Tabla de Contenidos
Żywe istoty, od najprostszych, jak bakterie, po najbardziej złożone, jak kręgowce, polegają na niekończących się reakcjach chemicznych, które wymagają energii. Energię tę uzyskuje się z otoczenia. Niemal zawsze ta energia pochodzi z cząsteczki zwanej trifosforanem adenozyny lub ATP. Jednak ATP nie występuje w środowisku, więc żywe istoty ewoluowały, aby przekształcać inne źródła energii (takie jak światło słoneczne, ciepło i składniki odżywcze) w ATP. Dwa najczęstsze sposoby przeprowadzenia takiej transformacji to oddychanie komórkowe i fermentacja.
Pierwsze żywe istoty ewoluowały, aby wytwarzać ATP poprzez fermentację różnych rodzajów węglowodanów. Później eukarionty rozwinęły zdolność wykorzystywania większej ilości energii zmagazynowanej w węglowodanach poprzez oddychanie beztlenowe. Wreszcie inne bardziej zaawansowane organizmy zaczęły wykorzystywać jeden z produktów odpadowych fotosyntezy, tlen, dając początek tlenowemu oddychaniu komórkowemu.
Ponieważ są to dwa procesy beztlenowe, wiele osób myli oddychanie beztlenowe z fermentacją. Są to jednak dwa bardzo różne procesy pod względem mechanizmu, produktów końcowych i wydajności energetycznej.
W poniższych sekcjach omówimy, czym jest oddychanie beztlenowe i fermentacja, a następnie porównamy je, aby podkreślić najważniejsze różnice między jednym a drugim.
oddychanie beztlenowe
Oddychanie beztlenowe jest rodzajem oddychania komórkowego, które zachodzi przy braku tlenu lub przy bardzo niskim stężeniu tlenu (stąd termin beztlenowy, który dosłownie oznacza brak powietrza). Ten rodzaj oddychania komórkowego jest wykonywany tylko przez niektóre gatunki bakterii i inne prokarioty.
Będąc rodzajem oddychania komórkowego, proces rozpoczyna się od glikolizy, podczas której cząsteczka glukozy przekształca się w dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, tworząc dwie cząsteczki ATP netto. Kwas pirogronowy wchodzi następnie w cykl Krebsa, zwany także cyklem kwasu cytrynowego lub cyklem kwasu trikarboksylowego, w którym seria reakcji chemicznych utlenia kwas pirogronowy do dwutlenku węgla.
W kolejnym etapie procesu cząsteczki zwane nośnikami elektronów przenoszą je do łańcucha transportu elektronów, gdzie energia potencjalna zmagazynowana w tych nośnikach jest przekształcana w gradient stężenia protonów, który porusza enzym produkujący ATP o nazwie ATP.-synth.
Na tym etapie procesu generowana jest większość energii chemicznej w postaci cząsteczek ATP; Jest to wspólne dla wszystkich procesów oddychania, zarówno tlenowych, jak i beztlenowych. Tym, co odróżnia jedne od drugich, jest to, która cząsteczka jest odpowiedzialna za przyjmowanie i przenoszenie elektronów, tak aby nie gromadziły się one na końcu łańcucha transportu elektronów.
W obecności tlenu cząsteczka ta jest końcowym akceptorem elektronów, a jej redukcja wytwarza cząsteczki wody. Z drugiej strony w oddychaniu beztlenowym ostatecznym akceptorem elektronów jest cząsteczka inna niż tlen i zależy od konkretnego mikroorganizmu.
Końcowe akceptory elektronów w oddychaniu beztlenowym
Poniższa tabela przedstawia trzy przykłady różnych końcowych akceptorów elektronów w oddychaniu beztlenowym wraz z produktem ich redukcji i niektórymi mikroorganizmami, które wykorzystują go jako źródło energii:
| akceptor | Produkt finalny | Mikroorganizm |
| Siarka | siarczki | termoplazma |
| Azotan | Azotyny, tlenki azotu i N2 | Pseudomonas , Bacillus |
| Siarczan | siarczki | Desulfovibrio, Clostridium |
Produkcja energii w oddychaniu beztlenowym
Oddychanie beztlenowe wykorzystuje te same mechanizmy produkcji ATP, co oddychanie tlenowe, tj. glikolizę, cykl Krebsa i łańcuch transportu elektronów. Z tego powodu produkcja energii jest taka sama w obu rodzajach oddychania, co oznacza, że łącznie powstaje od 36 do 38 cząsteczek ATP. Po odliczeniu tych, które są konsumowane, produkcja netto wynosi od 30 do 32 cząsteczek ATP na każdą cząsteczkę glukozy, która ulega utlenieniu.
Fermentacja
Fermentacja, podobnie jak oddychanie komórkowe, jest również procesem mającym na celu wykorzystanie energii zawartej w składnikach odżywczych, takich jak węglowodany, i przekształcenie jej w energię chemiczną przydatną komórce w postaci cząsteczek ATP. Jest to proces czysto beztlenowy, to znaczy nie wymaga tlenu i może zachodzić przy braku powietrza. W rzeczywistości na większości podstawowych kursów biologii fermentacja jest wymieniana jako beztlenowa alternatywa dla oddychania komórkowego, eliminując w ten sposób istnienie oddychania beztlenowego.
Istnieje jednak zasadnicza różnica między fermentacją a oddychaniem beztlenowym, a mianowicie to pierwsze nie wykorzystuje cyklu kwasu cytrynowego, a tym bardziej łańcucha transportu elektronów, więc nie można go uznać za rodzaj oddychania.telefon komórkowy.
Fermentacja rozpoczyna się w taki sam sposób jak oddychanie, czyli od glikolizy różnych rodzajów sześciowęglowych cukrów zwanych heksozami, wśród których najpowszechniejsza jest glukoza. Jednak po glikolizie pirogronian jest przekształcany w inne produkty końcowe w zależności od organizmu przeprowadzającego fermentację.
rodzaje fermentacji
W zależności od końcowego produktu fermentacji może to być różnego rodzaju:
Fermentacja alkoholowa: W niektórych przypadkach, takich jak drożdże, fermentacja następująca po glikolizie wytwarza alkohol etylowy lub etanol. Ten rodzaj fermentacji nazywa się fermentacją alkoholową. Jest to rodzaj fermentacji stosowany w produkcji napojów alkoholowych.
Fermentacja octowa: inne komórki dalej utleniają etanol do kwasu octowego, jak to ma miejsce w przypadku produkcji octu.
Fermentacja mlekowa: to taka, która daje kwas mlekowy jako produkt końcowy. Bakterie, które fermentują mleko w celu wytworzenia jogurtu, fermentują laktozę (cukier w mleku) do kwasu mlekowego, co powoduje zsiadanie białek mleka. W przypadku tkanek mięśniowych kręgowców są one zdolne do fermentacji glukozy do kwasu mlekowego przy niskim stężeniu tlenu.
Produkcja energii
Fermentacja jest procesem nieefektywnym pod względem produkcji energii. Pierwszy etap, glikoliza, wytwarza tylko 2 cząsteczki ATP netto (łącznie produkuje 4, ale także zużywa 2). Późniejsza fermentacja właściwie wytwarza dwie cząsteczki NADH, która jest również cząsteczką wysokoenergetyczną, choć nie tak wysokoenergetyczną jak ATP.
Różnice między fermentacją a oddychaniem beztlenowym
Jak widać, istnieją różnice i podobieństwa między fermentacją a oddychaniem beztlenowym. Główne podobieństwa polegają na tym, że oba zaczynają się od glikolizy, oba zachodzą przy braku tlenu, a niektóre gatunki prokariotów mogą przeprowadzać oba. Jednak na tym podobieństwa się kończą. Poniższa tabela podsumowuje główne różnice między tymi dwoma sposobami uzyskiwania ATP:
| Fermentacja | oddychanie beztlenowe |
| Mogą ją przeprowadzać zarówno organizmy prokariotyczne, jak i eukariotyczne, w tym organizmy wielokomórkowe, takie jak kręgowce. | Tylko niektóre gatunki prokariontów mogą to przeprowadzić. |
| Różne rodzaje fermentacji dają różne produkty końcowe utleniania glukozy, w tym między innymi kwas mlekowy, kwas octowy i etan. | Całkowicie utlenia glukozę do dwutlenku węgla i przenosi elektrony do różnych typów końcowych akceptorów elektronów, takich jak siarka elementarna, siarczany lub azotany. |
| Wytwarza stosunkowo mało energii użytecznej dla komórki. Tylko dwie cząsteczki netto ATP i dwie cząsteczki NADH. | Produkuje duże ilości ATP, wykorzystując maksymalnie energię zawartą w glukozie. Na każdą cząsteczkę glukozy powstaje ponad 30 cząsteczek ATP. |
| Występuje wyłącznie w cytoplazmie. | Zaczyna się w cytoplazmie, a kończy w mitochondriach. |
| Jest to stosunkowo prosty proces, który składa się z niewielkiej liczby reakcji enzymatycznych. | Jest to bardzo złożony proces, który wymaga interwencji wielu różnych enzymów zarówno w cytozolu, jak iw macierzy, przestrzeni międzybłonowej i błonie wewnętrznej mitochondriów. |
| Można to przeprowadzić in vitro . Potrzebne są tylko enzymy odpowiedzialne za fermentację, które mogą funkcjonować w odpowiednim środowisku zewnątrzkomórkowym. | Zależy to od obecności mitochondriów, więc nie można tego przeprowadzić in vitro . |
Bibliografia
- środowisko. (2018, 11 kwietnia). Rodzaje fermentacji . Pobrane z https://www.ambientum.com/enclopedia_medioambiental/suelos/tipos_de_fermentacion.asp
- Clark, MA (2018, 5 marca). Metabolizm bez tlenu – Biologia 2e . Pobrane z https://opentextbc.ca/biology2eopenstax/chapter/metabolism-without-oxygen/
- Lakna, B. (2017, 26 grudnia). Różnica między fermentacją a oddychaniem beztlenowym | Definicja, proces, zastosowanie . Pobrane z https://pediaa.com/difference-between-fermentation-and-anaerobic-respiration/
- Kaur, J. (nd). Czym różni się fermentacja i oddychanie beztlenowe? | Sokratejski . Pobrane z https://socratic.org/questions/how-do-fermentation-and-anaerobic-respiration-differ
