好気性プロセスと嫌気性プロセスの違いは何ですか?

好気性プロセスと嫌気性プロセスは、周囲の条件に応じて、細胞が食べる食物からエネルギーを得るために使用する 2 つの異なるタイプのプロセスです。2つの主な違いは、最初の細胞は酸素が豊富な培地にあるときに細胞によって実行されるのに対し、2番目の細胞は酸素が存在しないとき、またはこのガスの濃度が十分に高くないときに実行される.

この基本的な違いに加えて、酸素の存在下または非存在下で発生する生化学反応も異なるため、一般に、好気性プロセスと嫌気性プロセスでは、中間生成物と最終生成物が異なり、エネルギー利用のレベルも異なります。栄養素。一方、各プロセスを使用できる生物の種類と、それらが発生する細胞の部分に関しても違いがあります。

好気性細胞プロセスと嫌気性細胞プロセスの違い

次の表は、これら 2 つの代謝プロセスの最も重要な違いをまとめたものです。これらについては、後で詳しく説明します。

ATP: 細胞燃料

消化された後でも、細胞は私たちが食べる食物がエネルギー源として直接変換される物質を使用することができません. これはそれらを処理し、アデノシン三リン酸、アデノシン三リン酸、または英語の頭字語のATPと呼ばれる特別な分子に変換する必要があります.

これは、好気性および嫌気性代謝プロセスが作用する場所であり、どちらもグルコースやその他の栄養素を ATP に変換するさまざまな方法を表しています. 別の言い方をすれば、好気性プロセスと嫌気性プロセスは、燃料電池が実際に必要とする食品を精製するさまざまな方法と見なすことができます。

有酸素プロセス

好気性プロセスは、酸素の存在下での細胞呼吸を指します。それらは、グルコースの酸化によって生成された電子の最終受容体として酸素を持つ一連の生化学反応です。好気呼吸の正味の反応は次のとおりです。

C ₆ H ₁₂ O ₆ (グルコース) + 6O ₂ + 32ADP + 32Pi → 6CO ₂ + 6H ₂ O + 32ATP

この化学式では、ADP はアデノシン一リン酸、Pi は無機リン酸、ATP はアデノシン三リン酸を表します。

グルコースの酸化による電子は、総称して酸化的リン酸化として知られる一連の酸化還元反応を通じて、電子伝達系を上って運ばれます。このプロセスはミトコンドリアで発生し、ATP の形で大量のエネルギーを生成します。

好気呼吸は、解糖と呼ばれる酸素を必要としない段階から始まります。細胞の細胞質で起こるこの最初の段階で、グルコース分子はさまざまな反応によって 2 つに分割され、ピルビン酸と呼ばれる化合物の 2 つの分子が生成され、2 つの正味の ATP 分子が生成されます。

解糖中に形成されたピルビン酸は酸化され、ミトコンドリアに入り、トリカルボン酸回路またはクエン酸回路としても知られるクレブス回路に入ります。このサイクルは酸化的リン酸化と結びついており、これらの 2 つのプロセスが解糖とともに、代謝されるすべてのグルコース分子に対して合計 32 個の正味の ATP 分子を生成します。

嫌気性プロセス

好気性プロセスとは異なり、嫌気性プロセスはどの段階でも酸素を使用しません。実際、この用語は、酸素がない状態でのグルコースおよびその他の栄養素の代謝のプロセスを含みます。

最も一般的な嫌気性プロセスは、嫌気性呼吸とさまざまな種類の発酵です。

嫌気呼吸

これは、一部の嫌気性微生物がグルコースの酸化を行う方法を指します。これらの場合、グルコースからの電子の最終受容体である酸素の代わりに、硝酸イオン、硫酸塩、二酸化炭素などの他の無機化合物、場合によっては、鉄 (III)、マンガン (IV) などの金属カチオンさえもまたはウラン (VI)。

嫌気性呼吸は、解糖の初期段階と電子伝達鎖に結合した一連の酸化反応も含むという点で好気性呼吸と非常に似ていますが、好気性呼吸よりも少ないエネルギーしか生成しません。

発酵

発酵は別のタイプの嫌気性プロセスです。それはまた、解糖によるピルビン酸の形成から始まりますが、呼吸中に発生するように（嫌気的であるかどうかにかかわらず）、その完全な酸化につながる一連の反応をたどりません.

ピルビン酸が変換される最終製品の種類に応じて、さまざまな種類の発酵を行うことができます。例えば、筋肉細胞は、十分な酸素がない場合、またはミトコンドリアが好気呼吸によって処理できるよりも多くのピルビン酸がある場合、ピルビン酸を乳酸に発酵させることができます. これは、持続的で高強度の運動を行うときに発生する可能性があります。

多くの微生物は、他の種類の発酵も行うことができます。たとえば酵母のように、炭水化物を発酵させてエチルアルコールにするものもあります。このプロセスは、アルコール飲料の製造に使用されます。さらに他のバクテリアは、発酵によってメタンを生成することができます.

発酵はピルビン酸が電子伝達系に到達する前に吸い上げられるため、呼吸の一種とは見なされませんが、嫌気性プロセスの一種です。

好気性プロセスと嫌気性プロセスにおけるエネルギー生産の違い

好気性プロセスと嫌気性プロセスの最も重要な違いの 1 つは、グルコースやその他の細胞食品に含まれる化学エネルギーを利用する能力です。好気呼吸は、無酸素プロセスよりもはるかに効率的にエネルギーを生成します。

好気性プロセスと嫌気性プロセスはどちらも、同じ初期段階である解糖から始まります。このプロセスでは、2 つの ATP 分子のみが正味で生成されます。

ただし、類似点はここまでです。嫌気性プロセスでは、酸素がないため、ピルビン酸は、電子伝達鎖によって形成される ATP 生成機構と結合するクレブス サイクルに入りません。そのため、2 つの分子よりも多くの ATP を生成することはできません。

このため、好気性プロセスは無酸素性プロセスよりもはるかにエネルギー効率が高くなります。

進化の違い

原始大気には酸素が含まれていなかったため、嫌気性プロセスは好気性プロセスよりも古いと考えられています。陸上での生命が誕生してからずっと後、光合成生物、主に緑の植物が進化するまで、それは形成されませんでした。

最初の単細胞の真核生物でさえ、嫌気性だったと考えられています。しかし、内部共生を通じて進化することで、ある時点で副産物として酸素を生成する光合成細胞を組み込み、その後、その高い還元能力によってこの化合物を利用できるように進化しました.

多細胞真核生物が地球上に出現し始めると、より大きくより複雑な生物がより多くのエネルギーを生成する必要があったため、好気性プロセスは進化の大きな利点でした. 自然選択により、好気呼吸を行うことができるミトコンドリアを最も多く持つ生物が生き残り、大量に繁殖し、これらの好ましい適応を子孫に伝えました。古いバージョンは、より複雑な生物の ATP の需要を満たすことができなくなり、消滅しました。