Анаэробный и аэробный процесс: Анаэробные и аэробные процессы в природе

Аэробные и анаэробные процессы, проходящие в организме человека

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………3

1. Аэробные и анаэробные процессы, проходящие в организме человека…………5

2. Биохимические изменения в мышцах, органах и крови  при аэробных и анаэробных нагрузках…………………………………………………………………10

Заключение…………………………………………………………………………….12

Список литературы……………………………………………………………………14

Приложение……………………………………………………………………………15

 

 

Введение

Уровень спортивного мастерства определяется целым рядом факторов: техническим и тактическим мастерством, морально-волевыми качествами, целеустремленностью, психической устойчивостью,  уровнем развития специальной выносливости и других физических качеств. Эти факторы проявляют себя в комплексе, что должно учитываться при тренировке. Несмотря на высокую значимость всех факторов, мы выделим один, играющий наиболее важную роль в становлении спортсмена.

Это специальная выносливость. Многочисленные исследования, посвященные изучению развития этого качества (Е. Асмуссен, Н. И. Волков, Р. О. Астранд, Б. А. Стенин, Р. Шмидт и др.), свидетельствуют о том, что выносливость тесно связана с уровнем развития механизмов энергетического обеспечения: алактатным анаэробным, лактатным анаэробным и аэробным [2, c.16]. Первые два могут действовать без участия кислорода, последний при его участии.

Каждый из механизмов энергообеспечения характеризуется подвижностью процесса, мощностью, метаболической емкостью. Подвижность процесса энергообеспечения оценивается временем, которое требуется для его полного развития. Мощность характеризуется максимальным количеством энергии, которое может дать тот или иной процесс в единицу времени. Метаболическая емкость определяется общим количеством энергии, поставляемым процессом энергообеспечения.

Алактатный анаэробный механизм отличается наибольшей подвижностью. Максимальной интенсивности он может достичь уже через 2 сек.

после начала интенсивной мышечной работы. Для алактатного анаэробного механизма характерна и наивысшая мощность, значительно превосходящая мощность других процессов энергообеспечения. Метаболическая емкость этого процесса невысока; ее хватает лишь на выполнение работы с максимальной интенсивностью в течение 6 – 7 сек.[4, c. 38]

Лактатный анаэробный механизм значительно уступает алактатному. Максимальной интенсивности он может достичь через 20 – 30 сек. после начала работы. Его максимальная мощность приблизительно в 2 раза ниже по сравнению с алактатным процессом. Однако лактатный анаэробный механизм значительно превосходит алактатный по своей метаболической емкости – у тренированных спортсменов при напряженной мышечной работе он обеспечивает энергией в течение 40 сек. и более [4,c.29].

Аэробный процесс – это основной механизм энергообеспечения организма. Он функционирует на протяжении всей жизни, не прекращаясь ни на минуту. Если мышцы в определенных условиях (например, при напряженной мышечной работе) могут обеспечивать себя энергией за счет анаэробных процессов, то такие органы, как мозг, сердце и некоторые другие, получают энергию исключительно за счет аэробных процессов. В отличие от анаэробных деятельность аэробного механизма не сопровождается накоплением в организме промежуточных продуктов обмена. Главными недостатками аэробного процесса являются его малая подвижность и сравнительно невысокая мощность. Эти недостатки имеют общую основу: они зависят от возможностей систем, обеспечивающих поступление в организм кислорода и его транспортировку к работающим мышцам. У хорошо тренированного спортсмена, предварительно выполнившего разминку, поступление в организм кислорода и, следовательно, мощность аэробного процесса достигают своего максимума через 40 – 60 сек. работы. По максимальной мощности аэробный процесс значительно уступает анаэробным [4, c.29]. Что же касается его метаболической емкости, то она неизмеримо выше.

Повышение уровня аэробных и анаэробных возможностей организма человека имеет большое прикладное и научное значение, что обуславливает особенную актуальность темы данной работы, сформулированную как «Аэробные и анаэробные процессы, происходящие в организме во время тренировок».

Цель работы – изучить аэробные и анаэробные процессы, происходящие в организме человека во время тренировок.

