Αναερόβια αναπνοή vs ζύμωση

Αναερόβια Αναπνοή εναντίον Ζύμωσης

Η διαφορά μεταξύ ζύμωσης και αναερόβιας αναπνοής έγκειται στη διαδικασία οξείδωσης. Κατά τη διάρκεια του τελευταίου, το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται ως δέκτης ηλεκτρονίων. Η πρώτη, ωστόσο, παράγει περισσότερη ενέργεια από την αναερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί χουμικές ουσίες ως δότες ηλεκτρονίων και διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων. Ενώ το τελευταίο, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα ως δότη ηλεκτρονίων, δεν είναι συνηθισμένο στη φύση.

αερόβια αναπνοή απελευθερώνει περισσότερη ισχύ από την αναερόβια αναπνοή

Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ της αναερόβιας και της αερόβιας αναπνοής είναι ότι οι αερόβιες διεργασίες παράγουν περισσότερο ATP ανά μονάδα γλυκόζης. Παρά τη χαμηλότερη θεωρητική απόδοση της αερόβιας αναπνοής, έχει σταθερά περισσότερη ενέργεια από τις αναερόβιες διεργασίες. Η παραγωγή ATP σε αερόβιους οργανισμούς είναι πολύ πιο αποτελεσματική από ό,τι στις αναερόβιες διεργασίες. Για παράδειγμα, οι αερόβιοι οργανισμοί παράγουν περίπου 36 φορές περισσότερο ATP ανά γραμμάριο γλυκόζης από τους αναερόβιους αντίστοιχους.

Η διάσπαση των αναπνευστικών υποστρωμάτων σε αερόβια και αναερόβια κύτταρα λαμβάνει χώρα με σταδιακό τρόπο. Κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής, το οξυγόνο και η γλυκόζη συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ενέργεια και να παράγουν υποπροϊόντα όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό. Στα αναερόβια συστήματα, απαιτείται οξυγόνο για την κυτταρική αναπνοή και οι αναερόβιες διεργασίες έχουν περιορισμένο πεδίο εφαρμογής. Ενώ και οι δύο μέθοδοι απελευθερώνουν ενέργεια, η τελευταία είναι πολύ πιο αποτελεσματική και παράγει λιγότερο γαλακτικό οξύ.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η αερόβια αναπνοή απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια από την αναερόβια αναπνοή. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος, ο οργανισμός παράγει δύο ATP ανά μόριο γλυκόζης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την επέκταση του γαλακτικού οξέος στους μύες, με αποτέλεσμα να αισθάνονται κούραση και πόνο. Η αναερόβια αναπνοή οδηγεί επίσης σε συσσώρευση γαλακτικού οξέος στα μυϊκά κύτταρα. Αυτά τα τοξικά απόβλητα μειώνουν την ικανότητα του κυττάρου να επεξεργάζεται θρεπτικά συστατικά και ενέργεια, προκαλώντας κόπωση και μυϊκό πόνο. Οι αερόβιες διεργασίες απελευθερώνουν περισσότερη ισχύ από την αναερόβια αναπνοή και η κυκλοφορία του αίματος απομακρύνει τα απόβλητα.

Η πιο κρίσιμη διαφορά μεταξύ αερόβιας και αναερόβιας αναπνοής είναι ο τρόπος με τον οποίο διασπάται η γλυκόζη. Η αερόβια διαδικασία απελευθερώνει περισσότερο ATP από την αναερόβια αναπνοή, αλλά απελευθερώνει περισσότερη γλυκόζη και νερό. Αυτές οι δύο διαδικασίες είναι ζωτικής σημασίας για την καλή λειτουργία των ανθρώπινων κυττάρων. Ωστόσο, είναι πολύ διαφορετικά. Αν και η αναερόβια αναπνοή απελευθερώνει περισσότερη γλυκόζη, η αναερόβια αναπνοή δημιουργεί περισσότερο CO2, το οποίο είναι άχρηστο για τα ανθρώπινα κύτταρα.

Όταν η γήινη ατμόσφαιρα εξαντλήθηκε από το οξυγόνο, αναπτύχθηκαν τόσο η αναερόβια όσο και η αερόβια αναπνοή. Καθώς τα αυτότροφα άρχισαν να κυριαρχούν στο περιβάλλον, απελευθέρωσαν μεγάλες ποσότητες οξυγόνου μέσω της φωτοσύνθεσης. Το ATP είναι μια σημαντική πηγή ενέργειας στην αερόβια αναπνοή, ενώ η αναερόβια αναπνοή απαιτεί οξυγόνο. Αυτές οι δύο μέθοδοι είναι συμπληρωματικές μεταξύ τους. Κάθε ένα είναι απαραίτητο για την κυτταρική υγεία, αλλά το καθένα είναι καλύτερο για το περιβάλλον.

