Free Press

Główna różnica – fermentacja vs oddychanie

Fermentacja i oddychanie to dwa rodzaje procesów komórkowych, biorących udział w rozkładzie glukozy w komórce. Zarówno fermentacja, jak i oddychanie są procesami katabolicznymi, generującymi energię w postaci ATP. Główna różnica między fermentacją a oddychaniem polega na tym, że podczas fermentacji NADH nie jest wykorzystywany w fosforylacji oksydacyjnej w celu wytworzenia ATP, natomiast podczas oddychania NADH jest wykorzystywany w fosforylacji oksydacyjnej w celu wytworzenia trzech ATP na NADH.

Ten artykuł dotyczy,

1. Co to jest fermentacja
– charakterystyka, proces
2. Co to jest oddychanie
– charakterystyka, proces
3. Jaka jest różnica między fermentacją a oddychaniem

Co to jest fermentacja

Fermentacja to chemiczny rozkład substratów organicznych, takich jak glukoza, przez mikroorganizmy, takie jak bakterie i drożdże, zwykle dający efekt musowania i ciepła. Występuje u mikroorganizmów takich jak niektóre bakterie, drożdże i robaki pasożytnicze. Fermentacja jest zlokalizowana w cytoplazmie komórek tych organizmów. Wydajność netto fermentacji wynosi tylko 2 ATP. Proces fermentacji zachodzi w dwóch etapach: glikolizy i częściowego utleniania pirogronianu.

Istnieją dwa rodzaje fermentacji znane jako fermentacja etanolowa i fermentacja kwasu mlekowego. Fermentacja etanolowa zachodzi w drożdżach przy braku tlenu. Stąd, są one nazywane fakultatywnymi beztlenowcami. Fermentacja kwasu mlekowego zachodzi u bakterii. Przy braku tlenu zwierzęta również wytwarzają kwas mlekowy, głównie w mięśniach. Kwas mlekowy jest toksyczny dla tkanek. Glikoliza jest taka sama dla obu fermentacji. Podczas glikolizy glukoza jest rozkładana na dwie cząsteczki pirogronianu, co generuje 2 ATP jako zysk netto. Poza tym powstają dwie cząsteczki NADH, które uzyskują elektrony z gliceraldehydu-3-fosforanu. Podczas fermentacji etanolowej, pirogronian jest dekarboksylowany do aldehydu octowego poprzez usunięcie dwutlenku węgla. Acetaldehyd jest przekształcany w etanol przy użyciu atomów wodoru NADH. Musowanie występuje w wyniku uwalniania dwutlenku węgla do pożywki przez komórki znajdujące się w pożywce. Podczas fermentacji kwasu mlekowego pirogronian jest przekształcany w kwas mlekowy, który następnie jest utleniany do mleczanu. Ogólne reakcje chemiczne dla fermentacji etanolowej i fermentacji kwasu mlekowego są podane poniżej.

Fermentacja etanolowa:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Fermentacja kwasu mlekowego:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

Co to jest oddychanie

Respiracja to zespół reakcji chemicznych biorących udział w wytwarzaniu energii poprzez całkowite utlenienie pokarmu. Uwalnia dwutlenek węgla i wodę jako produkty uboczne. Oddychanie jest najbardziej obfitym i najbardziej wydajnym procesem wśród procesów wytwarzania energii. Występuje u roślin wyższych i zwierząt, które wykorzystują złożone procesy komórkowe o dużym zużyciu energii. Podczas oddychania wytwarzanych jest 36 ATP. Cały proces zachodzi w cytoplazmie i mitochondriach.

Odddychanie zachodzi poprzez trzy etapy: glikolizę, cykl kwasu cytrynowego i łańcuch transportu elektronów. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie komórki w taki sam sposób, w jaki zachodzi podczas fermentacji. Dwie cząsteczki pirogronianu powstałe w procesie glikolizy są przenoszone do macierzy mitochondrialnej. Uwalniają one dwie cząsteczki dwutlenku węgla, po jednej z każdej i stają się acetylo-CoA podczas oksydacyjnej dekarboksylacji. Ten acetylo-CoA wchodzi w cykl kwasu cytrynowego, który jest również znany jako cykl Krebsa. Podczas cyklu kwasu cytrynowego, pojedyncza cząsteczka glukozy jest całkowicie utleniana do sześciu cząsteczek dwutlenku węgla, generując 2 GTP, 6 NADH i 2 FADH2. Te NADH i FADH2 są łączone z tlenem, wytwarzając ATP podczas fosforylacji oksydacyjnej, która zachodzi w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Podczas fosforylacji oksydacyjnej, elektrony w NADH i FADH2 są przenoszone przez serię nośników elektronów zwanych łańcuchem transportu elektronów. Wydajność netto ATP wynosi trzydzieści sześć w procesie oddychania. Ogólny przebieg reakcji chemicznej jest przedstawiony poniżej.

Respiracja:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP

Różnica między fermentacją a oddychaniem

Definicja

Fermentacja: Fermentacja to chemiczny rozkład organicznego substratu, takiego jak glukoza, przez mikroorganizmy, takie jak bakterie i drożdże, zwykle wydzielające musowanie i ciepło.

Odddychanie: Respiracja to zestaw reakcji chemicznych zaangażowanych w produkcję energii przez całkowite utlenienie żywności. Uwalnia dwutlenek węgla i wodę jako produkty uboczne.

Tlen

Fermentacja: Tlen nie jest wymagany do fermentacji.

Odddychanie: Tlen jest wymagany do oddychania.

Woda

Fermentacja: Podczas fermentacji nie jest wytwarzana woda.

Respiracja: Woda jest wytwarzana jako produkt uboczny podczas oddychania.

Występowanie

Fermentacja: Fermentacja zachodzi w cytoplazmie.

Respiracja: Oddychanie zachodzi w cytoplazmie i mitochondriach.

Wydajność netto ATP

Fermentacja: Fermentacja generuje tylko dwa ATP przez rozpad pojedynczej cząsteczki glukozy.

Respiracja: Respiracja generuje 36 ATP przez rozbicie pojedynczej cząsteczki glukozy.

Oksydacja substratu

Fermentacja: Substrat, glukoza nie jest całkowicie rozbijany podczas fermentacji.

Respiracja: Substrat, glukoza jest całkowicie rozkładana podczas oddychania.

Typy

Fermentacja: Fermentacja etanolowa i fermentacja kwasu mlekowego to dwa rodzaje fermentacji występujące w organizmach.

Respiracja: Oddychanie tlenowe i beztlenowe to dwa typy oddychania występujące w organizmach.

Końcowy akceptor elektronów

Fermentacja: Końcowym akceptorem elektronów w fermentacji jest cząsteczka organiczna, zwykle aldehyd octowy w fermentacji etanolowej i pirogronian w fermentacji kwasu mlekowego.

Odddychanie: Końcowym akceptorem elektronów jest głównie tlen.

Produkty końcowe

Fermentacja: Fermentacja etanolowa generuje etanol i dwutlenek węgla. Fermentacja kwasu mlekowego generuje kwas mlekowy jako produkt końcowy.

Respiracja: Oddychanie generuje nieorganiczne produkty końcowe, dwutlenek węgla i wodę.

Regeneracja NAD+

Fermentacja: Podczas regeneracji NAD+ w fermentacji nie jest wytwarzany żaden ATP.

Respiracja: Trzy ATP są generowane podczas regeneracji NAD+ w oddychaniu.

Fosforylacja oksydacyjna

Fermentacja: Podczas fermentacji nie zachodzi fosforylacja oksydacyjna.

Oddychanie: W oddychaniu, ATP są generowane z NADH i FADH2 poprzez fosforylację oksydacyjną.

Typ organizmu

Fermentacja: Fermentacja występuje zwykle u mikroorganizmów takich jak drożdże.

Respiracja: Oddychanie występuje u organizmów wyższych.

Wkład

Fermentacja: Fermentacja ma mniejszy udział w produkcji energii dla procesów komórkowych na Ziemi.

Respiracja: Respiracja ma największy udział w produkcji energii dla procesów komórkowych na Ziemi.

Wniosek

Fermentacja i respiracja to dwa procesy zaangażowane w katabolizm substratów organicznych, które są wykorzystywane jako pokarm podczas produkcji energii wymaganej przez procesy komórkowe. Podczas fermentacji i oddychania energia potencjalna zmagazynowana w cząsteczkach organicznych jest przekształcana w kinetyczną energię chemiczną w postaci ATP. Oba procesy rozpoczynają się od glikolizy, w wyniku której powstają dwie cząsteczki pirogronianu. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie wszystkich komórek na Ziemi. Tlen nie bierze udziału w glikolizie. Jednak w obecności tlenu, pirogronian w cytoplazmie wchodzi do macierzy mitochondrialnej, aby przejść cykl kwasu cytrynowego, który całkowicie utlenia pirogronian. To całkowite utlenienie zachodzi tylko w procesie oddychania. NADH i FADH2 są również wytwarzane w cyklu kwasu cytrynowego. Są one redukowane w procesie fosforylacji oksydacyjnej w wewnętrznej błonie mitochondriów. W przeciwieństwie do tego, fermentacja zachodzi przy braku tlenu, niekompletnie utleniając pirogronian do etanolu lub mleczanu. Podczas fermentacji etanolowej, pirogronian jest przekształcany w aldehyd octowy, który następnie jest przekształcany w etanol. NADH wytwarzany w glikolizie podczas fermentacji, oddaje swoje elektrony aldehydowi octowemu podczas regeneracji. Dlatego główną różnicą między fermentacją a oddychaniem jest zdolność do wytwarzania ATP podczas procesu regeneracji NAD+.

Referencje:
1. Cooper, Geoffrey M. „Metabolic Energy.” The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. 1970. Web. 07 Apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter, and Jr. „Bacterial Metabolism.” Medical Microbiology. 4th edition. U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. 1996. Web. 07 Apr. 2017.

Image Courtesy:
1. „Heterofermentative Milchsäuregärung” By Yikrazuul – Praca własna (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. „By Darekk2 – Praca własna (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

.