 

1. Аэробные и анаэробные процессы, проходящие в организме человека

Аэробные процессы в организме происходят в присутствии кислорода, при этом различные вещества (в основном гликоген и жиры) распадаются с выделением энергии. Для этих процессов характерны малая мощность и способность организма длительное время поддерживать данные процессы, вплоть до полного истощения. Аэробные возможности конкретного человеческого организма характеризуются аэробной ёмкостью, т.е. выносливостью и аэробной мощностью, т.е. способностью организма выполнять значительную по амплитуде работу, не выходя за рамки аэробного энергообеспечения [8,c.26].

Анаэробные процессы происходят без присутствия кислорода, при этом при распаде гликогена выделяются продукты (например лактат), требующие в последствии обязательного «дожига» в кислороде. Т.о. в организме накапливается так называемый кислородный долг. При превышении определённого порога кислородного долга происходит отказ от работы, данный порог является индивидуальным показателем и напрямую зависит от тренированности организма человека. Для анаэробных процессов характерна значительная мощность и незначительная продолжительность от десятков секунд до минут.

Существует два типа мышечных волокон белые и красные. Белые волокна — короткие, толстые, быстрые. Но волокна этого типа не могут длительное время поддерживать напряжение или сокращаться. Красные волокна — длинные, тонкие, медленные, но более выносливые, чем белые.

Красные волокна имеют большую способность к энергообразованию аэробным путем, а белые наделены способностью быстро трансформировать энергию. Соотношение быстрых и медленных волокон в мышцах заложено генетически, но это соотношение может изменяться в процессе тренировок. Данный процесс очень медленный и иногда требуются годы упорных тренировок, чтобы изменить данное соотношение [8, c.

28].

Применение упражнений с большой нагрузкой, выполненный с малой и средней скоростью ведет к гипертрофии и увеличению силы красных волокон. Для увеличения выносливости красных волокон необходимо многократное повторение с преодолением сопротивления средней величины. При этом нет роста размера мышечных волокон, а изменяется биохимия этих волокон.

Для увеличения белых мышечных волокон необходимо тренироваться с преодолением больших величин сопротивления с высокой скоростью.

Если нагрузка близка к предельной, то в данный момент времени сокращается каждое мышечное волокно и мышца быстро «устанет». Если сила мышц достаточно высока, то при выполнении необходимых движений сокращается меньшая часть волокон, волокна в процессе сокращений могут чередовать свою деятельность друг с другом, в результате их выносливость увеличивается. Поэтому для увеличения выносливости мышц надо развивать их силу.

В мышцах как в двигателе у машины происходит преобразование химической энергии в механическую. Горючее для мышцы АТФ. Мышца может выполнять работу в аэробном и анаэробном режимах.

АТФ – аденозинтрифосфат. Это вещество, которое является универсальным источником энергии. Во время мышечной деятельности АТФ распадается до аденозинфосфата (АДФ). В ходе этой реакции высвобождается энергия, которая непосредственно используется мышцами для энергии [9, c.10].

АТФ —> АДФ + энергия

Содержание АТФ в мышцах незначительное. При интенсивной мышечной деятельности запасы АТФ расходуются в течение 2 с. Однако внутри мышц существует несколько вспомогательных систем, которые непрерывно восстанавливают АТФ из продукта ее распада АДФ. Благодаря непрерывному восстановлению (ресинтезу) АТФ в организме поддерживается относительное постоянство этого вещества, что позволяет мышцам работать без остановки.

Выделяют три основных системы ресинтеза АТФ: фосфатную, лактатную и кислородную.

1.Фосфатная система. Фосфатный механизм ресинтеза АТФ включает использование имеющихся запасов АТФ в мышцах и быстрый ее ресинтез за счет

высокоэнергетического вещества креатинфосфата (КрФ), запасы которого в мышцах ограничиваются 6-8 с интенсивной работы.

Реакция ресинтеза АТФ с участием КрФ выглядит следующим образом:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин

Фосфатная система отличается очень быстрым ресинтезом АТФ из АДФ, однако она эффективна только в течение очень короткого времени. При максимальной нагрузке фосфатная система истощается в течение 10 с. Вначале в течение 2 с расходуется АТФ, а затем в течение 6-8 с — КрФ. Такая последовательность наблюдается при любой интенсивной физической деятельности. Фосфатная система важна для спринтеров, футболистов, прыгунов в высоту и длину, метателей диска, боксеров и теннисистов, то есть для всех взрывных, кратковременных, стремительных и энергичных видов физической деятельности.

Скорость ресинтеза КрФ после прекращения физической нагрузки также очень высока. Запасы высокоэнергетических фосфатов (АТФ и КрФ), израсходованных во время нагрузки, восполняются в течение нескольких минут после ее завершения. Уже через 30 с запасы АТФ и КрФ восстанавливаются на 70%, а через 3-5 мин восстанавливаются полностью.

Для тренировки фосфатной системы используются резкие, непродолжительные, мощные упражнения, чередующиеся с отрезками отдыха. Отрезки отдыха должны быть достаточно длительными, чтобы успевал происходить ресинтез АТФ и КрФ. Содержание АТФ и КрФ в организме увеличивается на 25-50% после 7 месяцев тренировок на выносливость в виде бега три раза в неделю.

АТФ и КрФ являются самыми быстродоступными источниками энергии. Увеличение запасов АТФ и КрФ повышает способность спортсмена показывать хорошие результаты в видах деятельности, которые длятся не более 10 с.

Уже через 8 недель спринтерских (скоростных) тренировок значительно увеличивается количество ферментов, которые отвечают за распад и ре-синтез АТФ. Если АТФ распадается быстрее, то, следовательно, и высвобождение энергии происходит быстрее. Таким образом, тренировка не только повышает запасы АТФ и КрФ, но и ускоряет процесс распада и восстановления АТФ. Такая адаптация организма (увеличение запасов АТФ/КрФ и повышение ферментативной активности) достигается путем сбалансированной тренировочной программы, включающей как аэробные, так и спринтерские тренировки.

Фосфатная система называется анаэробной, потому что в ресинтезе АТФ не учавствует кислород, и алактатной, поскольку не образуется молочная кислота [9, c.11].

2.Кислородная система. Кислородная, или аэробная, система является наиболее важной для спортсменов на выносливость, поскольку она может поддерживать физическую работу в течение длительного времени.

Кислородная система обеспечивает организм, и в частности мышечную деятельность, энергией посредством химического взаимодействия пищевых веществ (главным образом, углеводов и жиров) с кислородом. Пищевые вещества поступают в организм с пищей и откладываются в его хранилищах для дальнейшего использования по необходимости. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Запасы гликогена могут сильно варьироваться, но в большинстве случаев их хватает как минимум на 60-90 мин работы субмаксимальной интенсивности. В то же время запасы жиров в организме практически неисчерпаемы.

Производительность кислородной системы зависит от количества кислорода, которое способен усвоить организм человека. Чем больше потребление кислорода во время выполнения длительной работы, тем выше аэробные способности. Под воздействием тренировок аэробные способности человека могут вырасти на 50%.

Окисление жиров для энергии происходит по следующему

принципу: Жиры + кислород + АДФ → углекислый газ + АТФ + вода

Полученный в ходе реакции окисления углекислый газ выводится

из организма легкими. Распад углеводов (гликолиз) протекает по более сложной схеме, в которой задействуются две последовательные реакции:

Первая фаза: глюкоза + АДФ → молочная кислота + АТФ.

Вторая фаза: молочная кислота + кислород +АДФ → углекислый газ +АТФ + вода.

Первая фаза протекает без участия кислорода, вторая — с участием кислорода. При легкой физической нагрузке побочный продукт распада углеводов молочная кислота используется непосредственно во второй фазе, поэтому окончательное уравнение выглядит так: Глюкоза + кислород + АДФ → углекислый газ + АТФ + вода.

Пока потребляемого кислорода достаточно для окисления жиров и углеводов, молочная кислота не будет накапливаться в организме [9,c.12].

3. Лактатная система. По мере увеличения интенсивности нагрузки наступает период, когда мышечная работа уже не может поддерживаться за счет одной только аэробной системы из-за нехватки кислорода. С этого момента в

энергообеспечение физической работы вовлекается лактатный механизм ресин-теза АТФ, побочным продуктом которого является молочная кислота. При недостатке кислорода молочная кислота, образовавшаяся в первой фазе аэробной реакции, не нейтрализуется полностью во второй фазе, в результате чего происходит ее накопление в работающих мышцах, что приводит к ацидозу, или

💩 Аэробные и анаэробные процессы

Кислород очень важен для всех живых организмов. Полноценное развитие 🌷 растений, их корней возможно при достаточном количестве воздуха в грунте. При недостаточном его проникновении растения замедляют рост и погибают 🥀. Почвенный воздух необходим и для процесса жизнедеятельности простейших организмов и бактерий, которые разлагаются и превращаются в органические остатки в почве. Благоприятные условия для культурных растений возможны только при одновременном развитии и сочетании аэробного и анаэробного процессов

Содержание

1. 📆 Процессы в почве
2. 🤓 Условия почвообразования
3. Аэробные условия
4. Анаэробные условия
5. Аэробные процессы
6. Анаэробные процессы
7. 🌿 Культивирование аэробных и анаэробных микроорганизмов
8. 🔖Вывод

📆 Процессы в почве

В почве непрерывно совершаются процессы, обусловленные жизнедеятельностью микроорганизмов:

• гниение;
• разложение;
• нитрификация и так далее.

Они имеют большое санитарно-гигиеническое значение.

Добиться плодородности почвы, ее насыщению питательными микроэлементами можно как естественным путем, так и вермикультивированием.

❗ Самоочищение почвы – это

естественный способ избавления верхнего слоя земли от губительных, вредных веществ

👉 В результате самостоятельного очищения все неорганические вещества переходят в органические, которые благоприятны для почвы.

Процесс самоочищения почвы состоит из следующих этапов:

1. Минерализация, разложение органических веществ.
2. Нитрификация. Восстановление почвы проходит только в аэробных условиях.
3. Гумификация. Процесс трансформации вещества в гумус под влиянием почвенных микроорганизмов.

🤓 Условия почвообразования

Аэробные условия

Аэробные условия созданы для ускоренного разрушения органических веществ. А именно благоприятствует этому процессу достаточное количество влаги 💧, умеренный объём кислорода и благоприятная температура 🌡️.

В таких условиях накапливается много элементов зольного и азотного питания растений и интенсивно идет минерализация почвы.

Окислительные процессы происходят с образованием конечных продуктов разложения:

• воды;
• углекислоты;
• солей азотистой, азотной, серной, фосфорной кислот, без выделения в воздух промежуточных зловонных продуктов.

При самостоятельном очищении почвы в аэробных условиях органические вещества распадаются до конечных продуктов.

Анаэробные условия

Анаэробные условия подразумевают постоянный избыток влаги и недостаток кислорода 🥴, а также низкую температуру 🥶, при которых процесс гумусообразования замедляется.

При анаэробных условиях под влиянием гнилостных микробов, микроорганизмов брожения и других организмов, находящихся в почве, происходят восстановительные процессы с образованием не окислённых, зловонных продуктов гниения:

• аммиака;
• сероводорода;
• метана;
• и другие.

Часть же органических веществ превращается в гумус.

Аэробные процессы

Аэробные процессы протекают при наличии кислорода, который растворен в поверхностных слоях почвы.

Аэробный процесс идет по схеме окисления и приводит к полной минерализации белковых соединений с образованием конечных продуктов – СО2, Н2О и так далее.

Если кислорода достаточно в почве, то наблюдается ускоренный рост растительности и нормализуется процесс дыхания корневой системы растений и почвенных 🐛 животных. Содержание кислорода в почве может меняться в зависимости от самой почвы (например, ее рыхлости) и от количества микроорганизмов, использующих кислород для дыхания.

В этом случае хорошо развивается аэробная микрофлора, микробы которой участвуют в процессах почвообразования, развития плодородия и самоочищения почвы.

Анаэробные процессы

Анаэробные процессы протекают без участия воздуха, как правило, в глубоких слоях почвы. В бескислородной среде живут анаэробные 🦠 бактерии. Они получают энергию в результате брожения.

Брожение – процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях. То есть подразумевает процесс разложения органических веществ без использования кислорода. Микроорганизмы используют продукты брожения для биосинтеза.

🌿 Культивирование аэробных и анаэробных микроорганизмов

Одним способом улучшить состояние почвы является – вермикультивирование, промышленное разведение дождевых червей.

Развитие этого направления связано с возможностью решения многих задач:

1. Повышение плодородия почв.
2. Получение высококачественного удобрения.
3. Утилизация органических отходов.
4. Выращивание безопасной сельскохозяйственной продукции.

В качестве источников корма для червей используют различные органические материалы. Подкормка червей осуществляется каждые 10 дней. Необходимость в добавлении свежего корма определяется визуально, земля становится рыхлой и однородной, появляется приятный земельный запах.

Дождевые черви способны к ускоренной и более качественной переработке различных органических отходов 🥦 сельскохозяйственных 🌽 и промышленных 🛢️ в биогумус (отходы животных, птиц, растительных остатков, осадков сточных вод очистительных сооружений и отходов предприятий).

Тесты на червях позволяют точно и оперативно определить, насколько токсины, содержащиеся в почве, угрожают состоянию окружающей среды и человека.

🔖 Вывод

Самостоятельное очищение почвы, также как и вермикультивирование необходимо для того, чтобы почва становилась пористой и увеличивался воздухообмен, а также для избавления от вредных веществ в грунте.

👀 В аэробных условиях разложение органических веществ идет быстро, в анаэробных — медленно.

⭕ Аэробный процесс сопровождается выделением большого количества тепловой энергии.

⭕ Анаэробный протекает без заметного повышения температуры.

При очищении сохраняются свойства грунта и повышается его плодородность.

В почве имеются вода, питательные вещества, воздух, которые обеспечивают ❤️ жизнь растениям.

Загрязнение почвы может не только повлиять на уменьшение урожайности, но и привести к масштабной экологической 🛑 катастрофе.

Аэробные и анаэробные способы очищения почвы могут предотвратить загрязнение окружающей среды.

Нужно понимать, что у природы нет границ и поэтому сохранить ее можно только сообща.

Анаэробные и аэробные системы очистки сточных вод: в чем разница?

Анаэробные и аэробные системы представляют собой два типа биологических сточных вод. лечение. Несмотря на то, что они во многом похожи, они также различаются по существу, вызывая такие вопросы, как «Являются ли как анаэробные, так и аэробные системы, используемые при очистке сточных вод?» и «В чем разница?»

Действительно, анаэробная и аэробная очистка сточных вод технологии могут использоваться независимо друг от друга или в сочетании друг с другом. В В этом посте мы рассмотрим, как анаэробная и аэробная очистка сточных вод технологии отличаются друг от друга, а также их соответствующие преимущества и недостатки, которые придают им способность дополнять друг друга на поезд по очистке сточных вод.

Какая разница?

Анаэробные и аэробные системы являются формами биологических лечение, при котором используются микроорганизмы для разрушения и удаления органических загрязнения из сточных вод. Хотя оба полагаются на процесс микробного разложение для очистки сточных вод, Основное различие между анаэробной и аэробной обработкой заключается в том, что аэробные системы требуют кислорода, а анаэробные системы — нет. Это функция типы микробов, используемых в каждом типе системы.

Хотя эта определяющая характеристика может показаться незначительной, она имеет ряд существенных последствий для того, как каждый тип системы лечения разработаны и используются для различных сценариев лечения. Некоторые из важных способов в которых различаются анаэробные и аэробные системы очистки, включают следующее:

Конструкция системы

Аэробные системы требуют некоторых средств подачи кислорода к биомассе , что может быть достигается прудами для очистки сточных вод (которые работают, создавая большой площадь поверхности для подачи воздуха в сточные воды) и/или путем включения какое-либо механическое устройство аэрации для подачи кислорода в биомассу. В связи к необходимости циркулировать сточные воды или иным образом аэрировать их, аэробные системы имеют тенденцию быть менее энергоэффективными, чем их анаэробные аналоги.

В отличие от анаэробный системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить воздействие на шлам биомассы воздуха . Этого можно добиться с помощью воздухонепроницаемых закрытых варочных котлов, которые в первую очередь используется для периодических циклов обработки или с восходящим анаэробным слоем ила (UASB) системы, которые удерживают слой биомассы погруженным ниже очищенных сточных вод, что, как следует из названия, течет вверх к поверхности резервуара.

В результате различий в конструкции этих систем анаэробные системы, как правило, предлагают несколько преимуществ по сравнению с аэробными системами, в том числе более низкие эксплуатационные расходы и потребности в энергии, хотя они также имеют тенденцию быть медленнее, и обычно требуют большего начального капитала.

Пригодность для характеристик потока отходов

В то время как анаэробные и аэробные системы способны очищать многие из одних и тех же биологических компонентов, есть некоторые различия, которые делают каждая технология лучше подходит для конкретных загрязняющих веществ, уровней концентрации, температуры или других характеристик потока сточных вод. В целом лучше всего подходят системы аэробной очистки . для потоков с относительно низким БПК/ХПК , а также используются для удаления азот и фосфор. С другой стороны, анаэробные системы обычно используются для обработки потоков отходов с высокие концентрации органических загрязнений , а для теплых сточных вод потоки.

