Aeroobsed ja anaeroobsed protsessid

11. klass > Bioloogia > 2. Metabolism ja teised eluavaldused

Glükoosi täielik lagundamine vajab hapnikku. Ilma hapnikuta annab glükolüüs rakule oluliselt vähem energiat. Ilma hapnikuta saab toota vaid 2 ATP molekuli (hapniku olemasolul kuni 38 ATP-d), sest rakuhingamisest toimub ainult glükolüüsi protsess.

Anaeroobsetes tingimustes muudetakse püruvaat etanooliks, piimhappeks vm vähem levinud aineks. Kui tulemuseks on etanool, on tegemist etanoolkäärimisega (näiteks seentel), kui piimhape, siis piimhapekäärimisega (näiteks lihasrakkudes).

Anaeroobse glükolüüsi teel saavad energiat paljud bakterid.

Vasakulpool on kujutatud etanooli molekuli (C2H6O) ja paremalpool piimhappe molekuli (C3H6O3). Hapnik on märgitud punasega, süsinik tumehalliga ja vesinik helehalliga:

Aeroobsed ja Anaeroobsed

Päristuumsed rakud võivad hapniku puuduse korral aeroobse glükolüüsi asemel lülituda ümber anaeroobsele glükolüüsile. Näiteks suure füüsilise koormuse puhul ei suuda organism lihasrakkudesse piisavalt hapnikku transportida ning rakud peavad äkilise energiavajaduse rahuldamiseks kasutama anaeroobset glükolüüsi.

ATP tootmise kiirus on anaeroobsel glükolüüsil suurem kui aeroobsel. Samas muutub keskkond vesinikioonide kuhjumise tõttu happeliseks ja see hakkab glükolüüsi takistama. Nii saadakse energiat toota maksimaalselt paar minutit.

Kui hapnikku on jälle piisavalt, siis taastub aeroobne glükolüüs ja esialgu raisku läinud energiat saab jälle tootma hakata.

Aeroobsed ja Anaeroobsed1

Aeroobse ja anaeroobse glükolüüsi võrdlus

Mõlemas protsessis toimub glükolüüs samamoodi. Glükoos lagundatakse kaheks püruvaadimolekuliks ja selle käigus sünteesitakse 2 ATP-d energiat. Edasi toimub protsess anaeroobse ja aeroobse glükolüüsi puhul erinevalt. Aeroobsel toimuvad tsitraaditsükkel ja hingamisahela reaktsioonid ning tulemuseks moodustub süsihappegaas, vesi ja 36 ATP molekuli. Anaeroobse puhul toimub käärimine, mille tulemuseks on etanool või piimhape ning ATP-d juurde ei toodeta.

Siin võiks välja tuua aeroobse ja anaeroobse glükolüüsi erinevusi.

Erinevused on näiteks järgmised.

Anaeroobsel toimub vaid glükolüüsi protsess, aeroobsel glükolüüs, tsitraaditsükkel ja hingamisahela reaktsioonid.

Anaeroobsel toodetakse 2 ATP-d energiat, aeroobsel maksimaalselt 38 ATP-d.

Anaeroobne glükolüüs toimub, kui hapnikku ei ole piisavalt; aeroobne vajab hapnikku.

Inimesel toimub anaeroobne glükolüüs lühikest aega (maksimaalselt paar minutit), aeroobsel glükolüüsil ajalist piirangut ei ole.

Anaeroobne võimaldab kiiremini energiat toota, aeroobsel võtab energia tootmine kauem aega.

Võib ka välja tuua sarnasusi, mis on näiteks järgmised.

Mõlemal juhul toimub glükolüüsi protsess sarnaselt.

Glükoos lagundatakse püruvaadiks.

Glükolüüsil sünteesitakse 2 ATP molekuli.

Mõlema protsessi eesmärgiks on energia saamine.

Aeroobsed ja Anaeroobsed2

Levinud on müüt, et lihaste valulikkust pärast pingutust (järgnevatel päevadel) põhjustab lihastesse kogunenud piimhape. Piimhape tekib hapnikupuudusel lühiajalistel intensiivsetel pingutustel (näiteks sprint), aga ka maratonijooksja lihased võivad jääda valusaks. Piimhape eemaldatakse lihastest enamasti tunni aja jooksul ning transporditakse maksa, kus see restruktureeritakse esmalt tagasi püruvaadiks ja seejärel glükoosiks. Sellist protsessi nimetatakse Cori tsükliks. Piisava hapniku korral jätkuvad lihastes aeroobsed protsessid.

