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Differenza principale – Fermentazione vs Respirazione

Fermentazione e respirazione sono due tipi di processi cellulari, coinvolti nella scomposizione del glucosio nella cellula. Sia la fermentazione che la respirazione sono processi catabolici, che generano energia sotto forma di ATP. La differenza principale tra la fermentazione e la respirazione è che durante la fermentazione, il NADH non viene utilizzato nella fosforilazione ossidativa per generare ATP, mentre, durante la respirazione, il NADH viene utilizzato nella fosforilazione ossidativa per generare tre ATP per NADH.

Questo articolo tratta,

1. Cos’è la fermentazione
– Caratteristiche, Processo
2. Cos’è la respirazione
– Caratteristiche, Processo
3. Qual è la differenza tra fermentazione e respirazione

Cosa è la fermentazione

La fermentazione è la degradazione chimica di substrati organici come il glucosio da parte di microrganismi come batteri e lieviti, che tipicamente produce effervescenza e calore. Si verifica in microrganismi come alcuni batteri, lieviti e vermi parassiti. La fermentazione è localizzata nel citoplasma delle cellule di questi organismi. Il rendimento netto della fermentazione è solo 2 ATP. Il processo di fermentazione avviene in due fasi: glicolisi e parziale ossidazione del piruvato.

Ci sono due tipi di fermentazione conosciuti come fermentazione dell’etanolo e fermentazione dell’acido lattico. La fermentazione dell’etanolo avviene nel lievito in assenza di ossigeno. Per questo motivo, sono chiamati anaerobi facoltativi. La fermentazione dell’acido lattico avviene nei batteri. In assenza di ossigeno, anche gli animali producono acido lattico principalmente nei loro muscoli. L’acido lattico è tossico per i tessuti. La glicolisi è la stessa per entrambe le fermentazioni. Durante la glicolisi, il glucosio viene scisso in due molecole di piruvato, generando 2 ATP come guadagno netto. Oltre a questo, si formano due molecole di NADH ottenendo elettroni dalla gliceraldeide-3-fosfato. Durante la fermentazione dell’etanolo, il piruvato viene decarbossilato in acetaldeide rimuovendo l’anidride carbonica. L’acetaldeide viene convertita in etanolo utilizzando gli atomi di idrogeno del NADH. L’effervescenza si verifica a causa del rilascio di gas di anidride carbonica nel mezzo da parte delle cellule nel mezzo. Durante la fermentazione dell’acido lattico, il piruvato viene convertito in acido lattico, che viene poi ossidato in lattato. La reazione chimica complessiva per la fermentazione dell’etanolo e la fermentazione dell’acido lattico sono date qui sotto.

Fermentazione dell’etanolo:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Fermentazione dell’acido lattico:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

Che cos’è la respirazione

La respirazione è l’insieme delle reazioni chimiche coinvolte nella produzione di energia ossidando completamente il cibo. Rilascia anidride carbonica e acqua come sottoprodotti. La respirazione è il processo più abbondante e più efficiente tra i processi di produzione di energia. Si verifica nelle piante superiori e negli animali che utilizzano processi cellulari complessi con alti consumi di energia. Durante la respirazione, vengono prodotti 36 ATP. L’intero processo avviene nel citoplasma e nei mitocondri.

La respirazione avviene attraverso tre fasi: glicolisi, ciclo dell’acido citrico e catena di trasporto degli elettroni. La glicolisi avviene nel citoplasma della cellula nello stesso modo in cui avviene durante la fermentazione. Le due molecole di piruvato prodotte nella glicolisi vengono trasferite nella matrice mitocondriale. Rilasciano due molecole di anidride carbonica, una per ciascuno e diventano acetil-CoA durante la decarbossilazione ossidativa. Questo acetil-CoA entra nel ciclo dell’acido citrico, conosciuto anche come ciclo di Krebs. Durante il ciclo dell’acido citrico, una singola molecola di glucosio è completamente ossidata in sei molecole di anidride carbonica, generando 2 GTP, 6 NADH e 2 FADH2. Questi NADH e FADH2 sono combinati con l’ossigeno, generando ATP durante la fosforilazione ossidativa, che avviene nella membrana mitocondriale interna. Durante la fosforilazione ossidativa, gli elettroni in NADH e FADH2 sono trasferiti attraverso una serie di trasportatori di elettroni chiamati catena di trasporto degli elettroni. La resa netta di ATP è di trentasei nella respirazione. La reazione chimica complessiva è mostrata qui sotto.

Respirazione:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP

Differenza tra fermentazione e respirazione

Definizione

Fermentazione: La fermentazione è la degradazione chimica di un substrato organico come il glucosio da parte di microrganismi come batteri e lieviti, che tipicamente produce effervescenza e calore.

Respirazione: La respirazione è l’insieme delle reazioni chimiche coinvolte nella produzione di energia attraverso la completa ossidazione degli alimenti. Rilascia anidride carbonica e acqua come sottoprodotti.

Ossigeno

Fermentazione: L’ossigeno non è richiesto per la fermentazione.

Respirazione: Oxygen is required for respiration.

Water

Fermentation: Non viene prodotta acqua durante la fermentazione.

Respirazione: L’acqua viene prodotta come sottoprodotto durante la respirazione.

Occupazione

Fermentazione: La fermentazione avviene nel citoplasma.

Respirazione: La respirazione avviene nel citoplasma e nei mitocondri.

Rendimento netto di ATP

Fermentazione: La fermentazione genera solo due ATP dalla scomposizione di una singola molecola di glucosio.

Respirazione: La respirazione genera 36 ATP dalla scomposizione di una singola molecola di glucosio.

Ossidazione del substrato

Fermentazione: Il substrato, il glucosio non è completamente scomposto durante la fermentazione.

Respirazione: Il substrato, il glucosio, viene completamente scomposto durante la respirazione.

Tipi

Fermentazione: La fermentazione dell’etanolo e la fermentazione dell’acido lattico sono i due tipi di fermentazione presenti negli organismi.

Respirazione: Respirazione aerobica e anaerobica sono due tipi di respirazione che si trovano negli organismi.

Accettore finale di elettroni

Fermentazione: L’accettore finale di elettroni nella fermentazione è una molecola organica, di solito acetaldeide nella fermentazione dell’etanolo e piruvato nella fermentazione dell’acido lattico.

Respirazione: L’accettore finale di elettroni è principalmente l’ossigeno.

Prodotti finali

Fermentazione: La fermentazione dell’etanolo genera etanolo e anidride carbonica. La fermentazione dell’acido lattico genera acido lattico come prodotto finale.

Respirazione: La respirazione genera prodotti finali inorganici, anidride carbonica e acqua.

Rigenerazione del NAD+

Fermentazione: Nessun ATP è prodotto durante la rigenerazione del NAD+ nella fermentazione.

Respirazione: Tre ATP sono generati durante la rigenerazione di NAD+ nella respirazione.

Fosforilazione ossidativa

Fermentazione: Nessuna fosforilazione ossidativa avviene durante la fermentazione.

Respirazione: Nella respirazione, gli ATP sono generati da NADH e FADH2 attraverso la fosforilazione ossidativa.

Tipo di organismo

Fermentazione: La fermentazione si trova solitamente nei microrganismi come il lievito.

Respirazione: La respirazione si trova negli organismi superiori.

Contributo

Fermentazione: La fermentazione ha un contributo minore nella produzione di energia per i processi cellulari sulla terra.

Respirazione: La respirazione ha il più alto contributo nella produzione di energia per i processi cellulari sulla terra.

Conclusione

Fermentazione e respirazione sono due processi coinvolti nel catabolismo dei substrati organici che sono usati come cibo durante la produzione di energia richiesta dai processi cellulari. Durante la fermentazione e la respirazione, l’energia potenziale immagazzinata nelle molecole organiche viene convertita in energia chimica cinetica sotto forma di ATP. Entrambi i processi iniziano con la glicolisi, che produce due molecole di piruvato. La glicolisi avviene nel citoplasma di tutte le cellule della terra. L’ossigeno non è coinvolto nella glicolisi. Ma in presenza di ossigeno, il piruvato nel citoplasma entra nella matrice mitocondriale per essere sottoposto al ciclo dell’acido citrico, che ossida completamente il piruvato. Questa ossidazione completa avviene solo nella respirazione. NADH e FADH2 sono anche prodotti dal ciclo dell’acido citrico. Sono ridotti dalla fosforilazione ossidativa nella membrana interna dei mitocondri. Al contrario, la fermentazione avviene in assenza di ossigeno, ossidando incompletamente il piruvato in etanolo o lattato. Durante la fermentazione dell’etanolo, il piruvato è convertito in acetaldeide, che è poi convertita in etanolo. Il NADH prodotto nella glicolisi della fermentazione, dona i suoi elettroni all’acetaldeide durante la rigenerazione. Pertanto, la differenza principale tra la fermentazione e la respirazione è la capacità di produrre ATP durante il processo di rigenerazione del NAD+.

Riferimento:
1. Cooper, Geoffrey M. “Energia metabolica”. La cellula: un approccio molecolare. 2a edizione. U.S. National Library of Medicine, 01 gennaio 1970. Web. 07 Apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter e Jr. “Metabolismo batterico”. Microbiologia medica. 4a edizione. U.S. National Library of Medicine, 01 gennaio 1996. Web. 07 Apr. 2017.

Immagine per gentile concessione:
1. “Heterofermentative Milchsäuregärung” Di Yikrazuul – Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “Di Darekk2 – Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia