Tabla de Contenidos
Az élőlények, a legegyszerűbbektől, mint a baktériumok, a legbonyolultabbakig, mint a gerincesek, végtelen kémiai reakcióktól függenek, amelyek energiát igényelnek. Ezt az energiát a környezetből nyerik. Ez az energia szinte mindig az adenozin-trifoszfátnak vagy ATP-nek nevezett molekulából származik. Az ATP azonban nem található meg a környezetben, így az élőlények úgy fejlődtek ki, hogy más energiaforrásokat (például napfényt, hőt és tápanyagokat) ATP-vé alakítsanak. Az ilyen átalakulás két leggyakoribb módja a sejtlégzés és az erjesztés.
Az első élőlények különböző típusú szénhidrátok fermentálásával ATP-t termeltek. Később az eukarióták azt a képességet fejlesztették ki, hogy anaerob légzéssel több szénhidrátban tárolt energiát hasznosítsanak. Végül más fejlettebb szervezetek kezdték kihasználni a fotoszintézis egyik salakanyagát, az oxigént, ami aerob sejtlégzést eredményezett.
Mivel két anaerob folyamatról van szó, sokan összekeverik az anaerob légzést az erjesztéssel. Ez azonban két nagyon különböző folyamat a mechanizmusukat, a végtermékeiket és az energiatermelésüket tekintve.
A következő részekben bemutatjuk, mi az anaerob légzés és fermentáció, majd összehasonlítjuk őket, hogy kiemeljük az egyik és a másik közötti legfontosabb különbségeket.
anaerob légzés
Az anaerob légzés a celluláris légzés egyik fajtája, amely oxigén hiányában, vagy nagyon alacsony oxigénkoncentráció esetén következik be (innen ered az anaerob kifejezés, ami szó szerint levegő hiányát jelenti). Az ilyen típusú sejtlégzést csak egyes baktériumfajok és más prokarióták végzik.
A sejtlégzés egy fajtájaként a folyamat glikolízissel kezdődik, melynek során egy glükózmolekula két piroszőlősav molekulává alakul, két nettó ATP molekulát hozva létre. A piroszőlősav ezután belép a Krebs-ciklusba, amelyet citromsav-ciklusnak vagy trikarbonsavciklusnak is neveznek, amelyben kémiai reakciók sorozata oxidálja a piroszőlősavat szén-dioxiddá.
A folyamat következő szakaszában az elektronhordozóknak nevezett molekulák az elektronszállító láncba viszik őket, ahol az ezekben a hordozókban tárolt potenciális energia protonkoncentráció gradienssé alakul, amely az ATP-t termelő enzimet, az ATP-szintet mozgatja.
A folyamat ezen szakaszában a kémiai energia nagy része ATP-molekulák formájában keletkezik; Minden légzési folyamatra jellemző, legyen az aerob vagy anaerob. Az különbözteti meg az egyiket a másiktól, hogy melyik molekula felelős az elektronok befogadásáért és szállításáért, hogy azok ne halmozódjanak fel az elektronszállítási lánc végén.
Oxigén jelenlétében ez a molekula az elektronok végső akceptorja, redukciója vízmolekulákat hoz létre. Ezzel szemben az anaerob légzésben a végső elektronakceptor az oxigéntől eltérő molekula, és az adott mikroorganizmustól függ.
Végső elektronakceptorok anaerob légzésben
Az alábbi táblázat három példát mutat be az anaerob légzés különböző végső elektronakceptoraira, valamint redukciójuk termékére és néhány mikroorganizmusra, amelyek energiaforrásként használják fel:
| elfogadó | Végtermék | Mikroorganizmus |
| Kén | szulfidok | termoplazma |
| Nitrát | Nitritek, nitrogén-oxidok és N2 | Pseudomonas , Bacillus |
| Szulfát | szulfidok | Desulfovibrio, Clostridium |
Energiatermelés anaerob légzésben
Az anaerob légzés ugyanazokat az ATP-termelési mechanizmusokat használja, mint az aerob légzés, azaz a glikolízis, a Krebs-ciklus és az elektrontranszport lánc. Emiatt az energiatermelés mindkét típusú légzésben azonos, vagyis összesen 36-38 ATP molekula termelődik. Az elfogyasztott mennyiségek leszámítása után a nettó termelés 30 és 32 ATP molekula között van minden oxidált glükózmolekulánál.
Erjesztés
A sejtlégzéshez hasonlóan a fermentáció is egy olyan folyamat, amely a tápanyagokban, például szénhidrátokban található energiát felhasználja, és ATP-molekulák formájában a sejt által felhasználható kémiai energiává alakítja. Ez egy tisztán anaerob folyamat, vagyis nem igényel oxigént, és levegő hiányában is előfordulhat. Valójában a legtöbb alapvető biológia kurzusban a fermentációt a sejtlégzés anaerob alternatívájaként említik, így elkerülhető az anaerob légzés.
