Pernafasan aerobik vs Anaerobik

Respirasi aerobik, proses yang menggunakan oksigen, dan respirasi anaerob, proses yang tidak menggunakan oksigen, adalah dua bentuk respirasi seluler. Meskipun beberapa sel dapat terlibat hanya dalam satu jenis respirasi, sebagian besar sel menggunakan kedua jenis ini, tergantung pada kebutuhan suatu organisme. Respirasi sel juga terjadi di luar makro-organisme, sebagai proses kimia - misalnya, dalam fermentasi. Secara umum, respirasi digunakan untuk menghilangkan produk limbah dan menghasilkan energi.

Grafik perbandingan

Aerobik Respirasi versus Anerobik perbandingan grafik Respirasi
Pernapasan aerobik Pernafasan anaerob
DefinisiRespirasi aerobik menggunakan oksigen.Respirasi anaerob adalah respirasi tanpa oksigen; prosesnya menggunakan rantai transpor elektron pernapasan tetapi tidak menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron.
Sel yang menggunakannyaRespirasi aerobik terjadi di sebagian besar sel.Respirasi anaerobik sebagian besar terjadi pada prokariota
Jumlah energi yang dilepaskanTinggi (molekul 36-38 ATP)Lebih rendah (Antara 36-2 molekul ATP)
TahapanGlikolisis, siklus Krebs, Elektron Transport ChainGlikolisis, siklus Krebs, Elektron Transport Chain
ProdukKarbon dioksida, air, ATPKarbon dixoide, spesies tereduksi, ATP
Situs reaksiSitoplasma dan mitokondriaSitoplasma dan mitokondria
Reaktanglukosa, oksigenglukosa, akseptor elektron (bukan oksigen)
pembakaranlengkaptidak lengkap
Produksi Etanol atau Asam LaktatTidak menghasilkan etanol atau asam laktatMenghasilkan etanol atau asam laktat

Proses Aerobik vs. Anaerobik

Proses aerobik dalam respirasi seluler hanya dapat terjadi jika oksigen ada. Ketika sebuah sel perlu melepaskan energi, sitoplasma (suatu substansi antara inti sel dan membrannya) dan mitokondria (organel dalam sitoplasma yang membantu proses metabolisme) memulai pertukaran kimia yang meluncurkan pemecahan glukosa. Gula ini dibawa 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 fotosintesis menggunakan CO2 dan melepaskan oksigen sebagai produk sampingannya.

Proses anaerobik tidak menggunakan oksigen, sehingga produk piruvat - ATP adalah salah satu jenis piruvat - tetap di tempat untuk dipecah atau dikatalisasi oleh reaksi lain, seperti apa yang terjadi pada jaringan otot atau dalam fermentasi. Asam laktat, yang menumpuk di sel-sel otot ketika proses aerobik gagal memenuhi permintaan energi, adalah produk sampingan dari proses anaerob. Kerusakan anaerob seperti itu memberikan energi tambahan, tetapi penumpukan asam laktat mengurangi kapasitas sel untuk memproses limbah lebih lanjut; dalam skala besar di, katakanlah, tubuh manusia, ini menyebabkan kelelahan dan nyeri otot. Sel pulih dengan menghirup lebih banyak oksigen dan melalui sirkulasi darah, proses yang membantu membawa asam laktat.

Video 13 menit berikut membahas peran ATP dalam tubuh manusia. Untuk mempercepat informasi tentang respirasi anaerob, klik di sini (5:33); untuk respirasi aerobik, klik di sini (6:45).

Fermentasi

Ketika molekul gula (terutama glukosa, fruktosa, dan sukrosa) terurai dalam respirasi anaerob, piruvat yang mereka hasilkan tetap berada di dalam sel. Tanpa oksigen, piruvat tidak sepenuhnya dikatalisis untuk pelepasan energi. Sebaliknya, sel menggunakan proses yang lebih lambat untuk menghilangkan pembawa hidrogen, menciptakan produk limbah yang berbeda. Proses yang lebih lambat ini disebut fermentasi. Ketika ragi digunakan untuk pemecahan anaerobik gula, produk limbahnya adalah alkohol dan CO2. Penghapusan CO2 meninggalkan etanol, dasar untuk minuman beralkohol dan bahan bakar. Buah-buahan, tanaman manis (misalnya, tebu), dan biji-bijian semuanya digunakan untuk fermentasi, dengan ragi atau bakteri sebagai prosesor anaerob. Dalam memanggang, pelepasan CO2 dari fermentasi inilah yang menyebabkan roti dan produk panggang lainnya naik.

Siklus Krebs

Siklus Krebs juga dikenal sebagai siklus asam sitrat dan siklus asam trikarboksilat (TCA). Siklus Krebs adalah proses penghasil energi utama di sebagian besar organisme multisel. Bentuk paling umum dari siklus ini menggunakan glukosa sebagai sumber energinya.

Selama proses yang dikenal sebagai glikolisis, sel mengubah glukosa, molekul 6-karbon, menjadi dua molekul 3-karbon yang disebut piruvat. Kedua piruvat ini melepaskan elektron yang kemudian digabungkan dengan molekul yang disebut NAD + untuk membentuk NADH dan dua molekul adenosin trifosfat (ATP).

Molekul ATP ini adalah "bahan bakar" sejati untuk suatu organisme dan dikonversi menjadi energi sedangkan molekul piruvat dan NADH memasuki mitokondria. Di situlah molekul 3-karbon dipecah menjadi molekul 2-karbon yang disebut Asetil-KoA dan CO2. Dalam setiap siklus, Asetil-KoA 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.

Segera setelah molekul gula gratis yang tersedia habis, Siklus Krebs dalam jaringan otot dapat mulai memecah molekul lemak dan rantai protein untuk memicu suatu organisme. Sementara pemecahan molekul lemak dapat menjadi manfaat positif (menurunkan berat badan, menurunkan kolesterol), jika dilakukan secara berlebihan dapat membahayakan tubuh (tubuh membutuhkan lemak untuk perlindungan dan proses kimia). Sebaliknya, pemecahan protein tubuh seringkali merupakan tanda kelaparan.

Latihan Aerobik dan Anaerobik

Respirasi aerobik 19 kali lebih efektif dalam melepaskan energi daripada respirasi anaerobik karena proses aerobik mengekstraksi sebagian besar energi molekul glukosa dalam bentuk ATP, sementara proses anaerob meninggalkan sebagian besar sumber penghasil ATP dalam produk limbah. Pada manusia, proses aerobik mendorong aksi galvanis, sementara proses anaerob digunakan untuk upaya ekstrem dan berkelanjutan.

Latihan aerobik, seperti berlari, bersepeda, dan lompat tali, sangat bagus untuk membakar kelebihan gula dalam tubuh, tetapi untuk membakar lemak, latihan aerobik harus dilakukan selama 20 menit atau lebih, memaksa tubuh untuk menggunakan respirasi anaerob. Namun, semburan latihan singkat, seperti berlari, bergantung pada proses anaerob untuk energi karena jalur aerobik lebih lambat. Latihan anaerob lainnya, seperti pelatihan resistensi atau angkat besi, sangat bagus untuk membangun massa otot, suatu proses yang membutuhkan pemecahan molekul lemak untuk menyimpan energi dalam sel yang lebih besar dan lebih banyak ditemukan dalam jaringan otot.

Evolusi

Evolusi respirasi anaerob sangat mendahului respirasi aerob. Dua faktor membuat kemajuan ini menjadi kepastian. Pertama, Bumi memiliki tingkat oksigen jauh lebih rendah ketika organisme bersel tunggal pertama kali dikembangkan, dengan sebagian besar relung ekologis hampir seluruhnya kekurangan oksigen. Kedua, respirasi anaerob hanya menghasilkan 2 molekul ATP per siklus, cukup untuk kebutuhan uniseluler, tetapi tidak memadai untuk organisme multiseluler.

Respirasi aerobik muncul hanya ketika tingkat oksigen di udara, air, dan permukaan tanah membuatnya cukup berlimpah untuk digunakan untuk proses pengurangan oksidasi. Tidak hanya oksidasi memberikan hasil ATP yang lebih besar, sebanyak 36 molekul ATP per siklus, oksidasi juga dapat terjadi dengan kisaran yang lebih luas dari zat reduktif. Ini berarti bahwa organisme dapat hidup dan tumbuh lebih besar dan menempati lebih banyak ceruk. Seleksi alam akan mendukung organisme yang dapat menggunakan respirasi aerobik, dan yang dapat melakukannya dengan lebih efisien untuk tumbuh lebih besar dan untuk beradaptasi lebih cepat ke lingkungan yang baru dan terus berubah.

Artikel Terkait