Free Press

Hoofdverschil – Fermentatie vs Respiratie

Fermentatie en respiratie zijn twee soorten cellulaire processen, betrokken bij de afbraak van glucose in de cel. Zowel fermentatie als respiratie zijn katabole processen, waarbij energie in de vorm van ATP wordt gegenereerd. Het belangrijkste verschil tussen gisting en ademhaling is dat tijdens gisting, NADH niet wordt gebruikt in de oxidatieve fosforylering om ATP te genereren, terwijl tijdens ademhaling, NADH wordt gebruikt in de oxidatieve fosforylering om drie ATP’s per NADH te genereren.

Dit artikel behandelt,

1. Wat is Fermentatie
– Kenmerken, Proces
2. Wat is Respiratie
– Kenmerken, Proces
3. Wat is het verschil tussen Fermentatie en Respiratie

Wat is Fermentatie

Fermentatie is de chemische afbraak van organische substraten zoals glucose door micro-organismen zoals bacteriën en gist, waarbij typisch bruis en warmte vrijkomt. Het komt voor in micro-organismen zoals sommige bacteriën, gist, en parasitaire wormen. Fermentatie is gelokaliseerd in het cytoplasma van de cellen van deze organismen. De netto opbrengst van fermentatie is slechts 2 ATP’s. Het gistingsproces verloopt in twee stappen: glycolyse en gedeeltelijke oxidatie van pyruvaat.

Er zijn twee soorten fermentatie bekend als ethanolfermentatie en melkzuurfermentatie. Ethanolfermentatie vindt plaats in gist in afwezigheid van zuurstof. Daarom worden ze facultatieve anaërobe gisten genoemd. Melkzuurfermentatie vindt plaats in bacteriën. Bij afwezigheid van zuurstof produceren dieren ook melkzuur, voornamelijk in hun spieren. Melkzuur is giftig voor de weefsels. Glycolyse is hetzelfde voor beide fermentaties. Tijdens de glycolyse wordt glucose afgebroken tot twee pyruvaatmoleculen, waarbij 2 ATP’s als nettowinst worden gegenereerd. Daarnaast worden twee moleculen NADH gevormd door elektronen te verkrijgen uit glyceraldehyde-3-fosfaat. Tijdens de fermentatie van ethanol wordt pyruvaat gedecarboxyleerd tot acetaldehyde door kooldioxide te verwijderen. Acetaldehyde wordt omgezet in ethanol door gebruik te maken van de waterstofatomen van het NADH. Het bruisen ontstaat door het vrijkomen van koolzuurgas in het medium door de cellen in het medium. Tijdens de melkzuurfermentatie wordt pyruvaat omgezet in melkzuur, dat vervolgens wordt geoxideerd tot lactaat. De algemene chemische reactie voor ethanolfermentatie en melkzuurfermentatie worden hieronder gegeven.

Ethanolfermentatie:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Lactinezuurfermentatie:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

Wat is ademhaling

Respiratie is het geheel van chemische reacties dat betrokken is bij de productie van energie door voedsel volledig te oxideren. Daarbij komen kooldioxide en water als bijproducten vrij. Ademhaling is het meest overvloedige en meest efficiënte proces onder de processen van energieproductie. Het komt voor bij hogere planten en dieren die gebruik maken van complexe cellulaire processen met een hoog energieverbruik. Tijdens de ademhaling worden 36 ATP’s geproduceerd. Het hele proces vindt plaats in het cytoplasma en de mitochondriën.

Respiratie verloopt via drie stappen: glycolyse, citroenzuurcyclus en elektronentransportketen. Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma van de cel op dezelfde manier als tijdens de fermentatie. De twee pyruvaatmoleculen die bij de glycolyse worden geproduceerd, worden overgebracht naar de mitochondriale matrix. Daar komen twee kooldioxidemoleculen vrij, één van elk en wordt acetyl-CoA tijdens de oxidatieve decarboxylering. Dit acetyl-CoA komt terecht in de citroenzuurcyclus, die ook bekend staat als de Krebs-cyclus. Tijdens de citroenzuurcyclus wordt één glucosemolecuul volledig geoxideerd tot zes kooldioxidemoleculen, waarbij 2 GTP’s, 6 NADH en 2 FADH2 worden gegenereerd. Deze NADH en FADH2 worden gecombineerd met zuurstof, waarbij ATP wordt gegenereerd tijdens de oxidatieve fosforylering, die plaatsvindt in het binnenste mitochondriale membraan. Tijdens de oxidatieve fosforylering worden de elektronen in NADH en FADH2 overgebracht door een reeks elektronendragers, de zogenaamde elektronentransportketen. De netto opbrengst aan ATP’s is zesendertig bij de ademhaling. De totale chemische reactie is hieronder weergegeven.

Respiratie:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP

Verschil tussen Fermentatie en Respiratie

Definitie

Fermentatie: Fermentatie is de chemische afbraak van een organisch substraat zoals glucose door micro-organismen zoals bacteriën en gist, waarbij typisch bruisen en warmte vrijkomen.