Az erjedés és az anaerob légzés között azonban van egy alapvető különbség, mégpedig az, hogy az előbbi nem használja a citromsav ciklust, még kevésbé az elektrontranszport láncot, így nem tekinthető a légzés egyik fajtájának.
Az erjedés ugyanúgy kezdődik, mint a légzés, vagyis a különböző típusú hat szénatomos cukrok, az úgynevezett hexózok glikolízisével, amelyek között a glükóz a leggyakoribb. A glikolízis után azonban a piruvát más végtermékekké alakul, attól függően, hogy a fermentációt melyik szervezet végzi.
fermentáció típusai
A fermentációs végterméktől függően ez különböző típusú lehet:
Alkoholos erjesztés: Bizonyos esetekben, például élesztőnél, a glikolízist követő fermentáció etil-alkoholt vagy etanolt termel. Az ilyen típusú erjesztést alkoholos erjesztésnek nevezik. Ezt az erjesztési módot használják az alkoholtartalmú italok gyártásánál.
Ecetes fermentáció: Más sejtek tovább oxidálják az etanolt ecetsavvá, amint az ecet gyártása során történik.
Tejsav erjesztés: olyan, amely végtermékként tejsavat ad. A tejet joghurt előállítására fermentáló baktériumok tejsavvá fermentálják a laktózt (a tejben lévő cukrot), ami a tejfehérjék alvadását okozza. A gerincesek izomszövetei alacsony oxigénkoncentráció esetén képesek a glükózt tejsavvá fermentálni.
Energiatermelés
Az erjesztés energiatermelés szempontjából nem hatékony folyamat. Az első szakasz, a glikolízis, mindössze 2 nettó ATP-molekulát termel (összesen 4-et termel, de 2-t el is fogyaszt). Az ezt követő fermentáció megfelelően két nettó NADH-molekulát termel, amely szintén nagy energiájú molekula, bár nem olyan nagy energiájú, mint az ATP.
A fermentáció és az anaerob légzés közötti különbségek
Amint látható, vannak különbségek és hasonlóságok az erjesztés és az anaerob légzés között. A fő hasonlóságok az, hogy mindkettő glikolízissel kezdődik, mindkettő oxigén hiányában fordul elő, és egyes prokarióta fajok mindkettőt végrehajthatják. A hasonlóságok azonban ezzel véget is érnek. Az alábbi táblázat összefoglalja az ATP megszerzésének e két módja közötti főbb különbségeket:
| Erjesztés | anaerob légzés |
| Ezt mind prokarióta, mind eukarióta szervezetek végezhetik, beleértve a többsejtű szervezeteket, például a gerinceseket. | Csak néhány prokarióta faj képes végrehajtani. |
| A fermentáció különböző típusai a glükóz oxidációjának különböző végtermékeit adják, többek között tejsavat, ecetsavat és etánt. | A glükózt teljesen szén-dioxiddá oxidálja, és az elektronokat különböző típusú végső elektronakceptorokhoz, például elemi kénhez, szulfátokhoz vagy nitrátokhoz továbbítja. |
| Viszonylag kevés felhasználható energiát termel a sejt számára. Csak két nettó ATP-molekula és két NADH-molekula. | Nagy mennyiségű ATP-t termel, így a legtöbbet hozza ki a glükózban lévő energiából. Minden glükózmolekulához több mint 30 ATP molekula termelődik. |
| Kizárólag a citoplazmában fordul elő. | A citoplazmában kezdődik és a mitokondriumokban ér véget. |
| Ez egy viszonylag egyszerű folyamat, amely kevés enzimatikus reakcióból áll. | Ez egy nagyon összetett folyamat, amely számos különböző enzim beavatkozását igényli mind a citoszolban, mind a mátrixban, a membránok közötti térben és a mitokondriumok belső membránjában. |
| In vitro végrehajtható . Csak a fermentációért felelős enzimekre van szükség, amelyek megfelelő extracelluláris környezetben működhetnek. | Ez a mitokondriumok jelenlététől függ, ezért in vitro nem hajtható végre . |
Hivatkozások
- környezet. (2018, április 11.). Fermentációs típusok . Letöltve: https://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/suelos/tipos_de_fermentacion.asp
- Clark, MA (2018, március 5.). Anyagcsere oxigén nélkül – Biológia 2e . Letöltve: https://opentextbc.ca/biology2eopenstax/chapter/metabolism-without-oxygen/
- Lakna, B. (2017, december 26.). Különbség a fermentáció és az anaerob légzés között | Meghatározás, folyamat, alkalmazás . Letöltve: https://pediaa.com/difference-between-fermentation-and-anaerobic-respiration/
- Kaur, J. (nd). Miben különbözik az erjedés és az anaerob légzés? | Szókratikus . Letöltve: https://socratic.org/questions/how-do-fermentation-and-anaerobic-respiration-differ