Отходы и побочные продукты

Анаэробные и аэробные технологии различаются по типам отходов, образующихся в результате обработки, что может сделать их более или менее подходящими для конкретного приложения. В этой области анаэробная очистка предлагает некоторые преимущества по сравнению с системами аэробной очистки. поскольку они приводят к меньшему общему образованию шлама, а также к образованию ценных побочные продукты. Во многих случаях объекты могут обрабатывать, затем повторно использовать и продавать анаэробные побочные продукты, в том числе богатый метаном биогаз, который можно использовать в качестве источника энергии, а также устойчивый и безопасный для использования в качестве шлама сельскохозяйственное удобрение. Несмотря на эти преимущества, системы анаэробной очистки часто издают неприятные запахи, с которыми необходимо каким-то образом бороться.

Совместное использование анаэробной и аэробной обработки

Анаэробная и аэробная обработка системы чаще всего спариваются для очистки водотоков с высоким концентрации органических загрязнений. Для этих установок анаэробный обработка используется для начального снижения уровней органических загрязнителей, в то время как аэробная обработка используется в качестве вторичной стадии полировки для дальнейшего снижения БПК. и ТСС. В некоторых случаях для окисления используют вторичную аэробную стадию обработки. аммиак с образованием нитратов. В целом, совместное использование обеих технологий приводит к в более эффективном лечении, чем если бы использовалась только аэробная система, а также как более полное удаление загрязняющих веществ, чем если бы использовалась только анаэробная очистка.

решение использовать обе технологии обычно приводит к увеличению капитала затраты, но снижают эксплуатационные расходы и затраты на удаление отходов. уместность использования одного или обоих видов биологической очистки в конечном счете зависит от уникальные условия применения и процесса на данном объекте.

Чем может помочь SAMCO?

SAMCO имеет более чем 40-летний опыт работы индивидуальное проектирование и изготовление систем биологической очистки сточных вод для широкий спектр отраслей и приложений, поэтому, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам с вашими вопросами. Контакт нас здесь, чтобы назначить консультацию с инженером или запросить расценки. Мы можем проведет вас через шаги для разработки правильного решения и реалистичного Стоимость для вашей конкретной системы очистки воды.

Чтобы узнать больше об услугах и технологиях, которые предлагает SAMCO, посетите нашу страницу о решениях для очистки сточных вод  здесь.

Если вы хотите узнать больше об анаэробных системах биологической очистки сточных вод, вам могут быть интересны следующие статьи:

• Что такое системы аэробной очистки сточных вод и как они работают?
• Что такое анаэробная очистка сточных вод и как она работает?
• Общие проблемы с системами аэробной очистки сточных вод и как их избежать
• Сколько стоят системы аэробной очистки сточных вод?
• Какие компании по поставкам и технологиям оборудования для биологической очистки сточных вод являются лучшими?
• Биологическая или химическая очистка сточных вод Что лучше для вашего промышленного предприятия?

Аэробное и анаэробное дыхание – разница и сравнение

Аэробные и анаэробные процессы

Аэробные процессы в клеточном дыхании могут происходить только при наличии кислорода. Когда клетке необходимо высвободить энергию, цитоплазма (вещество между ядром клетки и ее мембраной) и митохондрии (органеллы в цитоплазме, помогающие в метаболических процессах) инициируют химический обмен, запускающий расщепление глюкозы. Этот сахар переносится кровью и хранится в организме в качестве быстрого источника энергии. При расщеплении глюкозы до аденозинтрифосфата (АТФ) выделяется углекислый газ (CO2), побочный продукт, который необходимо удалить из организма. В растениях процесс фотосинтеза с выделением энергии использует CO2 и выделяет кислород в качестве побочного продукта.

В анаэробных процессах кислород не используется, поэтому продукт пирувата — АТФ является одним из видов пирувата — остается на месте для расщепления или катализа другими реакциями, например, происходящими в мышечной ткани или при брожении. Молочная кислота, которая накапливается в мышечных клетках, поскольку аэробные процессы не в состоянии удовлетворить потребности в энергии, является побочным продуктом анаэробного процесса. Такие анаэробные расщепления обеспечивают дополнительную энергию, но накопление молочной кислоты снижает способность клетки к дальнейшей переработке отходов; в больших масштабах, скажем, в человеческом теле, это приводит к усталости и болезненности мышц. Клетки восстанавливаются за счет вдыхания большего количества кислорода и за счет циркуляции крови, процессов, которые помогают уносить молочную кислоту.

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

Ферментация

Когда молекулы сахара (главным образом глюкоза, фруктоза и сахароза) расщепляются при анаэробном дыхании, пируват, который они производят, остается в клетке. Без кислорода пируват не полностью катализирует выделение энергии. Вместо этого клетка использует более медленный процесс для удаления переносчиков водорода, создавая различные отходы. Этот более медленный процесс называется ферментацией. Когда дрожжи используются для анаэробного расщепления сахаров, побочными продуктами являются спирт и CO2. Удаление CO2 оставляет этанол, основу для алкогольных напитков и топлива. Фрукты, сахаристые растения (например, сахарный тростник) и злаки используются для ферментации, а дрожжи или бактерии используются в качестве анаэробных процессоров. При выпечке выделение CO2 в результате брожения является причиной подъема хлеба и других хлебобулочных изделий.

Цикл Кребса

Цикл Кребса также известен как цикл лимонной кислоты и цикл трикарбоновых кислот (TCA). Цикл Кребса является ключевым процессом 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, 6-углеродную молекулу, в две 3-углеродные молекулы, называемые пируватами. Эти два пирувата высвобождают электроны, которые затем объединяются с молекулой, называемой НАД+, с образованием НАДН и двух молекул аденозинтрифосфата (АТФ).

Эти молекулы АТФ являются истинным «топливом» для организма и преобразуются в энергию, когда молекулы пирувата и НАДН поступают в митохондрии. Именно здесь 3-углеродные молекулы расщепляются на 2-углеродные молекулы, называемые ацетил-КоА и СО2. В каждом цикле ацетил-КоА расщепляется и используется для восстановления углеродных цепей, высвобождения электронов и, таким образом, для производства большего количества АТФ. Этот цикл более сложен, чем гликолиз, и он также может расщеплять жиры и белки для получения энергии.

Как только доступные молекулы свободного сахара истощаются, цикл Кребса в мышечной ткани может начать расщеплять молекулы жира и белковые цепи для обеспечения организма энергией. В то время как расщепление молекул жира может быть положительным преимуществом (более низкий вес, более низкий уровень холестерина), чрезмерное употребление может нанести вред организму (телу нужно некоторое количество жира для защиты и химических процессов). Напротив, расщепление белков организма часто является признаком голодания.

Аэробные и анаэробные упражнения

Аэробное дыхание в 19 раз эффективнее высвобождает энергию, чем анаэробное дыхание, потому что аэробные процессы извлекают большую часть энергии молекул глюкозы в виде АТФ, в то время как анаэробные процессы оставляют большую часть источников, генерирующих АТФ, в продуктах жизнедеятельности. У людей аэробные процессы активизируют действие, в то время как анаэробные процессы используются для экстремальных и продолжительных усилий.

Аэробные упражнения, такие как бег, езда на велосипеде и прыжки со скакалкой, прекрасно сжигают избыток сахара в организме, но для сжигания жира аэробные упражнения необходимо выполнять в течение 20 минут или более, заставляя организм использовать анаэробное дыхание. Тем не менее, короткие серии упражнений, таких как бег на короткие дистанции, зависят от анаэробных процессов для получения энергии, потому что аэробные пути медленнее. Другие анаэробные упражнения, такие как тренировки с отягощениями или поднятие тяжестей, отлично подходят для наращивания мышечной массы, процесса, который требует расщепления молекул жира для накопления энергии в более крупных и многочисленных клетках мышечной ткани.

Эволюция

Эволюция анаэробного дыхания намного предшествовала эволюции аэробного дыхания. Два фактора делают эту прогрессию неизбежной. Во-первых, когда появились первые одноклеточные организмы, на Земле был гораздо более низкий уровень кислорода, и в большинстве экологических ниш почти полностью отсутствовал кислород. Во-вторых, анаэробное дыхание производит только 2 молекулы АТФ за цикл, что достаточно для нужд одноклеточных, но недостаточно для многоклеточных организмов.

Аэробное дыхание возникло только тогда, когда уровень кислорода в воздухе, воде и поверхности земли сделал его достаточным для использования в окислительно-восстановительных процессах. Окисление не только обеспечивает больший выход АТФ, до 36 молекул АТФ за цикл, но также может происходить с более широким спектром восстановителей.