Der Abbau von Kohlenhydraten in Energie kann auf verschiedenen chemischen Wegen erfolgen. Einige dieser Wege sind aerob und andere nicht. Während sauerstoffbasierte Wege aufgrund ihrer größeren Effizienz gibt es viele Fälle, in denen die anaerobe Atmung eine nützliche Funktion oder sogar eine Vorteil.
Atmung
Atmung, nicht zu verwechseln mit Atmung, ist jeder Vorgang, bei dem eine Zelle Energie aus den chemischen Bindungen komplexer Moleküle wie Glukose freisetzt. Es gibt viele chemische Wege, über die die Atmung erfolgt. Einige dieser Wege benötigen Sauerstoff und werden als aerobe Atmung bezeichnet. Wege, die keinen Sauerstoff benötigen, werden als anaerobe Atmung bezeichnet.
Glykolyse
Sowohl die aerobe als auch die anaerobe Atmung beginnen mit der Glykolyse, der ersten Stufe des Glukoseabbaus. Dieser Prozess erzeugt zwei Moleküle ATP, ein Hauptenergieträgermolekül. Die Glykolyse ist ein anaerober Prozess und kann dann von einem aeroben oder anaeroben Prozess gefolgt werden.
Aerobe Atmung
Die aerobe Atmung ist wegen ihrer höheren Effizienz der Atmungsweg der Wahl für sauerstoffabhängige Organismen. Ein Molekül Glukose kann bei der aeroben Atmung in bis zu 32 Moleküle ATP umgewandelt werden, aber bei der anaeroben Atmung werden nur zwei Moleküle ATP pro Glukosemolekül gewonnen.
Anaerobe Atmung
Anaerobe Atmung kann auch der Glykolyse folgen und erzeugt zwei Moleküle ATP und produziert Milchsäure als Nebenprodukt. Wenn sich Milchsäure im Muskelgewebe ansammelt, kann dies Schmerzen und Krämpfe verursachen.
Unterstützung der aeroben Atmung
Brenztraubensäure ist ein Nebenprodukt der Glykolyse. Anaerobe Atmung kann Brenztraubensäure metabolisieren und dabei Enzyme regenerieren, die für die Glykolyse notwendig sind, was die weitere aerobe Atmung erleichtert.
Anaerobe Ursprünge des Lebens
Die anaerobe Atmung ist der erste aller Atmungsprozesse; Vor 3,5 Milliarden Jahren fehlte atmosphärischer Sauerstoff und die ersten chemischen Atmungswege waren anaerob. Dies ist zwar nicht gerade ein Vorteil, aber eine Bedeutung der anaeroben Atmung.
Anaerobe Atmung als ausfallsicherer Mechanismus
Bei mehrzelligen Organismen, die Sauerstoff benötigen, wie dem Menschen, kann die anaerobe Atmung als Backup dienen, wenn der Zellsauerstoff erschöpft ist. Wenn Muskelzellen Sauerstoff schneller verbrauchen, als er wieder aufgefüllt werden kann, beginnen die Zellen mit der anaeroben Atmung, um die Muskeln in Bewegung zu halten, was in einer Notfallsituation wichtig sein kann.
Geschwindigkeit
Die anaerobe Atmung ist schneller als die aerobe Atmung.
Lebensraum
Der anaerobe Stoffwechsel ermöglicht es Mikroben, sauerstoffarme oder sauerstofffreie Umgebungen zu bewohnen, wodurch sie einen ansonsten leeren Lebensraum nutzen können. Die Fermentation ist ein sauerstofffreier Prozess und viele nützliche Mikroben wie Hefe sind anaerob. Anaerobier sind auch wichtige Zersetzer. Ihre Fähigkeit, Abfälle zu zersetzen und als Nebenprodukt brennbares Gas zu erzeugen, kann für eine erneuerbare Energiequelle genutzt werden.