Αερόβια αναερόβια και αναπνοή ζύμωσης

Αναερόβια, αναερόβια και αναπνοή ζύμωσης Οι

αναερόβιες συνθήκες στη ζύμη προκαλούν την παραγωγή προϊόντων διαφορετικών από το πυροσταφυλικό, το οποίο είναι απαραίτητο για την επαναοξείδωση του NADH, ενός μορίου που χρειάζεται για να λειτουργεί στη γλυκόλυση της πρόσφατα εισαγόμενης γλυκόζης. Για την οξείδωση του NADH, πρέπει να υπάρχει οξυγόνο, αλλά η έλλειψη οξυγόνου οδηγεί σε αλκοολική ζύμωση και ομογαλακτική ζύμωση. Οι αναερόβιες συνθήκες προκαλούν επίσης τη συσσώρευση γαλακτικού οξέος.

Αναερόβια αναπνοή

Οι οργανισμοί εκτελούν τόσο αναερόβια όσο και αερόβια αναπνοή. Η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί τον τελικό δέκτη ηλεκτρονίων, όχι το μοριακό οξυγόνο, και οι περισσότεροι οργανισμοί χρησιμοποιούν ένα συγκεκριμένο μόριο. Μερικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν οργανικά μόρια, όπως νιτρικά, οξείδιο του αζώτου ή οξειδωμένες αμίνες, ως τελικό αποδέκτη ηλεκτρονίων.

Η αναερόβια αναπνοή είναι όταν τα κύτταρα απελευθερώνουν ενέργεια μέσω του κύκλου Krebs, όπου το γαλακτικό οξύ μετατρέπεται σε ATP. Επιτρέπει στους μύες των σπονδυλωτών να παράγουν ATP σε σύντομες εκρήξεις κατά τη διάρκεια έντονης δραστηριότητας. Τα αναερόβια μυϊκά κύτταρα διαφέρουν ως προς τη χημεία και τη δομή τους. Οι κόκκινες μυϊκές ίνες έχουν πλούσια παροχή αίματος και περισσότερα μιτοχόνδρια, τα οργανίδια στα οποία ολοκληρώνεται ο κύκλος του Krebs και η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Αντίθετα, οι λευκές μυϊκές ίνες έχουν λιγότερα μιτοχόνδρια και είναι σχεδιασμένες για σπριντ.

Οι αναερόβιες διεργασίες παράγουν επίσης λιγότερα ATP από την αερόβια αναπνοή. Οι αναερόβιοι οργανισμοί παράγουν επίσης διαφορετικά απόβλητα. Οι αεροανεκτικοί οργανισμοί παράγουν NAD+ σε αναερόβιες συνθήκες, μειώνοντας τη θεωρητική απόδοση των αναερόβιων κυττάρων κατά περισσότερο από δεκαπέντε φορές. Οι αναερόβιοι οργανισμοί έχουν εξελίξει προστατευτικούς μηχανισμούς για την αντιμετώπιση της απουσίας οξυγόνου. Δεν χρειάζονται πολύπλοκες χημικές ουσίες, διατηρώντας έτσι την ικανότητά τους να επιβιώνουν.

Οι προκαρυωτικοί και ευκαρυωτικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν αναερόβια αναπνοή και αναπνοή ζύμωσης για να διασπάσουν τα μόρια του σακχάρου. Και οι δύο διαδικασίες περιλαμβάνουν το στάδιο της γλυκόλυσης, το οποίο συμβαίνει κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Από την άλλη πλευρά, η Ζύμωση χρησιμοποιεί ένα σύστημα αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων για τη μεταφορά ηλεκτρονίων σε έναν δέκτη ηλεκτρονίων. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι πρόκειται για δύο διαφορετικές διαδικασίες. Και ενώ και οι δύο μέθοδοι είναι σημαντικές, ορισμένες από αυτές έχουν διαφορετικές εφαρμογές.

γλυκόλυσης

παράγεται κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής με τη διάσπαση της γλυκόζης, ενός μορίου σακχάρου έξι άνθρακα. Τα ένζυμα σε αυτή τη διαδικασία χωρίζουν τη γλυκόζη σε δύο μόρια, το πυροσταφυλικό και το 6-φωσφορικό γλυκόζη. Αυτή η ενέργεια συμψηφίζεται ως μια μορφή ATP, ενώ παράγει και τα μόρια νικοτιναμίδιο αδενινο δινουκλεοτίδιο (NADH) και πυροσταφυλικό.

Εκτός από την παραγωγή ΑΤΡ, η γλυκόλυση δημιουργεί επίσης το μόριο NADH, ένα κρίσιμο συστατικό των ενζυμικών συμπλεγμάτων και παίζει ρόλο στις αλυσίδες μεταφοράς ηλεκτρονίων. Σε αερόβιες συνθήκες, το μόριο NADH μπορεί να αποκατασταθεί στην κατάσταση NAD, ενώ πρέπει να μετατραπεί ξανά σε NAD κατά τις αναερόβιες συνθήκες. Η ζύμωση και η ομογαλακτική ζύμωση απαιτούν τη μετατροπή του NADH σε NAD, αλλά και στις δύο περιπτώσεις, το μόριο NADH παραμένει αμετάβλητο.

Η αναερόβια και η αναπνοή ζύμωσης απαιτούν έναν δέκτη ηλεκτρονίων. Και οι δύο μέθοδοι απαιτούν οξυγόνο ως πηγή ηλεκτρονίων, αλλά ο δέκτης ηλεκτρονίων δεν είναι μοριακό οξυγόνο. Αρκετοί τύποι οργανισμών μπορούν να εκτελέσουν τόσο αερόβια όσο και αναερόβια αναπνοή και ο πρώτος παράγει ATP, ενώ ο δεύτερος παράγει διοξείδιο του άνθρακα και αιθανόλη. Αυτές οι δύο μέθοδοι είναι παρόμοιες μεταξύ τους.

Κατά την αερόβια αναπνοή, η διάσπαση της γλυκόζης (γλυκόζη) λαμβάνει χώρα στο πρώτο μέρος της γλυκόλυσης. Στη γλυκόλυση, οι υδατάνθρακες διασπώνται σε πυροσταφυλικό, το οποίο χάνει ηλεκτρόνια και παράγονται τα δύο τελευταία προϊόντα, η ακεταλδεΰδη και το CO2. Όταν υπάρχει οξυγόνο, η διαδικασία ολοκληρώνεται, με αποτέλεσμα ένα καθαρό κέρδος δύο ΑΤΡ.

Η αναερόβια γλυκόλυση είναι η κύρια ενεργειακή οδός στα κύτταρα. Παρέχει ATP και δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης, συμπαράγοντες για την αναγωγάση της μεθαιμοσφαιρίνης. Εκτός από την παροχή ATP, η αναερόβια γλυκόλυση παράγει γαλακτικό οξύ, το οποίο το κύτταρο χρησιμοποιεί για την παραγωγή ενέργειας.

NADH+H+

Η οξείδωση του NADH+H+ συμβαίνει και στους δύο τύπους αναπνοής, αλλά η πρώτη είναι πιο αποτελεσματική επειδή παράγει περισσότερη ενέργεια ανά μόριο γλυκόζης. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για τα αερόβια βακτήρια επειδή η παραγωγή ATP είναι περιορισμένη χωρίς επαρκή παροχή οξυγόνου. Ωστόσο, η μετατροπή από NADH σε NAD+ μπορεί επίσης να συμβεί σε αναερόβιες συνθήκες, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε αλκοολική και ομογαλακτική ζύμωση.

Εκτός από τις αερόβιες διεργασίες, ορισμένα μικρόβια και φυτά συμμετέχουν σε αναερόβια αναπνοή. Αυτοί οι μικροοργανισμοί, που χρησιμοποιούν τη διαδικασία για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε μεθάνιο, χρησιμοποιούν επίσης το NAD+ ως φορέα ηλεκτρονίων. Αυτοί οι οργανισμοί παράγουν επίσης NADH+H+ με οξείδωση θειικού, ένα προϊόν μεθανογένεσης.

Το τελικό στάδιο της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής, η οξειδωτική φωσφορυλίωση, χαρακτηρίζεται από δύο υποστάδια. Το NADH+H+ χρησιμοποιείται για την παραγωγή ATP, ενώ το FADH2 είναι ένας τελικός δέκτης ηλεκτρονίων. Αυτός ο κύκλος παράγει επίσης 30 μόρια ATP. Η αναγωγή απαιτεί ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας όπως αυτά που απελευθερώνονται σε NADH+H+ κατά την οξείδωση.

Στην κυτταρική αναπνοή χωρίς οξυγόνο, το πυροσταφυλικό δεν μεταβολίζεται. Αυτή η περίσσεια άχρηστου προϊόντος απεκκρίνεται από το κυτταρόπλασμα. Στη ζύμωση, το NADH+H+ χρησιμοποιείται για την οξείδωση του NADH σε NAD+, το οποίο είναι ο πρόδρομος του ATP. Η ζύμωση γαλακτικού είναι επίσης ένας τύπος αναερόβιας αναπνοής. Η διαδικασία ζύμωσης της ζύμης παράγει αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα ως υποπροϊόντα.

Το οξυγόνο που χρησιμοποιείται στη ζύμωση και την αναερόβια αναπνοή επιτρέπει τον κύκλο του κιτρικού οξέος. Χωρίς οξυγόνο, ο κύκλος του κιτρικού οξέος δεν μπορεί να συμβεί, οδηγώντας σε συσσώρευση γαλακτικού οξέος στους ιστούς και προκαλώντας κόπωση. Επιπλέον, το γαλακτικό οξύ που παράγεται κατά τη ζύμωση πρέπει να μεταφερθεί μέσω της κυκλοφορίας του αίματος στο ήπαρ για περαιτέρω μεταβολισμό. Μόλις εκεί, μπορεί να μετατραπεί ξανά σε πυροσταφυλικό οξύ, το οποίο καταβολίζεται και χρησιμοποιείται ως ενέργεια.

Συσσώρευση γαλακτικού

Ο κυτταρικός μεταβολισμός που παράγει ATP απαιτεί την οξείδωση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας όπως αυτά που μεταφέρονται από το NADH ή το FADH2. Τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας πρέπει στη συνέχεια να επαναοξειδωθούν για να παραχθεί NAD+, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων που απαιτείται για τη γλυκολυτική οδό. Μερικοί ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούν ένα οργανικό μόριο που απαντάται στη φύση για να αναγεννήσουν το NAD+ και αυτή είναι η διαδικασία που είναι γνωστή ως ζύμωση.

Ο μεταβολισμός της γλυκόζης στη ζύμη περιλαμβάνει αναερόβια γλυκόλυση, η οποία παράγει δύο mol ATP από κάθε μόριο γλυκόζης. Το προκύπτον γαλακτικό απελευθερώνεται από το κύτταρο από το ήπαρ για τη γλυκονεογένεση. Αυτή η διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα μια κλίση συγκέντρωσης που ευνοεί την απελευθέρωση γαλακτικού. Το γαλακτικό φεύγει από το κύτταρο και διαχέεται έξω. Στη συνέχεια, το γαλακτικό μεταβολίζεται αερόβια, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα και πυροσταφυλικό, τα οποία τα νεφρά χρησιμοποιούν ως πηγή ενέργειας.

Τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιήσουν γαλακτικό για την παραγωγή ενέργειας. Ωστόσο, επειδή το οξυγόνο είναι περιορισμένο, τα βακτήρια μετατρέπουν το πυροσταφυλικό σε γαλακτικό. Αυτό παράγει υψηλό επίπεδο γαλακτικού στα λειτουργικά μυϊκά κύτταρα. Η ζύμωση γαλακτικού είναι μια κρίσιμη διαδικασία για τη διατήρηση της ενεργειακής ισορροπίας του ανθρώπινου σώματος, καθώς επιτρέπει τη συνεχή παραγωγή ΑΤΡ. Επιτρέπει επίσης την αναγέννηση των NAD και NADH, τα οποία χρειάζονται για την παραγωγή ATP.

Η μεταφορά του γαλακτικού από τον εργαζόμενο μυ στις γειτονικές ίνες είναι η μεταβολική οδός στην οποία η γλυκόζη μετατρέπεται σε γλυκογόνο. Το γαλακτικό είναι επίσης ένα ενδιάμεσο στη γλυκονεογονική οδό και συμβάλλει στο χρέος οξυγόνου στο σώμα. Αυτή η μεταβολική οδός παρέχει επίσης γλυκονεογένεση, τη διαδικασία με την οποία ο μεταβολισμός που παράγει ενέργεια μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε γλυκόζη.

Συμπτώματα αναερόβιας αναπνοής

Η αναερόβια αναπνοή είναι μια διαδικασία κατά την οποία οι οργανισμοί παράγουν ενέργεια χωρίς οξυγόνο. Ξεκινά με τον ίδιο τρόπο που κάνει η αερόβια αναπνοή, με την παραγωγή γλυκόζης, πυροσταφυλικού και ενός δεύτερου μορίου πυροσταφυλικού. Η γλυκόλυση παράγει 2 ATP από ένα μόριο υδατάνθρακα, αλλά η ζύμωση είναι μια εντελώς διαφορετική διαδικασία. Παρακάμπτει τα στάδια απελευθέρωσης ηλεκτρονίων και παράγει πυροσταφυλικό άλας, το τελικό προϊόν της ζύμωσης.

Η πιο κοινή βιομηχανική ζύμωση είναι η παραγωγή αιθανόλης με χρήση μαγιάς (S. cerevisiae). Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η γλυκόζη μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό οξύ, το οποίο είναι ένας μεταβολίτης που παράγεται από μια διαδικασία γνωστή ως μερική οξείδωση. Επιπλέον, το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η διαδικασία παράγει ξύδι και άλλα ζυμώσιμα τρόφιμα.

Στην αναερόβια αναπνοή, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι το διοξείδιο του άνθρακα και όχι το μοριακό οξυγόνο. Διαφορετικοί τύποι οργανισμών χρησιμοποιούν διαφορετικούς τελικούς δέκτες ηλεκτρονίων. Τα μεθανογόνα βακτήρια, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα και παράγουν αέριο μεθάνιο ως υποπροϊόν. Η αναερόβια και η αναπνοή ζύμωσης συμβαίνουν απουσία οξυγόνου, που περιλαμβάνει γλυκόλυση. Τα τελικά προϊόντα και των δύο τύπων αναπνοής είναι το διοξείδιο του άνθρακα και η αιθανόλη.

Από την άλλη πλευρά, οι αναερόβιες διεργασίες παράγουν ATP πιο αργά και αποτελούν την κύρια πηγή ενέργειας για το σώμα. Η αερόβια αναπνοή παράγει περισσότερο ATP, αλλά η διαδικασία είναι πιο αργή και λιγότερο αποτελεσματική. Κατά τη διάρκεια της έντονης άσκησης, η ζύμωση απελευθερώνει γαλακτικό οξύ που διατηρεί τα κύτταρα ανέπαφα σε περιόδους υποοξυγόνωσης. Η συσσώρευση γαλακτικού οξέος μπορεί να προκαλέσει μυϊκό πόνο και κόπωση.

Η αναερόβια και η αναπνοή ζύμωσης περιλαμβάνει την παραγωγή ATP και άλλων βασικών ουσιών. Το ATP παράγεται και στις δύο οδούς. Η αναερόβια αναπνοή συμβαίνει σε οργανισμούς που δεν έχουν οξυγόνο. Το τελευταίο χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα ως τερματικό δέκτη ηλεκτρονίων. Απελευθερώνουν επίσης μεθάνιο, ένα υποπροϊόν της αναερόβιας αναπνοής. Πολλά βακτήρια και μύκητες χρησιμοποιούν αναερόβια αναπνοή, παρατείνοντας τη ζωή του κυττάρου όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο.

Leave a Reply

Your email address will not be published.