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호기성 및 혐기성 과정은 주변 조건에 따라 세포가 먹는 음식에서 에너지를 얻기 위해 사용하는 두 가지 유형의 과정입니다. 둘 사이의 주요 차이점은 첫 번째는 산소가 풍부한 배지에 있을 때 세포에 의해 수행되는 반면 두 번째는 산소가 없거나 이 가스의 농도가 충분히 높지 않을 때 수행된다는 것입니다.
이러한 근본적인 차이에 더하여, 산소의 유무에 따라 일어나는 생화학적 반응도 다르기 때문에 호기성 및 혐기성 과정은 일반적으로 서로 다른 중간 생성물과 최종 생성물, 그리고 서로 다른 수준의 에너지 이용으로 이어집니다. 영양소. 한편, 각 과정을 이용할 수 있는 유기체의 종류와 그것이 일어나는 세포의 부분에 대해서도 차이가 있다.
호기성 및 혐기성 세포 과정의 차이점
다음 표는 이 두 대사 과정 사이의 가장 중요한 차이점을 요약한 것입니다. 나중에 자세히 설명합니다.
| 호기성 프로세스 | 혐기성 프로세스 | |
| 발생 시: | 그들은 산소가 있는 상태에서 발생합니다. | 산소가 없거나 산소 농도가 낮을 때 발생합니다. |
| 초기 기판: | 포도당과 산소. | 그냥 포도당. |
| 최종 제품: | ATP 형태의 CO 2 , 물 및 에너지 | ATP 형태의 에너지와 특정 공정 유형에 따라 최종 제품은 젖산 또는 에탄올과 CO 2 일 수 있습니다 . |
| 관련 단계: | • 당분해 • 피루브산 산화 • 구연산 순환 또는 크렙스 순환. • 산화적 인산화. |
• 당분해 • 피루브산의 산화 • 대부분 크렙스 회로를 포함하지 않습니다. • 대부분은 산화적 인산화를 수반하지 않습니다. |
| 그것은 전자 수송 사슬을 포함합니다. | 발효의 경우 전자 수송 사슬을 포함하지 않습니다. | |
| 전력 생산 효율: | 그것은 ATP의 형태로 많은 양의 에너지를 생산합니다. 각 포도당 분자에 대해 총 30-32개의 순 ATP 분자가 생성됩니다. | ATP의 형태로 에너지를 거의 생성하지 않습니다. 발효된 모든 포도당 분자에 대해 2개의 순 ATP 분자만 생성됩니다. |
| 발생하는 세포 부분: | 한 부분은 세포질에서 발생하고 다른 부분은 미토콘드리아에서 발생합니다. | 그것은 세포질에서 발생하며 경우에 따라 세포막에서 발생합니다. |
| 그것을 사용하는 조직의 유형: | 그것은 호기성 유기체와 통성 혐기성 균에서 발생합니다. 엄격한 혐기성 균이나 내성 혐기성 균에서는 발생하지 않습니다. |
그것은 엄격하고 통성적이며 내성이 있는 혐기성 균에서 발생합니다. |
| 진화의 차이점: | 보다 최근의 신진 대사 과정입니다. | 가장 오래된 탄수화물 대사 과정으로 여겨집니다. |
ATP: 세포 연료
소화 후에도 세포는 우리가 섭취한 음식이 바로 에너지원으로 전환되는 물질을 사용할 수 없습니다. 이것은 그것들을 처리하고 영어 약어로 아데노신 삼인산, 아데노신 삼인산 또는 ATP라는 특수 분자로 변환해야 합니다.
여기에서 호기성 및 혐기성 대사 과정이 시작됩니다. 두 가지 모두 포도당과 기타 영양소를 ATP로 전환하는 서로 다른 방법을 나타냅니다. 달리 말하면, 호기성 및 혐기성 과정은 실제로 필요한 연료 전지를 생산하기 위해 식품을 정제하는 다른 방법으로 볼 수 있습니다.
호기성 프로세스
호기성 과정은 산소가 있는 상태에서 세포 호흡을 말합니다. 그것들은 포도당의 산화에 의해 생성된 전자의 최종 수용자로서 산소를 갖는 일련의 생화학 반응입니다. 호기성 호흡의 알짜 반응은 다음과 같습니다.
C6H12O6 ( 포도당 ) + 6O2 + 32ADP + 32Pi → 6CO2 + 6H2O + 32ATP
이 화학식에서 ADP는 아데노신 일인산을 나타내고 Pi는 무기 인산을 나타내며 ATP는 아데노신 삼인산을 나타냅니다.
글루코스 산화로부터의 전자는 집합적으로 산화적 인산화로 알려진 일련의 산화-환원 반응을 통해 전자 수송 사슬 위로 수송된다. 이 과정은 미토콘드리아에서 발생하며 ATP 형태로 많은 양의 에너지를 생성합니다.
호기성 호흡은 산소를 필요로 하지 않는 당분해 단계에서 시작됩니다 . 세포의 세포질에서 발생하는 이 첫 번째 단계 동안 포도당 분자는 다양한 반응을 통해 두 개로 분할되어 두 개의 순 ATP 분자를 생성하는 피루브산이라는 두 개의 화합물 분자를 생성합니다.
해당과정 동안 형성된 피루브산은 산화된 후 미토콘드리아로 들어가 트리카르 복실산 회로 또는 시트르산 회로라고도 알려진 크렙스 회로로 들어갑니다. 이 주기는 산화적 인산화 와 결합되며 , 이 두 과정은 당분해와 함께 대사되는 모든 포도당 분자에 대해 총 32개의 순 ATP 분자를 생성합니다.
혐기성 프로세스
호기성 프로세스와 달리 혐기성 프로세스는 어떤 단계에서도 산소를 사용하지 않습니다. 사실, 이 용어는 산소가 없을 때 포도당과 다른 영양소의 대사 과정을 포함합니다.
가장 일반적인 혐기성 과정은 혐기성 호흡과 여러 유형의 발효입니다.
혐기성 호흡
일부 혐기성 미생물이 포도당의 산화를 수행하는 방식을 말합니다. 이 경우 산소가 포도당에서 전자의 최종 수용체가 되는 대신 질산염 이온, 황산염, 이산화탄소와 같은 다른 무기 화합물과 경우에 따라 철(III), 망간(IV)과 같은 일부 금속 양이온 또는 우라늄(VI).
무산소 호흡은 해당 과정의 초기 단계와 전자 전달 사슬과 결합된 일련의 산화 반응을 수반한다는 점에서 유산소 호흡과 매우 유사하지만, 유산소 호흡보다 적은 에너지를 생성합니다.
발효
발효는 또 다른 유형의 혐기성 과정입니다. 또한 해당과정을 통한 피루브산의 형성으로 시작하지만 호흡(혐기성이든 아니든) 동안 발생하는 전체 산화로 이어지는 일련의 반응을 따르지는 않습니다.
피루브산이 변환되는 최종 제품의 유형에 따라 다양한 유형의 발효가 수행될 수 있습니다. 예를 들어, 산소가 충분하지 않거나 미토콘드리아가 호기성 호흡을 통해 처리할 수 있는 것보다 더 많은 피루브산이 있는 경우 근육 세포는 피루브산을 젖산으로 발효시킬 수 있습니다. 이것은 지속적이고 고강도 운동을 할 때 발생할 수 있습니다.
많은 미생물은 다른 유형의 발효도 수행할 수 있습니다. 예를 들어 효모와 같은 일부는 탄수화물을 에틸 알코올 로 발효시킵니다 . 이 공정은 알코올성 음료 생산에 사용됩니다. 또 다른 박테리아는 발효에 의해 메탄을 생성 할 수 있습니다 .
발효는 전자 수송 사슬에 도달하기 전에 피루브산을 빨아들이기 때문에 일종의 호흡으로 간주되지 않지만 일종의 혐기성 과정입니다.
호기성 및 혐기성 공정에서 에너지 생산의 차이
호기성 과정과 혐기성 과정의 가장 중요한 차이점 중 하나는 포도당 및 기타 세포 식품에 포함된 화학 에너지를 활용하는 능력입니다. 유산소 호흡은 무산소 과정보다 훨씬 더 효율적으로 에너지를 생산합니다.
호기성 및 혐기성 과정은 동일한 초기 단계인 해당과정에서 시작됩니다. 이 과정은 단지 2개의 ATP 분자의 순 생산을 갖는다.
그러나 유사점은 여기서 끝납니다. 혐기성 과정에서는 산소가 없기 때문에 피루브산은 전자 수송 사슬에 의해 형성된 ATP 생산 기계와 결합하는 Krebs 주기에 들어가지 않으므로 해당 과정에서 나오는 두 분자보다 더 많은 ATP를 생산할 수 없습니다.
이러한 이유로 호기성 프로세스는 혐기성 프로세스보다 훨씬 더 에너지 효율적입니다.
진화의 차이
원시 대기에는 산소가 포함되어 있지 않았기 때문에 혐기성 과정은 호기성 과정보다 오래된 것으로 여겨집니다. 그것은 주로 녹색 식물인 광합성 유기체가 육지에서 생명이 발생한 후 오랜 시간이 지난 후 진화할 때까지 형성되지 않았습니다.
최초의 단세포 진핵 유기체도 혐기성이었다고 합니다. 그러나 내부 공생을 통해 진화함으로써 어느 시점에서 부산물로 산소를 생산하는 광합성 세포를 통합하고 나중에 이 화합물의 높은 환원력 덕분에 이점을 얻을 수 있도록 진화했습니다.
다세포 진핵 유기체가 지구에 나타나기 시작하면서 더 많은 에너지를 생산하기 위해 더 크고 복잡한 유기체가 필요했기 때문에 호기성 과정은 진화상 큰 이점이 되었습니다. 자연 선택을 통해 호기성 호흡을 할 수 있는 미토콘드리아가 가장 많은 유기체가 생존하고 대규모로 번식하여 이러한 유리한 적응을 자손에게 물려주었습니다. 이전 버전은 더 복잡한 유기체에서 ATP에 대한 수요를 더 이상 충족할 수 없었고 사라졌습니다.