Η αερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί χουμικές ουσίες ως δότες ηλεκτρονίων

έχουν διερευνηθεί ως TEA για την αναερόβια αναπνοή. Οι χουμικές ουσίες είναι εξαιρετικά πολυμερισμένες φυσικές ενώσεις με υψηλό μοριακό βάρος αλλά χαμηλή βιοδιασπασιμότητα. Σχηματίζονται κατά την αποσύνθεση των φυτικών υλικών και έχουν μεγάλους χρόνους παραμονής στο περιβάλλον, έως και 500 χρόνια. Οι χουμικές ουσίες βοηθούν επίσης τα βακτήρια στη μείωση των οργανικών ρύπων. Επομένως, οι χουμικές ουσίες είναι πολύτιμοι δότες ηλεκτρονίων στην αναερόβια αναπνοή.

Οι χουμικές ουσίες όπως τα TEA στην αναερόβια αναπνοή έχουν πολλά οφέλη για τους μικροβιακούς οργανισμούς. Αυτές οι ουσίες δεν είναι ευαίσθητες σε μικροβιακή αποικοδόμηση, αλλά ορισμένοι μικροοργανισμοί τις χρησιμοποιούν ως δότες ηλεκτρονίων και παράγουν ενέργεια για ανάπτυξη. Η χουμική αναγωγή μπορεί να ενισχύσει την ικανότητα των μικροβιακών οργανισμών να μειώνουν άλλους δέκτες ηλεκτρονίων.

Στη μελέτη των χουμικών οξέων, οι μικροβιακές αναγωγές των χουμικών ουσιών μπορούν να παρέχουν τα απαιτούμενα ηλεκτρόνια για οξειδωτικές και αναγωγικές αντιδράσεις. Η ικανότητα οξειδοαναγωγής του χουμικού οξέος είναι πολύ υψηλή στο ανώτερο στρώμα του ιζήματος και μειώνεται στο ελάχιστο στη ζώνη μείωσης των θειικών. Από την άλλη, η ειδική αναγωγική ικανότητα αυξάνεται με το βάθος.

Τα βακτήρια που ζυμώνουν και αναπνέουν αλογόνο μπορούν να χρησιμοποιήσουν χουμικές ουσίες ως δότες ηλεκτρονίων. Η διαδικασία ζύμωσης απαιτεί χουμικά οξέα ως πηγή ηλεκτρονίων οξείδωσης. Σε αυτή τη μελέτη, τα βακτήρια ζύμωσης και αλογονοπνεύματος μείωσαν και τα δύο το χουμικό οξύ. Επιπλέον, τα χουμικά οξέα χρησιμεύουν ως εναλλακτικοί τερματικοί δέκτες ηλεκτρονίων στην αναερόβια αναπνοή.

Η αερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων

Όταν το οξυγόνο δεν είναι διαθέσιμο, οι οργανισμοί χρησιμοποιούν ανόργανα μόρια ως δέκτη ηλεκτρονίων, γνωστή ως αναερόβια αναπνοή. Αυτές οι διεργασίες είναι απαραίτητες για τους βιογεωχημικούς κύκλους, καθώς αυτά τα μόρια έχουν χαμηλότερο δυναμικό μείωσης από το οξυγόνο. Αν και η αναερόβια αναπνοή είναι λιγότερο αποτελεσματική από την αερόβια αναπνοή, είναι απαραίτητη για ορισμένους οργανισμούς. Για παράδειγμα, το Pseudomonas stutzeri είναι ένα κρίσιμο συστατικό της απονιτροποίησης, μιας διαδικασίας που απαιτεί οξυγόνο για να λάβει χώρα.

Κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής, η ενέργεια στα μόρια του σακχάρου μετατρέπεται σε ATP, το νόμισμα του κυττάρου. Κάθε μόριο σακχάρου δίνει περίπου 38 μόρια ATP σε αυτή τη διαδικασία. Επιπλέον, αυτή η διαδικασία παράγει επίσης διοξείδιο του άνθρακα και νερό, ένα υποπροϊόν της χημειόσμωσης. Αυτός ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι το οξυγόνο. Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι ένα πολύπλοκο σύστημα ενζύμων που είναι ενσωματωμένα στην κυτταρική μεμβράνη που μεταφέρουν ηλεκτρόνια στο οξυγόνο.

Στη διαδικασία, η γλυκόζη διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού. Αυτή η απελευθέρωση ηλεκτρονίων επιτρέπει στους οργανισμούς να παράγουν υψηλά επίπεδα ATP. Αυτή η διαδικασία παρακάμπτει επίσης τα στάδια της διαδικασίας απελευθέρωσης ηλεκτρονίων και παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Η μέθοδος επιτρέπει ταχύτερη ανάπτυξη και υψηλότερη βιομάζα ανά mole ενεργειακού υποστρώματος. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο η αερόβια αναπνοή.

