Hlavní rozdíl – kvašení vs. dýchání
Kvašení a dýchání jsou dva typy buněčných procesů, které se podílejí na odbourávání glukózy v buňce. Fermentace i respirace jsou katabolické procesy, při nichž vzniká energie ve formě ATP. Hlavní rozdíl mezi fermentací a respirací spočívá v tom, že při fermentaci se NADH nepoužívá při oxidativní fosforylaci za účelem vzniku ATP, zatímco při respiraci se NADH používá při oxidativní fosforylaci za účelem vzniku tří ATP na NADH.
Tento článek se zabývá,
1. Co je to kvašení
– charakteristika, proces
2. Co je to dýchání
– charakteristika, proces
3. Jaký je rozdíl mezi kvašením a dýcháním
Co je to kvašení
Kvašení je chemické rozkládání organických substrátů, jako je glukóza, mikroorganismy, jako jsou bakterie a kvasinky, při kterém obvykle vzniká šum a teplo. Probíhá u mikroorganismů, jako jsou některé bakterie, kvasinky a parazitičtí červi. Fermentace je lokalizována v cytoplazmě buněk těchto organismů. Čistý výtěžek kvašení jsou pouze 2 ATP. Proces kvašení probíhá ve dvou krocích: glykolýza a částečná oxidace pyruvátu.
Existují dva typy kvašení známé jako kvašení etanolu a kvašení kyseliny mléčné. Ethanolové kvašení probíhá v kvasinkách za nepřítomnosti kyslíku. Proto se nazývají fakultativní anaeroby. Ke kvašení kyselinou mléčnou dochází u bakterií. Za nepřítomnosti kyslíku produkují kyselinu mléčnou také živočichové, a to především ve svalech. Kyselina mléčná je pro tkáně toxická. Glykolýza je u obou fermentací stejná. Při glykolýze se glukóza rozkládá na dvě molekuly pyruvátu, čímž vznikají 2 ATP jako čistý zisk. Kromě toho vznikají dvě molekuly NADH získáním elektronů z glyceraldehyd-3-fosfátu. Během ethanolového kvašení se pyruvát dekarboxyluje na acetaldehyd odstraněním oxidu uhličitého. Acetaldehyd se pomocí atomů vodíku NADH přemění na ethanol. K šumění dochází v důsledku uvolňování plynného oxidu uhličitého do média buňkami v médiu. Při mléčném kvašení se pyruvát přeměňuje na kyselinu mléčnou, která se následně oxiduje na laktát. Celkové chemické reakce pro kvašení ethanolu a kvašení kyseliny mléčné jsou uvedeny níže.
Kvašení ethanolu:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Kvašení kyseliny mléčné:
C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP
Obrázek 1: Kvašení etanolu a kyseliny mléčné
Co je to dýchání
Respirace je soubor chemických reakcí podílejících se na produkci energie úplnou oxidací potravy. Jako vedlejší produkty se při něm uvolňuje oxid uhličitý a voda. Dýchání je nejrozšířenější a nejúčinnější proces mezi procesy výroby energie. Probíhá u vyšších rostlin a živočichů, kteří využívají složité buněčné procesy s vysokou spotřebou energie. Během dýchání vzniká 36 ATP. Celý proces probíhá v cytoplazmě a mitochondriích.
Respirace probíhá ve třech krocích: glykolýza, cyklus kyseliny citronové a elektronový transportní řetězec. Glykolýza probíhá v cytoplazmě buňky stejným způsobem jako při kvašení. Dvě molekuly pyruvátu vzniklé při glykolýze jsou přeneseny do matrix mitochondrií. Z nich se uvolní dvě molekuly oxidu uhličitého, z každé jedna, a během oxidativní dekarboxylace se z nich stane acetyl-CoA. Tento acetyl-CoA vstupuje do cyklu kyseliny citronové, který je známý také jako Krebsův cyklus. Během cyklu kyseliny citronové se jedna molekula glukózy kompletně oxiduje na šest molekul oxidu uhličitého, přičemž vznikají 2 GTP, 6 NADH a 2 FADH2. Tyto NADH a FADH2 se spojují s kyslíkem a vytvářejí ATP během oxidativní fosforylace, která probíhá ve vnitřní mitochondriální membráně. Během oxidativní fosforylace jsou elektrony v NADH a FADH2 přenášeny prostřednictvím řady přenašečů elektronů nazývaných elektronový transportní řetězec. Čistý výtěžek ATP je při dýchání třicet šest. Celková chemická reakce je znázorněna níže.
Respirace:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Obrázek 2: Respirace
Rozdíl mezi kvašením a dýcháním
Definice
Kvašení: Kvašení je chemické rozkládání organického substrátu, jako je glukóza, mikroorganismy, jako jsou bakterie a kvasinky, při kterém obvykle vzniká šum a teplo.
Respirace: Dýchání je soubor chemických reakcí, které se podílejí na výrobě energie úplnou oxidací potravy. Jako vedlejší produkty se při ní uvolňuje oxid uhličitý a voda.
Kyslík
Kvašení: Kyslík není ke kvašení nutný.
Respirace:
Voda
Kvašení:
Dýchání: Voda vzniká jako vedlejší produkt při dýchání.
Výskyt
Kvašení: K fermentaci dochází v cytoplazmě.
Respirace:
Čistý výtěžek ATP
Fermentace: K dýchání dochází v cytoplazmě a mitochondriích:
Respirace: Fermentace vytváří pouze dva ATP rozkladem jediné molekuly glukózy.
Respirace:
Oxidace substrátu
Fermentace:
Respirace: Substrát, glukóza, není během fermentace zcela rozložen:
Typy
Kvašení:
Respirace: Ethanolové kvašení a kvašení kyseliny mléčné jsou dva typy kvašení, které se vyskytují v organismech:
Finální akceptor elektronů
Fermentace: Aerobní a anaerobní dýchání jsou dva typy dýchání, které se vyskytují v organismech: Konečným akceptorem elektronů při kvašení je organická molekula, obvykle acetaldehyd při kvašení ethanolu a pyruvát při kvašení kyseliny mléčné.
Respirace:
Konečné produkty
Fermentace: Při etanolovém kvašení vzniká etanol a oxid uhličitý. Kvašením kyseliny mléčné vzniká jako konečný produkt kyselina mléčná.
Respirace: Respirace vytváří anorganické konečné produkty, oxid uhličitý a vodu.
Regenerace NAD+
Fermentace: Při regeneraci NAD+ při kvašení nevzniká žádný ATP.
Respirace:
Oxidativní fosforylace
Fermentace: Během regenerace NAD+ při respiraci vznikají tři ATP: Při fermentaci nedochází k žádné oxidativní fosforylaci.
Respirace: Při respiraci vznikají ATP z NADH a FADH2 oxidativní fosforylací.
Typ organismu
Fermentace:
Respirace: Dýchání se vyskytuje u vyšších organismů.
Příspěvek
Kvašení:
Respirace: Fermentace má menší podíl na produkci energie pro buněčné procesy na Zemi:
Závěr
Fermentace a respirace jsou dva procesy podílející se na katabolismu organických substrátů, které se používají jako potrava při výrobě energie potřebné pro buněčné procesy. Během fermentace a respirace se potenciální energie uložená v organických molekulách přeměňuje na kinetickou chemickou energii ve formě ATP. Oba procesy začínají glykolýzou, jejímž výsledkem jsou dvě molekuly pyruvátu. Glykolýza probíhá v cytoplazmě všech buněk na Zemi. Kyslík se na glykolýze nepodílí. V přítomnosti kyslíku však pyruvát v cytoplazmě vstupuje do matrix mitochondrií, aby zde prošel cyklem kyseliny citronové, který pyruvát zcela oxiduje. K této úplné oxidaci dochází pouze při dýchání. V cyklu kyseliny citronové vznikají také NADH a FADH2. Jsou redukovány oxidativní fosforylací ve vnitřní membráně mitochondrií. Naproti tomu při fermentaci dochází za nepřítomnosti kyslíku k neúplné oxidaci pyruvátu buď na ethanol, nebo na laktát. Při ethanolovém kvašení se pyruvát mění na acetaldehyd, který se pak přeměňuje na ethanol. NADH, který vzniká při glykolýze při kvašení, odevzdává při regeneraci své elektrony acetaldehydu. Hlavním rozdílem mezi fermentací a respirací je tedy schopnost produkovat ATP během procesu regenerace NAD+.
Odkaz:
1. Cooper, Geoffrey M. „Metabolická energie“. The Cell: A Molecular Approach. Vydání druhé. Národní lékařská knihovna USA, 1. ledna 1970. Web. 07. 04. 2017.
2. Jurtshuk, Peter a kol. „Bacterial Metabolism“. Lékařská mikrobiologie. Vydání čtvrté. U.S. National Library of Medicine, 01. 01. 1996. Web. 07. 04. 2017.
Obrázek s laskavým svolením:
1. „Heterofermentative Milchsäuregärung“ By Yikrazuul – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. „Heterofermentative Milchsäuregärung“ By Darekk2 – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
.