Hovedforskel – gæring vs. respiration
Gæring og respiration er to typer af cellulære processer, der er involveret i nedbrydningen af glukose i cellen. Både fermentering og respiration er kataboliske processer, der genererer energi i form af ATP. Den væsentligste forskel mellem fermentering og respiration er, at under fermentering anvendes NADH ikke i den oxidative fosforylering for at generere ATP, mens NADH under respiration anvendes i den oxidative fosforylering for at generere tre ATP pr. NADH.
Denne artikel ser på,
1. Hvad er gæring
– Karakteristika, proces
2. Hvad er respiration
– Karakteristika, proces
3. Hvad er forskellen mellem gæring og respiration
Hvad er gæring
Gæring er den kemiske nedbrydning af organiske substrater som glukose af mikroorganismer som bakterier og gær, der typisk afgiver brusen og varme. Den forekommer i mikroorganismer som f.eks. visse bakterier, gær og parasitære orme. Fermentering er lokaliseret i cytoplasmaet i disse organismers celler. Nettoudbyttet af fermentering er kun 2 ATP. Gæringsprocessen foregår i to trin: glykolyse og delvis oxidation af pyruvat.
Der er to typer af gæring kendt som ethanolgæring og mælkesyregæring. Ethanolgæring sker i gær i fravær af ilt i gær. Derfor kaldes de fakultative anaerobe bakterier. Mælkesyregæring finder sted i bakterier. I mangel af ilt producerer dyr også mælkesyre, hovedsagelig i deres muskler. Mælkesyre er giftig for vævene. Glykolysen er den samme for begge fermenteringer. Under glykolysen nedbrydes glukose til to pyruvatmolekyler, hvorved der dannes 2 ATP som nettogevinst. Derudover dannes der to NADH-molekyler ved at få elektroner fra glyceraldehyd-3-fosfat. Under ethanolfermenteringen dekarboxyleres pyruvat til acetaldehyd ved at fjerne kuldioxid. Acetaldehyd omdannes til ethanol ved hjælp af hydrogenatomerne fra NADH. Sprudlen opstår som følge af, at cellerne i mediet frigiver kuldioxidgas til mediet. Under mælkesyregæring omdannes pyruvat til mælkesyre, som derefter oxideres til laktat. Den overordnede kemiske reaktion for ethanolfermentering og mælkesyregæring er angivet nedenfor.
Ethanolfermentering:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Mælkesyregæring:
C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP
Figur 1: Ethanol- og mælkesyregæring
Hvad er Respiration
Respiration er det sæt af kemiske reaktioner, der indgår i produktionen af energi ved fuldstændig oxidering af føde. Den frigiver kuldioxid og vand som biprodukter. Respiration er den mest rigelige og mest effektive proces blandt energiproduktionsprocesserne. Den forekommer hos højere planter og dyr, som anvender komplekse cellulære processer med et højt energiforbrug. Under respirationen produceres 36 ATP’er. Hele processen foregår i cytoplasmaet og mitokondrierne.
Respiration foregår gennem tre trin: glykolyse, citronsyrecyklus og elektrontransportkæden. Glykolysen foregår i cellens cytoplasma på samme måde som under fermentering. De to pyruvatmolekyler, der produceres i glykolysen, overføres til mitokondriernes matrix. De frigiver to kuldioxidmolekyler, et fra hver, og bliver til acetyl-CoA under oxidativ dekarboxylering. Dette acetyl-CoA indgår i citronsyrecyklusen, som også er kendt som Krebs-cyklus. Under citronsyrecyklusen bliver et enkelt glukosemolekyle fuldstændig oxideret til seks kuldioxidmolekyler, hvorved der dannes 2 GTP’er, 6 NADH og 2 FADH2. Disse NADH og FADH2 kombineres med ilt og danner ATP under oxidativ fosforylering, som finder sted i den indre mitokondriemembran. Under den oxidative fosforylering overføres elektroner i NADH og FADH2 gennem en række elektronbærere kaldet elektrontransportkæden. Nettomerudbyttet af ATP er seksogtredive i respirationen. Den samlede kemiske reaktion er vist nedenfor.
Respiration:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Figur 2: Respiration
forskel mellem gæring og respiration
Definition
Fermentering: Fermentering er den kemiske nedbrydning af et organisk substrat som f.eks. glukose af mikroorganismer som bakterier og gær, der typisk afgiver brus og varme.
Respiration: Respiration er det sæt af kemiske reaktioner, der er involveret i produktion af energi ved fuldstændig oxidering af fødevarer. Den frigiver kuldioxid og vand som biprodukter.
Syre
Fermentering: Oxygen er ikke nødvendigt for fermentering.
Respiration: Oxygen er nødvendig for respiration.
Vand
Fermentering: Der produceres ikke vand under gæring.
Respiration: Der produceres ikke vand under gæring: Vand produceres som et biprodukt under respiration.
Formidling
Fermentering: Fermentering sker i cytoplasmaet.
Respiration: Respiration foregår i cytoplasma og mitokondrier.
Nettoudbytte af ATP
Fermentering: Respiration foregår i cytoplasma og mitokondrier: Gæring: Gæring genererer kun to ATP ved nedbrydning af et enkelt glukosemolekyle.
Respiration: Respiration genererer 36 ATP ved nedbrydning af et enkelt glukosemolekyle.
Substratoxidation
Fermentering: Fermentering genererer 36 ATP ved nedbrydning af et enkelt glukosemolekyle: Substratet, glukose, nedbrydes ikke fuldstændigt under fermentering.
Respiration: Substratet, glukose, nedbrydes fuldstændigt under respiration.
Typer
Fermentering: Substratet, glukose, nedbrydes fuldstændigt under respiration: Gæring: Ethanolgæring og mælkesyregæring er de to typer af gæringer, der findes i organismer.
Respiration: Aerob og anaerob respiration er to typer respiration, der findes i organismer.
Final elektronacceptor
Fermentering: Den endelige elektronacceptor i fermentering er et organisk molekyle, normalt acetaldehyd i ethanolfermentering og pyruvat i mælkesyrefermentering.
Respiration: Respiration er et organisk molekyle, normalt acetaldehyd i ethanolfermentering og pyruvat i mælkesyrefermentering:
Endprodukter
Fermentering: Den endelige elektronacceptor er hovedsageligt ilt.
Endprodukter
Gæring: Ethanolfermentering danner ethanol og kuldioxid. Ved mælkesyregæring dannes mælkesyre som slutprodukt.
Respiration: Respiration genererer uorganiske slutprodukter, kuldioxid og vand.
NAD+ regenerering
Fermentering: Der produceres ikke ATP under regenerering af NAD+ ved fermentering.
Respiration: Der produceres ikke ATP under regenerering af NAD+ ved fermentering: Der dannes tre ATP under regenerering af NAD+ ved respiration.
Oxidativ fosforylering
Fermentering: Der dannes tre ATP under regenerering af NAD+ ved respiration: Der sker ingen oxidativ fosforylering under fermentering.
Respiration: Der sker ingen oxidativ fosforylering under fermentering: Ved respiration dannes ATP fra NADH og FADH2 gennem oxidativ fosforylering.
Organismetype
Fermentering: Ved fermentering dannes ATP fra NADH og FADH2 gennem oxidativ fosforylering: Fermentering findes normalt i mikroorganismer som f.eks. gær.
Respiration: Respiration findes i højere organismer.
Bidrag
Fermentering: Gæring har et mindre bidrag i produktionen af energi til de cellulære processer på jorden.
Respiration:
Respiration: Respiration har det største bidrag til produktionen af energi til de cellulære processer på jorden.
Slutning
Fermentering og respiration er to processer, der er involveret i katabolismen af organiske substrater, der anvendes som føde under produktionen af den energi, der kræves af de cellulære processer. Under fermentering og respiration omdannes den potentielle energi, der er lagret i organiske molekyler, til kinetisk kemisk energi i form af ATP. Begge processer begynder med glykolyse, hvilket resulterer i to pyruvatmolekyler. Glykolysen finder sted i cytoplasmaet i alle celler på jorden. Ilt er ikke involveret i glykolysen. Men i tilstedeværelse af ilt går pyruvat i cytoplasmaet ind i mitokondriernes matrix for at gennemgå citronsyrecyklus, som fuldstændig oxiderer pyruvat. Denne fuldstændige oxidation finder kun sted under respiration. NADH og FADH2 produceres også af citronsyrecyklusen. De reduceres ved oxidativ fosforylering i mitokondriernes indre membran. I modsætning hertil sker fermentering i fravær af ilt ved ufuldstændig oxidation af pyruvat enten til ethanol eller laktat. Under ethanolfermentering omdannes pyruvat til acetaldehyd, som derefter omdannes til ethanol. Det NADH, der produceres i gæringens glykolyse, afgiver sine elektroner til acetaldehyd under regenerering. Derfor er den væsentligste forskel mellem fermentering og respiration evnen til at producere ATP under regenereringsprocessen af NAD+.
Reference:
1. Cooper, Geoffrey M. “Metabolic Energy”. The Cell: A Molecular Approach. 2. udgave. U.S. National Library of Medicine, 01 jan. 1970. Web. 07 Apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter, og Jr. “Bacterial Metabolism.” Medicinsk mikrobiologi. 4. udgave. U.S. National Library of Medicine, 01 jan. 1996. Web. 07 apr. 2017.
Image Courtesy:
1. “Heterofermentative Milchsäuregärung” Af Yikrazuul – Eget arbejde (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “Af Darekk2 – Eget arbejde (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