Η αναερόβια αναπνοή είναι μια μορφή μετατροπής ενέργειας που συμβαίνει χωρίς οξυγόνο. Είναι απαραίτητο για τη ζωή στη Γη. Επιτρέπει στους οργανισμούς να αποθηκεύουν ενέργεια και να τη μετατρέπουν σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Αν και παράγει απόβλητα, η αερόβια ισχύς μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το κύτταρο και αφήνει λίγο οξυγόνο στο περιβάλλον. Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα της αναερόβιας αναπνοής. Ένα από αυτά είναι ότι επιτρέπει στους οργανισμούς να ζουν σε περιβάλλον με έλλειψη οξυγόνου.

Η διαδικασία παράγει 38 ATP και πλήρη οξείδωση των υδατανθράκων. Εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Η αναερόβια αναπνοή παράγει διοξείδιο του άνθρακα, θείο και αέρια αζώτου. Και οι δύο τύποι αναπνοής έχουν ενέργεια παρέχοντας ηλεκτρόνια στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων στα μιτοχόνδρια. Ωστόσο, η αερόβια αναπνοή είναι πιο αργή από την αναερόβια. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει στους περισσότερους ανώτερους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων και των ζώων.

Τα μεθανογόνα βακτήρια χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων στην αναερόβια αναπνοή

Η μεθανογένεση συμβαίνει όταν τα μεθανογόνα βακτήρια χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων σε μια αντίδραση αναερόβιας αναπνοής. Η διαδικασία ελέγχεται από διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της διαθεσιμότητας θρεπτικών ουσιών και της θερμοκρασίας. Οι πολύ μειωμένες συνθήκες ευνοούν τη μεθανογένεση. Η μεθανογένεση μπορεί να διεγερθεί με την πειραματική προσθήκη υδρογόνου και οργανικής ύλης. Ωστόσο, η μεθανογένεση γενικά μειώνεται με βάθος κάτω από την οξική-ανοξική διεπιφάνεια.

Αυτή η ανακάλυψη είναι σύμφωνη με προηγούμενες αναφορές ότι τα μεθανογόνα βακτήρια χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως δότη ηλεκτρονίων στην αναερόβια αναπνοή. Επιπλέον, αρκετά άλλα μικροβιακά είδη, όπως το Desulfovibrio και το Desulfuromonas, μειώνουν επίσης το διοξείδιο του άνθρακα. Από την άλλη πλευρά, τα μεθανογόνα αρχαία μειώνουν το διοξείδιο του άνθρακα σε οξικό και μεθάνιο. Χρησιμοποιούν υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα ως δότες ηλεκτρονίων για να επιτύχουν έναν συντροφικό τρόπο ζωής.

Διάφοροι άλλοι προκαρυώτες εμπλέκονται επίσης σε αναερόβια αναπνοή. Αυτοί οι οργανισμοί χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων για να οξειδώσουν το NADH, ένα μόριο που μπορεί να βρεθεί στο έδαφος και στις πεπτικές οδούς των μηρυκαστικών. Από την άλλη πλευρά, τα βακτήρια που μειώνουν τα θειικά χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων στην αναερόβια αναπνοή οξειδώνοντας θειικά σε υδρόθειο. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο αναπαράγουν το NAD+ από το NADH.

Τόσο τα μεθανογόνα όσο και τα ετερότροφα βακτήρια χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως πηγή ενέργειας κατά την αναερόβια αναπνοή. Η τελευταία έχει ως αποτέλεσμα περισσότερη ATP ανά μόριο σακχάρου από τη ζύμωση και παράγει λιγότερα τοξικά τελικά προϊόντα. Ωστόσο, ο τελευταίος είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος χρήσης του διοξειδίου του άνθρακα. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ποσότητα οξυγόνου στο νερό είναι περιορισμένη. Ως εκ τούτου, η παροχή οξυγόνου σε αερόβια βακτήρια είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη.

Τα μεθανογόνα βακτήρια χρησιμοποιούν επίσης διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων στην αναερόβια αναπνοή. Αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικά αποτελεσματική για την παραγωγή βιοαερίου. Επομένως, τα μεθανογόνα βακτήρια έχουν υψηλότερο μεταβολικό ρυθμό από τα αερόβια βακτήρια. Το δυναμικό οξειδοαναγωγής του διοξειδίου του άνθρακα στην αναερόβια αναπνοή είναι υψηλότερο από αυτό των βακτηρίων γαλακτικού οξέος. Επομένως, απαιτείται μεγαλύτερη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή μεθανίου.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *