Free Press

Diferența principală – Fermentare vs. respirație

Fermentația și respirația sunt două tipuri de procese celulare, implicate în descompunerea glucozei în celulă. Atât fermentația, cât și respirația sunt procese catabolice, generând energie sub formă de ATP. Principala diferență între fermentare și respirație este că, în timpul fermentației, NADH nu este utilizat în fosforilarea oxidativă pentru a genera ATP, în timp ce, în timpul respirației, NADH este utilizat în fosforilarea oxidativă pentru a genera trei ATP per NADH.

Acest articol analizează,

1. Ce este fermentația
– Caracteristici, proces
2. Ce este respirația
– Caracteristici, proces
3. Care este diferența dintre fermentație și respirație

Ce este fermentația

Fermentația este descompunerea chimică a substraturilor organice, cum ar fi glucoza, de către microorganisme cum ar fi bacteriile și drojdiile, dând de obicei efervescență și căldură. Ea apare la microorganisme precum unele bacterii, drojdii și viermi paraziți. Fermentația este localizată în citoplasma celulelor acestor organisme. Randamentul net al fermentației este de numai 2 ATP. Procesul de fermentație are loc în două etape: glicoliza și oxidarea parțială a piruvatului.

Există două tipuri de fermentație cunoscute sub numele de fermentație a etanolului și fermentație a acidului lactic. Fermentația etanolului are loc în drojdie în absența oxigenului. Prin urmare, acestea se numesc anaerobi facultativi. Fermentația acidului lactic are loc la bacterii. În absența oxigenului, animalele produc, de asemenea, acid lactic, în special în mușchi. Acidul lactic este toxic pentru țesuturi. Glicoliza este aceeași pentru ambele fermentații. În timpul glicolizei, glucoza este descompusă în două molecule de piruvat, generând 2 ATP ca câștig net. În afară de aceasta, se formează două molecule de NADH prin obținerea de electroni din gliceraldehidă-3-fosfat. În timpul fermentării etanolului, piruvatul este decarboxilat în acetaldehidă prin eliminarea dioxidului de carbon. Acetaldehida este transformată în etanol prin utilizarea atomilor de hidrogen din NADH. Efervescența apare din cauza eliberării de dioxid de carbon gazos în mediu de către celulele din mediu. În timpul fermentării acidului lactic, piruvatul este transformat în acid lactic, care este apoi oxidat în lactat. Reacția chimică generală pentru fermentarea etanolului și fermentarea acidului lactic este prezentată mai jos.

Fermentarea etanolului:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Fermentarea acidului lactic:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

Ce este respirația

Respirația este ansamblul de reacții chimice implicate în producerea de energie prin oxidarea completă a alimentelor. Ea eliberează dioxid de carbon și apă ca produse secundare. Respirația este cel mai abundent și mai eficient proces dintre procesele de producere a energiei. Are loc la plantele superioare și la animalele care utilizează procese celulare complexe cu un consum mare de energie. În timpul respirației, se produc 36 de ATP. Întregul proces are loc în citoplasmă și în mitocondrii.

Respirația are loc prin trei etape: glicoliza, ciclul acidului citric și lanțul de transport al electronilor. Glicoliza are loc în citoplasma celulei în același mod în care are loc și în timpul fermentației. Cele două molecule de piruvat produse în cadrul glicolizei sunt transferate în matricea mitocondrială. Acestea eliberează două molecule de dioxid de carbon, câte una din fiecare și devin acetil-CoA în timpul decarboxilării oxidative. Acest acetil-CoA intră în ciclul acidului citric, care este cunoscut și sub numele de ciclul Krebs. În timpul ciclului acidului citric, o singură moleculă de glucoză este complet oxidată în șase molecule de dioxid de carbon, generând 2 GTP-uri, 6 NADH și 2 FADH2. Aceste NADH și FADH2 sunt combinate cu oxigen, generând ATP în timpul fosforilării oxidative, care are loc în membrana mitocondrială interioară. În timpul fosforilării oxidative, electronii din NADH și FADH2 sunt transferați printr-o serie de purtători de electroni numiți lanț de transport al electronilor. Randamentul net de ATP este de treizeci și șase de ATP în respirație. Reacția chimică globală este prezentată mai jos.

Respirația:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP

Diferența dintre fermentare și respirație

Definiție

Fermentare: Fermentarea este descompunerea chimică a unui substrat organic, cum ar fi glucoza, de către microorganisme precum bacteriile și drojdiile, producând de obicei efervescență și căldură.

Respirație: Respirația este ansamblul de reacții chimice implicate în producerea de energie prin oxidarea completă a alimentelor. Ea eliberează dioxid de carbon și apă ca produse secundare.

Oxigen

Fermentare: Oxigenul nu este necesar pentru fermentare.

Respirație: Oxigenul este necesar pentru respirație.

Apă

Fermentare: Nu se produce apă în timpul fermentării.

Respirație: Apa este produsă ca un produs secundar în timpul respirației.

Occident

Fermentare: Fermentarea are loc în citoplasmă.

Respirație: Respirația are loc în citoplasmă și mitocondrii.

Câștig net de ATP

Fermentarea: Fermentarea generează doar doi ATP prin descompunerea unei singure molecule de glucoză.

Respirație: Respirația generează 36 ATP prin descompunerea unei singure molecule de glucoză.

Oxidarea substratului

Fermentarea: Substratul, glucoza, nu este descompus complet în timpul fermentației.

Respirația: Substratul, glucoza, este complet descompus în timpul respirației.

Tipuri

Fermentare: Fermentația etanolului și fermentația acidului lactic sunt cele două tipuri de fermentații întâlnite în organisme.

Respirație: Respirația aerobă și respirația anaerobă sunt cele două tipuri de respirație întâlnite în organisme.

Acceptor final de electroni

Fermentare: Acceptorul final de electroni în fermentație este o moleculă organică, de obicei acetaldehida în fermentația etanolului și piruvatul în fermentația acidului lactic.

Respirație: Acceptorul final de electroni este în principal oxigenul.

Produse finale

Fermentare: Fermentația etanolului generează etanol și dioxid de carbon. Fermentația acidului lactic generează acid lactic ca produs final.

Respirație: Respirația generează produși finali anorganici, dioxid de carbon și apă.

Regenerarea NAD+

Fermentare: Nu se produce ATP în timpul regenerării NAD+ în fermentație.

Respirație: Trei ATP sunt generați în timpul regenerării NAD+ în respirație.

Fosforilarea oxidativă

Fermentare: Nu are loc fosforilare oxidativă în timpul fermentației.

Respirație: În respirație, ATP sunt generați din NADH și FADH2 prin fosforilare oxidativă.

Tip de organism

Fermentare: Fermentarea se întâlnește de obicei la microorganisme precum drojdia.

Respirația: Respirația se întâlnește la organismele superioare.

Contribuție

Fermentare: Fermentația are o contribuție mai mică în producerea de energie pentru procesele celulare de pe pământ.

Respirația: Respirația are cea mai mare contribuție în producerea de energie pentru procesele celulare de pe pământ.

Concluzie

Fermentația și respirația sunt două procese implicate în catabolismul substraturilor organice care sunt folosite ca hrană în timpul producerii energiei necesare proceselor celulare. În timpul fermentației și respirației, energia potențială stocată în moleculele organice este transformată în energie chimică cinetică sub formă de ATP. Ambele procese încep cu glicoliza, rezultând două molecule de piruvat. Glicoliza are loc în citoplasma tuturor celulelor de pe Pământ. Oxigenul nu este implicat în glicoliză. Dar, în prezența oxigenului, piruvatul din citoplasmă intră în matricea mitocondrială pentru a fi supus ciclului acidului citric, care oxidează complet piruvatul. Această oxidare completă are loc numai în respirație. NADH și FADH2 sunt, de asemenea, produse de ciclul acidului citric. Acestea sunt reduse prin fosforilare oxidativă în membrana internă a mitocondriilor. În schimb, fermentația are loc în absența oxigenului, oxidând incomplet piruvatul fie în etanol, fie în lactat. În timpul fermentării etanolului, piruvatul este transformat în acetaldehidă, care este apoi transformată în etanol. NADH-ul produs în glicoliza de fermentație, își donează electronii către acetaldehidă în timpul regenerării. Prin urmare, principala diferență între fermentație și respirație este capacitatea de a produce ATP în timpul procesului de regenerare a NAD+.

Referință:
1. Cooper, Geoffrey M. „Energia metabolică”. The Cell: A Molecular Approach (Celula: o abordare moleculară). Ediția a 2-a. U.S. National Library of Medicine, 01 ian. 1970. Web. 07 Apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter, și Jr. „Bacterial Metabolism”. Microbiologie medicală. Ediția a 4-a. U.S. National Library of Medicine, 01 ian. 1996. Web. 07 Apr. 2017.

Imagine din curtoazie:
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

.