Aerobik vs. Proses anaerobik

Semua makhluk hidup membutuhkan pasokan energi terus-menerus untuk menjaga sel-sel mereka berfungsi secara normal dan tetap sehat. Beberapa organisme, yang disebut autotrof, dapat menghasilkan energi sendiri menggunakan sinar matahari atau sumber energi lain melalui proses sepertifotosintesis. Yang lain, seperti manusia, perlu makan makanan untuk menghasilkan energi.

Namun, itu bukan tipe sel energi yang digunakan untuk berfungsi. Sebagai gantinya, mereka menggunakan molekul yang disebut adenosine triphosphate (ATP) untuk menjaga diri mereka tetap berjalan. Sel-sel, oleh karena itu, harus memiliki cara untuk mengambil energi kimia yang tersimpan dalam makanan dan mengubahnya menjadi ATP yang mereka butuhkan untuk berfungsi. Sel-sel proses menjalani untuk melakukan perubahan ini disebut respirasi sel.

Respirasi seluler dapat bersifat aerob (artinya "dengan oksigen") atau anaerob ("tanpa oksigen"). Rute mana yang diambil sel untuk membuat ATP semata-mata bergantung pada ada atau tidaknya oksigen yang cukup untuk menjalani respirasi aerobik. Jika tidak ada oksigen yang cukup untuk respirasi aerob, maka beberapa organisme akan menggunakan respirasi anaerob atau proses anaerob lainnya seperti

Untuk memaksimalkan jumlah ATP yang dibuat dalam proses respirasi seluler, oksigen harus ada. Sebagai spesies eukariotik berkembang dari waktu ke waktu, mereka menjadi lebih kompleks dengan lebih banyak organ dan bagian tubuh. Menjadi penting bagi sel untuk dapat membuat ATP sebanyak mungkin untuk menjaga adaptasi baru ini berjalan dengan baik.

Atmosfer awal Bumi hanya memiliki sedikit oksigen. Itu tidak sampai setelah autotrof menjadi melimpah dan dirilis besar jumlah oksigen sebagai produk sampingan dari fotosintesis bahwa respirasi aerobik dapat berkembang. Oksigen memungkinkan setiap sel untuk menghasilkan ATP berkali-kali lebih banyak daripada leluhur kuno mereka yang mengandalkan respirasi anaerob. Proses ini terjadi pada organel sel yang disebut mitokondria.

Lebih primitif adalah proses yang banyak organisme alami ketika oksigen tidak cukup. Proses anaerob yang paling dikenal dikenal sebagai fermentasi. Sebagian besar proses anaerob dimulai dengan cara yang sama seperti respirasi aerobik, tetapi mereka berhenti di tengah jalan karena oksigen tidak tersedia untuk menyelesaikan proses respirasi aerobik, atau mereka bergabung dengan molekul lain yang bukan oksigen sebagai elektron terakhir akseptor. Fermentasi membuat ATP lebih sedikit dan juga melepaskan produk sampingan dari asam laktat atau alkohol, dalam banyak kasus. Proses anaerob dapat terjadi di mitokondria atau di sitoplasma sel.

Fermentasi asam laktat adalah jenis proses anaerobik yang dialami manusia jika kekurangan oksigen. Misalnya, pelari jarak jauh mengalami penumpukan asam laktat di otot mereka karena mereka tidak mengambil oksigen yang cukup untuk memenuhi permintaan energi yang dibutuhkan untuk latihan. Asam laktat bahkan dapat menyebabkan kram dan nyeri pada otot seiring berjalannya waktu.

Fermentasi alkohol tidak terjadi pada manusia. Ragi adalah contoh yang baik dari organisme yang mengalami fermentasi alkohol. Proses yang sama yang terjadi di mitokondria selama fermentasi asam laktat juga terjadi pada fermentasi alkohol. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa produk sampingan dari fermentasi alkohol adalah etil alkohol.

Fermentasi alkohol penting untuk industri bir. Pembuat bir menambahkan ragi yang akan menjalani fermentasi alkohol untuk menambahkan alkohol ke dalam minuman. Fermentasi anggur juga serupa dan menyediakan alkohol untuk anggur.

Respirasi aerobik jauh lebih efisien dalam membuat ATP daripada proses anaerob seperti fermentasi. Tanpa oksigen, itu Siklus Krebs dan Rantai Transportasi Elektron dalam pernafasan seluler akan didukung dan tidak akan bekerja lagi. Ini memaksa sel untuk menjalani fermentasi yang jauh lebih efisien. Sementara respirasi aerobik dapat menghasilkan hingga 36 ATP, berbagai jenis fermentasi hanya dapat memiliki keuntungan bersih 2 ATP.

Diperkirakan bahwa jenis pernapasan yang paling kuno adalah anaerob. Karena ada sedikit atau tidak ada oksigen hadir saat pertama sel eukariotik berkembang melalui endosimbiosis, mereka hanya bisa menjalani respirasi anaerob atau sesuatu yang mirip dengan fermentasi. Namun, ini bukan masalah karena sel-sel pertama itu bersel tunggal. Memproduksi hanya 2 ATP pada satu waktu cukup untuk membuat sel tunggal tetap berjalan.

Ketika organisme eukariotik multiseluler mulai muncul di Bumi, organisme yang lebih besar dan lebih kompleks diperlukan untuk menghasilkan lebih banyak energi. Melalui seleksi alam, organisme dengan lebih banyak mitokondria yang dapat menjalani respirasi aerobik selamat dan direproduksi, meneruskan adaptasi yang menguntungkan ini kepada keturunannya. Versi yang lebih kuno tidak bisa lagi mengikuti permintaan ATP dalam organisme yang lebih kompleks dan punah.