Seega ei saa pärast füüsilist pingutust tekkiv lihasvalu (mis võib kesta kuni kolm päeva) olla põhjustatud piimhappe kuhjumisest, mis oli pikka aega teadlaste levinud seisukoht. Uuemad uuringud on näidanud, et valulikkust põhjustavad pingutusel tekkivad lihasrebendid. Seda nimetatakse ka „hilinenud lihasvaluks“ (DOMS – Delayed Onset Muscle Soreness). Enamasti on selline lihasvalu omane vähetreenitud lihastele.

Aeroobsed ja Anaeroobsed3

Hapnikuta ehk anaeroobne hingamine ei ole sama, mis anaeroobne glükolüüs. Anaeroobne hingamine esineb teatud bakteritel hapnikuvaeses keskkonnas (pildil on piimhappebakterid perekonnast Lactobacillus ). Need on kaks erinevat võimalust energia tootmiseks ilma hapnikuta.

Anaeroobsel glükolüüsil toimub vaid glükolüüsi osa rakuhingamisest, kuid anaeroobsel hingamisel toimub kogu rakuhingamise protsess. Hapniku asemel kasutatakse hingamisahela reaktsioonides mõnda muud ühendit, näiteks väävlit, nitraate või rauda. Need ühendid ei ole nii tõhusad kui hapnik, mistõttu toodetakse vähem ATP-d.

Aeroobsed ja Anaeroobsed4

Käärimine

Käärimise tagajärjel läheb toit halvaks. Inimesed aga avastasid, et ka halvaks läinud (käärinud) toit võib olla hea.

Etanoolkäärimist kasutatakse veinide ja õlle valmistamisel.

Pärmseente etanoolkäärimist kasutatakse taina kergitamiseks. Taina pinnal lõhustavad pärmirakud suhkruid aeroobsel glükolüüsil, kuid taina sees anaeroobsetes tingimustes toimub etanoolkäärimine. Etanoolkäärimisel tekkinud süsihappegaas panebki taina kerkima.

See võib panna õpilasi küsima, et kas sai sisaldab siis alkoholi (etanooli). Tegelikult see nii ei ole: tekkinud etanool eraldub saia küpsetamisel. Kuid liiga kauaks käärima jäänud tainas tekib palju alkoholi ja muid orgaanilisi happeid, mille tulemusena omandab sai hapu maitse.

Piimhappekäärimist kasutatakse ka jogurti valmistamisel.

Kääritavaid baktereid kasutatakse hapendamisel, näiteks hapukurkide ja hapukapsa valmistamisel.

Kääritamise abil toodetakse ka mõningaid ravimeid.

Samuti kasutatakse kääritavaid baktereid reovee puhastamisel.

Etanoolkäärimise teel on ka võimalik valmistada põllumajandusjäätmetest biokütust, mida lisatakse bensiinile, vähendades nii fossiilsete kütuste kasutamist.

Siin võib meelde tuletada, mille poolest on biokütus parem kui fossiilne kütus.

Biokütus on taastuv loodusvara, fossiilsed kütused aga taastumatud (taastumine võtab väga kaua aega). Fossiilsete kütuste põletamine lisab biosfääri aineringesse süsinikku, biokütuste põletamine aga seda ei tee, sest biokütused on ise biosfääri aineringe osad – biokütuste põletamisel vabaneb süsihappegaas, mis äsja oli näiteks taime kasvamisel atmosfäärist võetud; seetõttu ei suurenda biokütuste tarvitamine süsihappegaasi kogust atmosfääris.

Aeroobsed ja Anaeroobsed5

Kuula:

Anaeroobne glükolüüs – kõne kuulajaga

Käärimise kasutamine – kõne kuulajaga

Aeroobsed ja Anaeroobsed6

Koostajad: Külli Kori, Leo Siiman, Meelis Brikker, Mario Mäeots