Fő különbség – erjedés vs. légzés
Az erjedés és a légzés kétféle sejtfolyamat, amelyek a glükóz lebontásában vesznek részt a sejtben. Mind az erjedés, mind a légzés katabolikus folyamat, amely ATP formájában energiát termel. A fő különbség a fermentáció és a légzés között az, hogy a fermentáció során a NADH-t nem használják fel az oxidatív foszforiláció során ATP előállításához, míg a légzés során a NADH-t használják fel az oxidatív foszforiláció során, hogy NADH-nként három ATP keletkezzen.
Ez a cikk a következőket vizsgálja:
1. Mi az erjedés
– Jellemzők, folyamat
2. Mi a légzés
– Jellemzők, folyamat
3. Mi a különbség az erjedés és a légzés között
Mi az erjedés
Az erjedés a szerves szubsztrátok, például a glükóz kémiai lebontása mikroorganizmusok, például baktériumok és élesztők által, jellemzően pezsgés és hő leadásával. Olyan mikroorganizmusokban fordul elő, mint egyes baktériumok, élesztők és parazita férgek. Az erjedés ezen organizmusok sejtjeinek citoplazmájában lokalizálódik. Az erjedés nettó hozama mindössze 2 ATP. Az erjedés folyamata két lépésben zajlik: glikolízis és a piruvát részleges oxidációja.
Az erjedésnek két típusa ismert: az etanolos erjedés és a tejsavas erjedés. Az etanolos erjedés oxigén hiányában történik az élesztőben. Ezért fakultatív anaeroboknak nevezik őket. A tejsavas erjedés baktériumokban megy végbe. Oxigén hiányában az állatok is termelnek tejsavat, főként az izmaikban. A tejsav mérgező a szövetekre. A glikolízis mindkét erjedésnél azonos. A glikolízis során a glükóz két piruvátmolekulára bomlik, nettó nyereségként 2 ATP keletkezik. Ezen kívül a gliceraldehid-3-foszfátból elektronokat nyerve két NADH-molekula keletkezik. Az etanolos erjedés során a piruvát szén-dioxid eltávolításával acetaldehiddé dekarboxilálódik. Az acetaldehid a NADH hidrogénatomjainak felhasználásával alakul át etanollá. A pezsgés a közegben lévő sejtek által a közegbe kibocsátott szén-dioxid gáz miatt következik be. A tejsavas erjedés során a piruvát tejsavvá alakul, amely aztán laktáttá oxidálódik. Az etanolos erjedés és a tejsavas erjedés általános kémiai reakcióját az alábbiakban adjuk meg.
Ethanolos erjedés:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Tejsavas erjedés:
C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP
1. ábra: Etanolos és tejsavas erjedés
Mi a légzés
A légzés a táplálék teljes oxidációjával történő energiatermelésben részt vevő kémiai reakciók összessége. Melléktermékként szén-dioxid és víz szabadul fel. A légzés az energiatermelés folyamatai közül a leggazdagabb és leghatékonyabb folyamat. A magasabb rendű növényekben és állatokban fordul elő, amelyek komplex, nagy energiafelhasználású sejtfolyamatokat alkalmaznak. A légzés során 36 ATP keletkezik. Az egész folyamat a citoplazmában és a mitokondriumokban zajlik.
A légzés három lépésen keresztül történik: glikolízis, citromsavciklus és elektrontranszportlánc. A glikolízis a sejt citoplazmájában zajlik, ugyanúgy, mint az erjedés során. A glikolízis során keletkező két piruvátmolekula a mitokondrium mátrixába kerül. Ezekből két szén-dioxid-molekula szabadul fel, egy-egy, és az oxidatív dekarboxiláció során acetil-CoA-vá alakulnak. Ez az acetil-CoA belép a citromsavciklusba, amelyet Krebs-ciklusnak is neveznek. A citromsavciklus során egyetlen glükózmolekula teljesen oxidálódik hat szén-dioxid-molekulává, 2 GTP, 6 NADH és 2 FADH2 keletkezik. Ezek a NADH és FADH2 oxigénnel egyesülve ATP-t termelnek az oxidatív foszforiláció során, amely a belső mitokondriális membránban történik. Az oxidatív foszforiláció során a NADH és a FADH2 elektronjai az elektronszállító láncnak nevezett elektronhordozók sorozatán keresztül kerülnek át. A légzés során az ATP-k nettó hozama harminchat. A teljes kémiai reakció az alábbiakban látható.
Lélegzés:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP
2. ábra: Légzés
Különbség az erjedés és a légzés között
Definíció
Az erjedés: Az erjedés egy szerves szubsztrát, például glükóz kémiai lebontása mikroorganizmusok, például baktériumok és élesztők által, jellemzően pezsgés és hő leadásával.
Lélegzés: A légzés a táplálék teljes oxidációjával történő energiatermelésben részt vevő kémiai reakciók összessége. Melléktermékként szén-dioxid és víz szabadul fel.
Oxygen
Fermentáció: Az erjedéshez nincs szükség oxigénre.
Respiráció: Oxigén szükséges a légzéshez.
Víz
erjedés: Az erjedés során nem keletkezik víz.
Lélegzés: A légzés során melléktermékként víz keletkezik.
Előfordulás
Az erjedés: Az erjedés a citoplazmában történik.
Lélegzés: A légzés a citoplazmában és a mitokondriumokban történik.
Az ATP nettó hozama
Fermentáció: Az erjedés egyetlen glükózmolekula lebontásával csak két ATP-t termel.
Légzés: A légzés 36 ATP-t termel egyetlen glükózmolekula lebontásával.
Szubsztrátoxidáció
Fermentáció: A szubsztrát, a glükóz nem bomlik le teljesen az erjedés során.
Lélegzés: A szubsztrát, a glükóz a légzés során teljesen lebomlik.
Típusok
Fermentáció: Az etanolos erjedés és a tejsavas erjedés a szervezetekben megtalálható erjedések két típusa.
Lélegzés: Az aerob és az anaerob légzés a szervezetekben megtalálható kétféle légzés.
Finális elektronfelvevő
erjesztés: Az erjedés végső elektronakceptora egy szerves molekula, általában acetaldehid az etanolos erjedésben és piruvát a tejsavas erjedésben.
Lélegzés: A végső elektronakceptor főleg oxigén.
Végtermékek
Fermentáció: Az etanolos erjedés során etanol és szén-dioxid keletkezik. A tejsavas erjedés végtermékként tejsavat termel.
Respiráció: A légzés szervetlen végtermékeket, szén-dioxidot és vizet termel.
NAD+ regeneráció
Fermentáció: A fermentáció során a NAD+ regenerációja során nem keletkezik ATP.
Lélegzés: A légzés során a NAD+ regenerációja során három ATP keletkezik.
Oxidatív foszforiláció
Fermentáció: A fermentáció során nem történik oxidatív foszforiláció.
Lélegzés: A légzés során NADH-ból és FADH2-ból oxidatív foszforilációval ATP keletkezik.
Organizmus típusa
Fermentáció: Az erjesztés általában mikroorganizmusokban, például élesztőben fordul elő.
Légzés: A légzés magasabb rendű szervezetekben található meg.
Közreműködés
A fermentáció: Az erjedés kisebb mértékben járul hozzá a földi sejtfolyamatok energiatermeléséhez.
Lélegzés: A légzés járul hozzá a legnagyobb mértékben a földi sejtfolyamatok energiatermeléséhez.
Következtetés
A fermentáció és a légzés két olyan folyamat, amely a szerves szubsztrátok katabolizmusában vesz részt, amelyeket a sejtfolyamatokhoz szükséges energia előállítása során táplálékként használnak fel. A fermentáció és a légzés során a szerves molekulákban tárolt potenciális energia ATP formájában kinetikus kémiai energiává alakul át. Mindkét folyamat glikolízissel kezdődik, amelynek eredményeként két piruvátmolekula keletkezik. A glikolízis a Föld összes sejtjének citoplazmájában zajlik. A glikolízisben oxigén nem vesz részt. Oxigén jelenlétében azonban a citoplazmában lévő piruvát a mitokondriális mátrixba kerül, hogy a citromsavcikluson keresztülmenjen, amely teljesen oxidálja a piruvátot. Ez a teljes oxidáció csak a légzés során következik be. A citromsavciklus során NADH és FADH2 is keletkezik. Oxidatív foszforilációval redukálódnak a mitokondriumok belső membránjában. Ezzel szemben a fermentáció oxigén hiányában zajlik, és a piruvátot vagy etanollá, vagy laktáttá oxidálja hiányosan. Az etanolos fermentáció során a piruvát acetaldehiddé alakul át, amely aztán etanollá alakul. Az erjedés során a glikolízis során keletkező NADH a regeneráció során elektronjait az acetaldehidnek adja át. Ezért a fő különbség a fermentáció és a légzés között az, hogy a NAD+ regenerációs folyamata során ATP-t tudnak előállítani.
Hivatkozás:
1. Cooper, Geoffrey M. “Metabolikus energia”. The Cell: A Molecular Approach. 2. kiadás. U.S. National Library of Medicine, 1970. január 01. Web. 07 Apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter, and Jr. “Bacterial Metabolism”. Orvosi mikrobiológia. 4. kiadás. U.S. National Library of Medicine, 1996. jan. 01. Web. 07 Apr. 2017.
Image Courtesy:
1. “Heterofermentatív tejsavanyítás” 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
.