Respiratie: Respiratie is het geheel van chemische reacties betrokken bij de productie van energie door volledige oxidatie van voedsel. Hierbij komen kooldioxide en water als bijproducten vrij.

Zuurstof

Fermentatie: Zuurstof is niet nodig voor fermentatie.

Respiratie: Zuurstof is nodig voor respiratie.

Water

Fermentatie: Er wordt geen water geproduceerd tijdens fermentatie.

Respiratie: Water wordt geproduceerd als bijproduct tijdens de ademhaling.

Occurrence

Fermentatie: Fermentatie vindt plaats in het cytoplasma.

Respiratie: Respiratie vindt plaats in cytoplasma en mitochondriën.

Netto-opbrengst van ATP

Fermentatie: Fermentatie genereert slechts twee ATP’s door de afbraak van één glucosemolecuul.

Respiratie: Respiratie genereert 36 ATP’s door de afbraak van één glucosemolecuul.

Substraatoxidatie

Fermentatie: Het substraat, glucose wordt niet volledig afgebroken tijdens fermentatie.

Respiratie: Het substraat, glucose wordt tijdens de ademhaling volledig afgebroken.

Typen

Fermentatie: Ethanolfermentatie en melkzuurfermentatie zijn de twee soorten fermentaties die in organismen worden aangetroffen.

Respiratie: Aërobe en anaërobe ademhaling zijn twee soorten ademhaling die in organismen worden aangetroffen.

Eindelektronenacceptor

Fermentatie: Definitieve elektronenacceptor bij fermentatie is een organisch molecuul, meestal acetaldehyde bij ethanolfermentatie en pyruvaat bij melkzuurfermentatie.

Respiratie: De uiteindelijke elektronenacceptor is voornamelijk zuurstof.

Eindproducten

Fermentatie: Ethanol gisting genereert ethanol en kooldioxide. Melkzuurfermentatie genereert melkzuur als eindproduct.

Respiratie: Respiratie genereert anorganische eindproducten, koolstofdioxide, en water.

NAD+ Regeneratie

Fermentatie: Er wordt geen ATP geproduceerd tijdens de regeneratie van NAD+ in fermentatie.

Respiratie: Tijdens de regeneratie van NAD+ bij respiratie worden drie ATP’s gegenereerd.

Oxidatieve fosforylering

Fermentatie: Er vindt geen oxidatieve fosforylering plaats tijdens fermentatie.

Respiratie: Bij respiratie worden ATP’s gegenereerd uit NADH en FADH2 via oxidatieve fosforylering.

Type organisme

Fermentatie: Fermentatie wordt meestal aangetroffen in micro-organismen zoals gist.

Respiratie: Respiratie komt voor in hogere organismen.

Bijdrage

Fermentatie: Fermentatie heeft een minder grote bijdrage in de productie van energie voor de cellulaire processen op aarde.

Respiratie: Respiratie heeft de hoogste bijdrage in de productie van energie voor de cellulaire processen op aarde.

Conclusie

Fermentatie en respiratie zijn twee processen die betrokken zijn bij het katabolisme van organische substraten die als voedsel worden gebruikt tijdens de productie van energie die nodig is voor de cellulaire processen. Tijdens gisting en ademhaling wordt de potentiële energie die in organische moleculen is opgeslagen, omgezet in kinetische chemische energie in de vorm van ATP. Beide processen beginnen met glycolyse, wat resulteert in twee pyruvaatmoleculen. Glycolyse komt voor in het cytoplasma van alle cellen op aarde. Zuurstof is niet betrokken bij de glycolyse. Maar in aanwezigheid van zuurstof komt pyruvaat in het cytoplasma in de mitochondriale matrix terecht om de citroenzuurcyclus te ondergaan, die pyruvaat volledig oxideert. Deze volledige oxidatie vindt alleen plaats bij de ademhaling. NADH en FADH2 worden ook geproduceerd door de citroenzuurcyclus. Zij worden gereduceerd door oxidatieve fosforylering in het binnenste membraan van de mitochondriën. Gisting daarentegen vindt plaats in afwezigheid van zuurstof, waarbij pyruvaat onvolledig wordt geoxideerd tot ethanol of lactaat. Tijdens de fermentatie van ethanol wordt pyruvaat omgezet in acetaldehyde, dat vervolgens wordt omgezet in ethanol. Het NADH geproduceerd in de glycolyse van de fermentatie, staat zijn elektronen af aan acetaldehyde tijdens de regeneratie. Daarom is het belangrijkste verschil tussen fermentatie en respiratie het vermogen om ATP te produceren tijdens het regeneratieproces van NAD+.

Reference:
1. Cooper, Geoffrey M. “Metabole energie.” The Cell: A Molecular Approach. 2e editie. U.S. National Library of Medicine, 01 jan. 1970. Web. 07 Apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter, and Jr. “Bacterial Metabolism.” Medische Microbiologie. 4e editie. U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. 1996. Web. 07 Apr. 2017.

Image Courtesy:
1. “Heterofermentatieve Milchsäuregärung” Door Yikrazuul – Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “Door Darekk2 – Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia