходит для занятий спортом
2. Отслеживайте свое состояние. Если чувствуете, что не успеваете восстанавливаться между походами в фитнес-зал, откажитесь на время от кардио. Не доводите организм до состояния перетренированности.
3. Используйте спортивное питание. Предтренировочные комплексы помогут полноценно провести и кардио, и силовую часть занятия, а белковые добавки будут способствовать скорейшему восстановлению и сжиганию подкожного жира.

Классификационное деление прокариотов

Видовое разнообразие этих безъядерных огромно: наука описала только 10000 видов, а предположительно существует более миллиона видов бактерий. Их классификация крайне сложна и осуществляется, опираясь на общность следующих признаков и свойств:

• морфологических – форма, способ передвижения, способность к спорообразованию и другие);
• физиологических – дыхание кислородом (аэробные) или бескислородный вариант (анаэробные бактерии), по характеру продуктов метаболизма и другие;
• биохимических;
• сходство генетических характеристик.

К примеру, морфологическая классификация по внешнему виду подразделяет все бактерии как:

• палочковидные;
• извилистые;
• шаровидные.

Классификация физиологическая по отношению к кислороду делит все прокариоты на:

• анаэробные – микроорганизмы, дыхание которых не требует наличия свободного кислорода;
• аэробные – микроорганизмы, нуждающиеся в кислороде для своей жизнедеятельности.

внешняя ссылка

• Подробное описание дыхания и брожения
• Интернет-ресурс Кимбалла по клеточному дыханию
• Клеточное дыхание и ферментация в Клермон-колледже

Источники энергии

• Аденозинтрифосфат (АТФ) — нуклеотид, содержащийся в каждой клетке живых организмов. Функции: накопление и перенос энергии. Используется телом для создания максимального усилия в мышечных волокнах в течение 2–3 секунд. Процесс выделения энергии обусловлен расщеплением фосфатной составляющей АТФ на три молекулы.
• Креатинфосфат — органическое соединение, находящееся в скелетных мышцах, миокарде и нервной ткани. Используются для выброса энергии при силовых нагрузках. Запасаемое количество креатинфосфата рассчитано примерно на 15–20 секунд силовой работы. После этого организм использует другие энергетические источники.
• Анаэробный гликолиз — химический процесс, состоящий из нескольких ферментативных реакций, результатом которых становится расщепление глюкозы до пирувата и выделение энергии. Этот процесс помогает мышцам спортсмена работать с максимальным усилием в течение 1–2 минут.
• Аэробный гликолиз имеет ту же функцию, что и анаэробный, только протекает при участии большого объема кислорода. Предназначение процесса — обеспечить мышечное усилие, необходимое спортсмену. Выделяемое количество энергии рассчитано примерно на 1–2 минуты интенсивной физической работы.

Во время аэробных и анаэробных процессов образуется не только пируват, но и лактат. Данное вещество долгое время считалось побочным при расщеплении глюкозы. Но современные научные исследования показали, что лактатные соединения постепенно накапливается в печени в виде гликогена. Последний же используется мышцами тела для получения глюкозы. Таким образом, лактат играет важную роль в восстановлении энергетического баланса в организме.

Разница между аэробным и анаэробным процессом

Определение

Аэробный процесс относится к процессу клеточного дыхания, происходящему в присутствии кислорода, в то время как анаэробный процесс относится к процессу клеточного дыхания, происходящему в отсутствие свободного кислорода. Таким образом, в этом главное отличие аэробного и анаэробного процессов.

Тип организмов

Кроме того, еще одно важное различие между аэробным и анаэробным процессом заключается в том, что аэробный процесс в основном происходит у высших организмов, тогда как анаэробный процесс в основном происходит у низших организмов, включая бактерии, дрожжи и паразитов

Сотовая связь

Кроме того, еще одно различие между аэробным и анаэробным процессами заключается в том, что аэробный процесс происходит в цитоплазме и внутри митохондрий, тогда как анаэробный процесс происходит в цитоплазме.

Значимость

Три этапа аэробного процесса — гликолиз, цикл Кребса и цепь переноса электронов, в то время как два основных типа анаэробного процесса — ферментация этанолом и ферментация молочной кислоты.

Химическая реакция

Кроме того, химическая реакция аэробного процесса является C₆ЧАС₁₂О₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 36ATP, в то время как химическая реакция брожения этанола — C₆ЧАС₁₂О₆ → 2C₂ЧАС₅ОН + 2CO₂ + 2ATP и химическая реакция молочнокислого брожения составляет C₆ЧАС₁₂О₆ → 2C₃ЧАС₆О₃ + 2ATP.

Молекулярный кислород

Важно отметить, что аэробный процесс требует молекулярного кислорода внутри клетки, в то время как анаэробный процесс не требует молекулярного кислорода

Окисление субстрата

Помимо этого, в то время как аэробный процесс ответственен за полное окисление субстрата, анаэробный процесс ответственен за неполное окисление субстрата. Следовательно, это еще одно различие между аэробным и анаэробным процессом.

NAD+ перерождение

Кроме того, НАД+ регенерация происходит в цепи переноса электронов аэробного процесса, в то время как НАД+ регенерация происходит при частичном окислении пирувата в результате анаэробного процесса.

Производство АТФ во время НАД+ перерождение

Кроме того, еще одно различие между аэробным и анаэробным процессом заключается в том, что NAD+ регенерация аэробного процесса производит АТФ, а НАД+ регенерация анаэробного процесса не продуцирует АТФ.

Количество произведенных АТФ

Аэробный процесс производит 36 молекул АТФ на молекулу глюкозы, в то время как анаэробный процесс производит только 2 АТФ на молекулу глюкозы. Это также разница между аэробным и анаэробным процессом.

Производство воды

Кроме того, производство воды является еще одним отличием между аэробным и анаэробным процессом. То есть; аэробный процесс производит шесть молекул воды на молекулу глюкозы, в то время как анаэробный процесс не производит молекулы воды, поскольку он не использует молекулярный кислород в цепи переноса электронов.

Заключение

Аэробный процесс — это тип клеточного процесса, который требует присутствия молекулярного кислорода внутри клетки. Аэробное дыхание является основным типом аэробного процесса, который разрушает связи в молекуле глюкозы с образованием АТФ с использованием выделенной энергии. Во время аэробного дыхания на молекулу глюкозы вырабатывается 32 молекулы АТФ. Для сравнения, анаэробный процесс представляет собой тип клеточного процесса, который происходит в отсутствие молекулярного кислорода. Он производит меньше молекул АТФ из-за неполного окисления глюкозы. Следовательно, основное различие между аэробным и анаэробным процессом заключается в использовании молекулы кислорода для процесса и эффективности.

Рекомендации:

1. Сковилл, Хизер. «В чем разница между аэробными и анаэробными процессами?»ThoughtCo, ThoughtCo, 2 января 2019 г.,

Что такое аэробные нагрузки

Аэробные нагрузки – это такие виды упражнений, в которых источником энергии является кислород. Они, прежде всего, направлены на активное обогащение организма кислородом и укрепление всех его систем. Такие виды нагрузок стали популярными еще в 70-х годах прошлого столетия благодаря Сильвестру Сталлоне и Арнольду Шварцнеггеру. Ученые смогли выяснить, что аэробные занятия спортом способствуют жиросжиганию, похудению и контролю над уровнем подкожно-жировой клетчатки. Если сказать обобщенно, то такой тип нагрузок размеренный и продолжительный.

Что стоит отнести к аэробным нагрузкам:

• различные виды аэробики;
• езда на велосипеде;
• катание на лыжах;
• плавание;
• занятия на беговой дорожке, велотренажере, эллипсоиде и степпере;
• катание на коньках и роликовых коньках;
• спортивная ходьба;
• бег в размеренном темпе;
• танцы.

Рекомендации

1. ^ Б с д е е г Шмидт-Рор, K. (2020). «Кислород высокоэнергетической Молекулы Powering комплекса многоклеточный: Основные поправки к традиционной биоэнергетике» ACS Omega 5 :. 2221-2233 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
2. ^ Бейли, Регина. «Клеточное дыхание» . Архивировано 05 мая 2012 года.
3. ^ a b c Шмидт-Рор, К. (2015). «Почему процессы горения всегда экзотермичны, давая около 418 кДж на моль O ₂ », J. Chem. Educ. 92 : 2094-2099. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00333
4. ^ a b c Рич, PR (2003). «Молекулярный аппарат дыхательной цепи Кейлина» . Труды биохимического общества . 31 (Pt 6): 1095–1105. DOI10.1042 / BST0311095 . PMID 14641005 .
5. ^ Рис1 Урри2 Каин3 Вассерман4 Минорски5 Джексон6, Джейн1 Лиза2 Майкл3 Стивен4 Питер5 Роберт6 (2010). Кэмпбелл Биология Девятое издание . Pearson Education, Inc. стр. 168.
6. ^ a b «Клеточное дыхание» . Архивировано из оригинала на 2017-05-10.
7. ^ Портер, R .; Бранд, М. (1 сентября 1995 г.). «Митохондриальная протонная проводимость и соотношение H + / O не зависят от скорости переноса электронов в изолированных гепатоцитах» . Биохимический журнал (Полный текст). 310 (Pt 2): 379–382. DOI10.1042 / bj3100379 . ISSN 0264-6021 . PMC 1135905 . PMID 7654171 .
8. ^ a b c Страйер, Люберт (1995). Биохимия (четвертое изд.). Нью-Йорк — Бейзингсток: WH Freeman and Company. ISBN 978-0716720096.
9. Перейти ↑ Stock D, Leslie AG, Walker JE (1999). «Молекулярная архитектура вращающегося двигателя в АТФ-синтазе». Наука . 286 (5445): 1700–5. DOI10.1126 / science.286.5445.1700 . PMID 10576729 .
10. ^ Вт, IN, Монтгомери, М., Runswick, MJ, Лесли АГВ, Уокер, JE (2010). «Биоэнергетическая стоимость создания молекулы аденозинтрифосфата в митохондриях животных» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 107 (39): 16823–16827. DOI10.1073 / pnas.1011099107 . PMC 2947889 . PMID 20847295 .
11. ^ P.Hinkle (2005). «Соотношения P / O митохондриального окислительного фосфорилирования». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1706 (1–2): 1–11. DOI10.1016 / j.bbabio.2004.09.004 . PMID 15620362 .
12. ^ Lumen Boundless Microbiology. «Анаэробное дыхание-доноры электронов и акцепторы в анаэробном дыхании» . course.lumenlearning.org . Boundless.com . Проверено 19 ноября 2020 года . Анаэробное дыхание — это образование АТФ без кислорода. Этот метод по-прежнему включает дыхательную цепь переноса электронов, но без использования кислорода в качестве конечного акцептора электронов. Вместо этого в качестве акцепторов электронов используются такие молекулы, как сульфат (SO42-), нитрат (NO3–) или сера (S).
13. ^ Лоллар, Гранат S .; Уорр, Оливер; Рассказывая, Джон; Osburn, Magdalena R .; Шервуд Лоллар, Барбара (2019). Следуй за водой »: гидрогеохимические ограничения на микробиологические исследования на глубине 2,4 км в обсерватории глубинных флюидов и глубинной жизни Кидд-Крик». Геомикробиологический журнал . 36 : 859–872. DOI10.1080 / 01490451.2019.1641770 . S2CID 199636268 .
14. ^ Самые старые подземные воды в мире поддерживают жизнь благодаря химическому составу воды и горных пород. Архивировано 10сентября 2019 г.в Wayback Machine , 29 июля 2019 г., deepcarbon.net.
15. ↑ Странные формы жизни, обнаруженные глубоко в шахте, указывают на обширные « подземные Галапагосы ». Архивировано 9сентября 2019 годана Wayback Machine , Кори С. Пауэлл, 7 сентября 2019 г., nbcnews.com.