Pääero – käyminen vs. hengitys
Käyminen ja hengitys ovat kahdenlaisia soluprosesseja, jotka osallistuvat glukoosin hajottamiseen solussa. Sekä käyminen että hengitys ovat katabolisia prosesseja, jotka tuottavat energiaa ATP:n muodossa. Tärkein ero käymisen ja hengityksen välillä on se, että käymisen aikana NADH:ta ei käytetä hapettuvassa fosforylaatiossa ATP:n tuottamiseksi, kun taas hengityksen aikana NADH:ta käytetään hapettuvassa fosforylaatiossa kolmen ATP:n tuottamiseksi NADH:ta kohti.
Tässä artikkelissa tarkastellaan,
1. Mikä on käyminen
– Ominaisuudet, prosessi
2. Mikä on hengitys
– Ominaisuudet, prosessi
3. Mitä eroa on käymisellä ja hengityksellä
Mitä on käyminen
Käyminen on orgaanisten substraattien, kuten glukoosin kemiallista hajoamista mikro-organismien, kuten bakteereiden ja hiivojen, toimesta, ja se tuottaa tyypillisesti kuohuviiniä ja lämpöä. Sitä esiintyy mikro-organismeissa, kuten joissakin bakteereissa, hiivoissa ja loismadoissa. Fermentaatio sijaitsee näiden organismien solujen sytoplasmassa. Käymisen nettotuotto on vain 2 ATP:tä. Käymisprosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa: glykolyysi ja pyruvaatin osittainen hapettuminen.
Käymistä tunnetaan kahta tyyppiä, jotka ovat etanolikäyminen ja maitohappokäyminen. Etanolikäyminen tapahtuu hiivassa ilman happea. Siksi niitä kutsutaan fakultatiivisiksi anaerobeiksi. Maitohappokäyminen tapahtuu bakteereissa. Ilman happea myös eläimet tuottavat maitohappoa pääasiassa lihaksissaan. Maitohappo on myrkyllistä kudoksille. Glykolyysi on sama molemmissa käymisvaiheissa. Glykolyysin aikana glukoosi hajotetaan kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi, jolloin nettotuloksena syntyy 2 ATP:tä. Lisäksi muodostuu kaksi NADH-molekyyliä, jotka saavat elektroneja glyseraldehydi-3-fosfaatista. Etanolikäymisen aikana pyruvaatti dekarboksyloituu asetaldehydiksi poistamalla hiilidioksidia. Asetaldehydi muutetaan etanoliksi käyttämällä NADH:n vetyatomeja. Poreilu johtuu siitä, että väliaineessa olevat solut vapauttavat hiilidioksidikaasua väliaineeseen. Maitohappokäymisen aikana pyruviitti muuttuu maitohapoksi, joka hapettuu laktaatiksi. Etanolikäymisen ja maitohappokäymisen kemiallinen kokonaisreaktio on esitetty alla.
Etanolikäyminen:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Maitohappokäyminen:
C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP
Kuva 1: Etanoli- ja maitohappokäyminen
Mitä on hengitys
Respiraatio on niiden kemiallisten reaktioiden kokonaisuus, jotka osallistuvat energian tuottamiseen hapettamalla ravintoa kokonaan. Sivutuotteina vapautuu hiilidioksidia ja vettä. Hengitys on energiantuotantoprosesseista runsain ja tehokkain prosessi. Sitä esiintyy korkeammissa kasveissa ja eläimissä, jotka käyttävät monimutkaisia soluprosesseja, joiden energiankulutus on suuri. Hengityksen aikana tuotetaan 36 ATP:tä. Koko prosessi tapahtuu sytoplasmassa ja mitokondrioissa.
Hengitys tapahtuu kolmen vaiheen kautta: glykolyysi, sitruunahappokierto ja elektroninsiirtoketju. Glykolyysi tapahtuu solun sytoplasmassa samalla tavalla kuin käymisen aikana. Glykolyysissä syntyneet kaksi pyruvaattimolekyyliä siirretään mitokondriomatriisiin. Ne vapauttavat kaksi hiilidioksidimolekyyliä, yhden kummastakin ja muuttuvat asetyyli-CoA:ksi oksidatiivisen dekarboksylaation aikana. Tämä asetyyli-CoA siirtyy sitruunahappokiertoon, joka tunnetaan myös nimellä Krebsin kierto. Sitruunahappokierron aikana yksi glukoosimolekyyli hapetetaan kokonaan kuudeksi hiilidioksidimolekyyliksi, jolloin syntyy 2 GTP:tä, 6 NADH:ta ja 2 FADH2:ta. Nämä NADH ja FADH2 yhdistetään hapen kanssa, jolloin syntyy ATP:tä oksidatiivisen fosforylaation aikana, joka tapahtuu mitokondrioiden sisäisellä kalvolla. Oksidatiivisen fosforylaation aikana NADH:n ja FADH2:n elektronit siirretään elektroninsiirtoketjuksi kutsutun elektroninkuljettajien sarjan kautta. Hengityksessä ATP:n nettotuotto on kolmekymmentäkuusi. Kemiallinen kokonaisreaktio on esitetty alla.
Hengitys:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Kuvio 2: Hengitys
Hengityksen ja fermentaation ero
Määritelmä
Hengitys: Käyminen on orgaanisen substraatin, kuten glukoosin, kemiallista hajoamista mikro-organismien, kuten bakteerien ja hiivan, toimesta, jolloin tyypillisesti syntyy poreilua ja lämpöä.
Hengitys: Hengitys on joukko kemiallisia reaktioita, jotka liittyvät energian tuottamiseen hapettamalla ruoka kokonaan. Sivutuotteina vapautuu hiilidioksidia ja vettä.
Happi
Käyminen: Happea ei tarvita käymiseen.
Hengitys: Happea tarvitaan hengitykseen.
Vesi
Käyminen: Käymisen aikana ei synny vettä.
Hengitys: Vettä syntyy sivutuotteena hengityksen aikana.
Esiintyminen
Käyminen: Käyminen tapahtuu sytoplasmassa.
Hengitys: Hengitys tapahtuu sytoplasmassa ja mitokondrioissa.
ATP:n nettotuotto
Käyminen: Käyminen tuottaa vain kaksi ATP:tä hajottamalla yhden glukoosimolekyylin.
Hengitys: Hengitys tuottaa 36 ATP:tä hajottamalla yhden glukoosimolekyylin.
Substraatin hapettuminen
Käyminen: Substraatti, glukoosi ei hajoa kokonaan käymisen aikana.
Hengitys: Substraatti, glukoosi hajoaa kokonaan hengityksen aikana.
Tyypit
Käyminen: Etanolikäyminen ja maitohappokäyminen ovat kaksi eliöissä esiintyvää käymistyyppiä.
Hengitys: Aerobinen ja anaerobinen hengitys ovat kaksi eliöissä esiintyvää hengitystyyppiä.
Final Electron Acceptor
Fermentation: Lopullinen elektroniakseptori käymisessä on orgaaninen molekyyli, yleensä asetaldehydi etanolikäymisessä ja pyruviitti maitohappokäymisessä.
Hengitys: Lopullinen elektroniakseptori on pääasiassa happi.
Lopputuotteet
Käyminen: Etanolikäyminen tuottaa etanolia ja hiilidioksidia. Maitohappokäyminen tuottaa lopputuotteena maitohappoa.
Hengitys: Hengitys tuottaa epäorgaanisia lopputuotteita, hiilidioksidia ja vettä.
NAD+:n regenerointi
Käyminen: Käymisessä tapahtuvan NAD+:n regeneroinnin aikana ei synny ATP:tä.
Hengitys: Hengityksessä syntyy kolme ATP:tä NAD+:n regeneroitumisen aikana.
Oksidatiivinen fosforylaatio
Käyminen: Käymisen aikana ei tapahdu oksidatiivista fosforylaatiota.
Hengitys: Hengityksessä ATP:tä tuotetaan NADH:sta ja FADH2:sta oksidatiivisen fosforylaation avulla.
Organismityyppi
Käyminen: Käyminen esiintyy yleensä mikro-organismeissa, kuten hiivassa.
Hengitys: Hengitys esiintyy korkeammissa eliöissä.
Suoritus
Käyminen: Fermentaatiolla on pienempi osuus energian tuotannossa soluprosesseihin maapallolla.
Hengitys: Hengityksellä on suurin osuus maapallon soluprosessien energiantuotannossa.
Johtopäätös
Käyminen ja hengitys ovat kaksi prosessia, jotka osallistuvat sellaisten orgaanisten substraattien kataboliaan, joita käytetään ravintona soluprosessien tarvitseman energian tuotannossa. Käymisen ja hengityksen aikana orgaanisiin molekyyleihin varastoitunut potentiaalinen energia muunnetaan kineettiseksi kemialliseksi energiaksi ATP:n muodossa. Molemmat prosessit alkavat glykolyysillä, jonka tuloksena syntyy kaksi pyruvaattimolekyyliä. Glykolyysiä tapahtuu kaikkien maapallon solujen sytoplasmassa. Happi ei osallistu glykolyysiin. Mutta hapen läsnä ollessa sytoplasmassa oleva pyruvaatti siirtyy mitokondriomatriisiin käydäkseen läpi sitruunahappokierron, joka hapettaa pyruvaatin kokonaan. Tämä täydellinen hapetus tapahtuu vain hengityksessä. Sitruunahappokierros tuottaa myös NADH:ta ja FADH2:ta. Ne pelkistyvät oksidatiivisen fosforylaation avulla mitokondrioiden sisäkalvolla. Sitä vastoin käyminen tapahtuu ilman happea, jolloin pyruviitti hapettuu epätäydellisesti joko etanoliksi tai laktaatiksi. Etanolikäymisen aikana pyruvaatti muuttuu asetaldehydiksi, joka sitten muuttuu etanoliksi. Käymisen glykolyysissä syntyvä NADH luovuttaa elektroninsa asetaldehydille regeneroituessaan. Näin ollen tärkein ero käymisen ja hengityksen välillä on kyky tuottaa ATP:tä NAD+:n regenerointiprosessin aikana.
Viite:
1. Cooper, Geoffrey M. ”Metabolinen energia”. The Cell: A Molecular Approach. 2. painos. U.S. National Library of Medicine, 01.01.1970. Web. 07.04.2017.
2. Jurtshuk, Peter ja Jr. ”Bacterial Metabolism.” Bacterial Metabolism. Medical Microbiology. 4. painos. U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. 1996. Web. 07. huhtikuuta 2017.
Kuvan kohteliaisuus:
1. ”Heterofermentative Milchsäuregärung” By Yikrazuul – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. ”By Darekk2 – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
.