Γιατί η κυτταρική αναπνοή είναι πιο αποτελεσματική από τη ζύμωση

Σύγκριση της αποτελεσματικότητας της κυτταρικής αναπνοής και της ζύμωσης

Όταν συγκρίνετε την αποτελεσματικότητα της κυτταρικής αναπνοής και της ζύμωσης, είναι σημαντικό να θυμάστε ότι και οι δύο παράγουν απόβλητα, αλλά το κάνουν ελαφρώς διαφορετικά. Η κυτταρική αναπνοή οξειδώνει πλήρως τη γλυκόζη, ενώ η ζύμωση την οξειδώνει μόνο εν μέρει. Οι δύο διεργασίες συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου, αλλά παράγουν πολύ διαφορετικούς τύπους αποβλήτων. Η κύρια διαφορά έγκειται στο πώς παίρνουν τη γλυκόζη και τη διασπούν σε μικρότερα συστατικά.

Αερόβια αναπνοή

Αν και η ζύμωση και η αερόβια αναπνοή χρησιμοποιούν την ίδια πηγή άνθρακα, οι δύο διαδικασίες διαφέρουν ως προς τη χρήση γλυκόζης. Η ζύμωση χρησιμοποιεί ένα ηλεκτροχημικό σύστημα για τη δημιουργία ATP, ενώ η αερόβια αναπνοή κάνει το ATP χρησιμοποιώντας μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η ζύμωση παράγει δύο καθαρά ATP ανά γραμμάριο γλυκόζης και είναι 16 φορές λιγότερο αποτελεσματική από την κυτταρική αναπνοή. Ωστόσο, και οι δύο διαδικασίες είναι ευεργετικές. Η ζύμωση παράγει αιθανόλη, ένα συστατικό καυσίμου της βενζίνης βενζίνης, ένα υποπροϊόν της ζύμωσης.

Το σημαντικότερο όφελος της αερόβιας αναπνοής είναι η αποτελεσματικότητά της. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή ενέργειας από τη γλυκόζη μπορούν να παράγουν περισσότερο ATP ανά μόριο της ένωσης. Η αερόβια αναπνοή απαιτεί επίσης αρκετό οξυγόνο. Επομένως, ο αναερόβιος οργανισμός χρειάζεται συνεχή παροχή οξυγόνου για να εκτελέσει τη διαδικασία. Η αερόβια αναπνοή παράγει επίσης περισσότερο ακετυλοσυνένζυμο Α από έναν κυτταρικό οργανισμό, που σημαίνει ότι μπορεί να χρησιμοποιήσει περισσότερο από το μόριο του σακχάρου σε έναν κύκλο.

Υπολείμματα πυροσταφυλικού από τη γλυκόλυση

Η κυκλική οξείδωση με πυροσταφυλικό είναι ένας ουσιαστικός σύνδεσμος μεταξύ της γλυκόλυσης και των διαδικασιών κυτταρικής αναπνοής. Το υπόλοιπο γλυκόζης μεταφέρεται στα μιτοχόνδρια, όπου υφίσταται οξείδωση. Η αντίδραση περιλαμβάνει την απελευθέρωση CO2 και την οξείδωση δύο ανθράκων από μόρια πυροσταφυλικού. Αυτό είναι γνωστό ως ακετυλο CoA και η διαδικασία είναι αποτελεσματική επειδή το πυροσταφυλικό μπορεί να εισέλθει στον κύκλο του κιτρικού οξέος.

Το ATP που παράγεται από τη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής αποθηκεύεται στις εσωτερικές αποθήκες ενέργειας του σώματος. Η κυτταρική αναπνοή μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα διακριτά βήματα. Το πρώτο βήμα είναι η γλυκόλυση, η οποία διασπά το μόριο γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού τριών άνθρακα. Μια μορφή χωρίς άνθρακα δημιουργείται στο υπόλειμμα πυροσταφυλικού σε ένα ενδιάμεσο στάδιο. Η δεύτερη φάση είναι ο κύκλος του Krebs, που χωρίζει το μόριο πυροσταφυλικού σε δύο μόρια διοξειδίου του άνθρακα ενός άνθρακα. Αυτές οι αντιδράσεις απελευθερώνουν ενέργεια από τη γλυκόζη, μεταφέροντάς την σε άλλα μόρια του σώματος. Δύο από αυτά τα μόρια είναι το ATP και το NADH.

Στην αερόβια αναπνοή, τα κύτταρα χρησιμοποιούν οξυγόνο για να παράγουν ενέργεια. Αντίθετα, η αναερόβια αναπνοή πραγματοποιείται χωρίς οξυγόνο. Απαιτείται μια νέα βιοχημική οδός για αυτό. Η αερόβια αναπνοή είναι η διαδικασία επιλογής για τη γλυκόλυση επειδή επιτρέπει στο πυροσταφυλικό που απομένει από τη γλυκόλυση να εισέλθει στο μιτοχόνδριο, το οποίο μπορεί να οξειδωθεί πλήρως από τον κύκλο του Krebs.

NADH

Στην αερόβια αναπνοή, η γλυκόζη διασπάται και μετατρέπεται σε CO2 και NAD+. Η ενέργεια που απελευθερώνεται μεταφέρεται στο ATP με το γεγονός της φωσφορυλίωσης. Η αντίδραση οξείδωσης συμβαίνει όταν χάνονται ηλεκτρόνια από ένα οργανικό μόριο πλούσιο σε υδρογόνο. Στη συνέχεια, το ATP δημιουργείται μετακινώντας τα σε διαφορετικό οργανικό μόριο ή σε διαφορετικό μέρος του ίδιου μορίου. Αυτή η διαδικασία παράγει περισσότερο NAD+. Ορισμένα οργανικά μόρια απεκκρίνονται στο μέσο, ​​ενώ άλλα διατηρούνται από το κύτταρο για βιοσύνθεση.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την αερόβια αναπνοή είναι 19 φορές μεγαλύτερη από την αναερόβια αναπνοή. Μια σειρά κάνει ATP αντιδράσεων που συνεχίζονται στο κυτταρόπλασμα και στα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών κυττάρων. Μετά τη διάσπαση της γλυκόζης, το πυροσταφυλικό μεταφέρεται μέσω της μιτοχονδριακής μεμβράνης, όπου μετατρέπεται σε ακετυλο-CoA με μια διαδικασία που ονομάζεται πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση.

FADH2

είναι μια διαδικασία παραγωγής ενέργειας που μετατρέπει τους υδατάνθρακες σε ATP και νερό. Ένα μόριο γλυκόζης αφαιρείται από το εσωτερικό του κυττάρου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Το άλλο μόριο, το πυροσταφυλικό, μετατρέπεται σε ακετυλο-CoA με μια χημική αντίδραση με το συνένζυμο Α. Τα δύο προϊόντα είναι το νερό και το ATP, και η ενέργεια που αποκτάται σε αυτή τη διαδικασία ανακατευθύνεται στον αναβολισμό άλλων βιοχημικών μορίων.

Το ATP αφήνει την κυτταροπλασματική μεμβράνη του κυττάρου στον κύκλο του Krebs και αντιδρά με το CO2 για να σχηματίσει 2 ATP και ένα NADH. Στη συνέχεια, το NADH τραβά τα ηλεκτρόνια από την αναγωγάση NADH, μεταφέροντάς τα στο FAD. Το NAD+ στη συνέχεια οξειδώνεται για να παραχθεί το FADH2, το αστέρι της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Στη συνέχεια, το ATP φεύγει από το κελί μέσω του καναλιού ATP.

Το δεύτερο βήμα στον κύκλο του Krebs είναι η παραγωγή FADH2. Αυτό το μόριο σχηματίζεται όταν ένα οξύ που ονομάζεται κιτρικό οξύ αντιδρά με ένα μόριο τεσσάρων άνθρακα που ονομάζεται ΟΑΑ. Αυτό το μόριο στη συνέχεια υφίσταται μια σειρά από χημικές αντιδράσεις για να απελευθερώσει ενέργεια. Η ενέργεια από αυτή τη διαδικασία δεσμεύεται με τη μορφή ATP και άλλων ανηγμένων μορφών συνενζύμων. Ο κύκλος του κιτρικού οξέος είναι επίσης ένα αερόβιο μονοπάτι γιατί απαιτεί οξυγόνο για τα επόμενα βήματα.

Μόρια ATP

Η κυτταρική αναπνοή παράγει ενέργεια για τα κύτταρα. Τα κύτταρα αποθηκεύουν ενέργεια σε οργανικά μόρια όπως το ATP και τη χρησιμοποιούν για πολλές διεργασίες. Όταν καταναλώνεται ενέργεια, αυτή η αποθηκευμένη χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ADP, μια μορφή φωσφορικού άλατος. Τα μόρια ATP είναι σαν τα χημικά ελατήρια στα κύτταρα. Μπορούν να διασπαστούν σε μικρότερα συστατικά όταν είναι χαμηλά για να απελευθερώσουν ενέργεια για άλλες διεργασίες.

Στην αερόβια αναπνοή, τα μόρια ATP παράγονται όταν το διοξείδιο του άνθρακα και η γλυκόζη διασπώνται σε NAD+ και FADH2. Οι δύο ενώσεις δεν είναι στοιχειομετρικές, επομένως δεν είναι εύκολο να υπολογιστεί η αναλογία ATP προς NADH και FADH2. Αυτό καθιστά τη στοιχειομετρία αυτής της διαδικασίας πιο περίπλοκη. Η ζύμωση μαγιάς, από την άλλη πλευρά, παράγει αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα.

Η αναερόβια και η αερόβια αναπνοή έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Η αναερόβια αναπνοή είναι επιπρόσθετα αποτελεσματική επειδή παράγει λιγότερα μόρια ATP ανά μόριο σακχάρου από την αερόβια αναπνοή και η αναερόβια αναπνοή είναι ταχύτερη επειδή το οξυγόνο είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων. Ωστόσο, και τα δύο είναι σημαντικά για τη ζωή και έχουν επιβιώσει από σημαντικές αλλαγές στην ατμόσφαιρα. Οι δύο τύποι αναπνοής μοιράζονται πολλές ομοιότητες και είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς συνεργάζονται για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής ενέργειας.

Συνθέσεις ATP

Η κυτταρική αναπνοή περιλαμβάνει τη σύνθεση του ATP, μιας μορφής ενέργειας που απελευθερώνεται όταν ιόντα υδρογόνου ρέουν μέσω της συνθάσης ATP. Τα ιόντα υδρογόνου διαχωρίζονται από το οξυγόνο και διέρχονται από την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, όπου συνδυάζονται με ελεύθερη ενέργεια για να σχηματίσουν νερό. Αυτό στη συνέχεια αναγεννάται σε ATP, το οποίο στη συνέχεια τροφοδοτεί τις κυτταρικές δραστηριότητες. Πώς όμως συντίθεται το ATP πιο αποτελεσματικά από τη Ζύμωση;

Η διαδικασία είναι απλή. Η διαδικασία ξεκινά στα μιτοχόνδρια στα ευκαρυωτικά κύτταρα, όπου τα μόρια του πυροσταφυλικού άλατος υφίστανται μια σειρά από χημικές αντιδράσεις. Η ισχύς που εκπέμπεται από αυτές τις χημικές αντιδράσεις δεσμεύεται σε μόρια φορείς. Στο πρώτο βήμα, το NAD+ μετατρέπεται σε NAD+ και στο δεύτερο βήμα, το FAD+ μετατρέπεται σε FADH2. Το αποτέλεσμα είναι η απευθείας παραγωγή ΑΤΡ. Το δεύτερο βήμα περιλαμβάνει την οξείδωση του NAD+ σε FADH2, το αστέρι της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Η λειτουργία της κυτταρικής αναπνοής περιλαμβάνει δύο κύριες μεταβολικές οδούς: τη γλυκόλυση και τη ζύμωση. Η παρουσία οξυγόνου ρυθμίζει και τα δύο. Η ζύμωση, αντίθετα, είναι μια πιο αποτελεσματική διαδικασία. Απαιτεί λιγότερο οξυγόνο και παράγει δύο καθαρά ATP. Τα κύτταρα που χρησιμοποιούν οξυγόνο ως τερματικό δέκτη ηλεκτρονίων χρησιμοποιούν το μονοπάτι της ζύμωσης για να παράγουν ενέργεια. Η τελευταία διαδικασία είναι πολύ πιο αποτελεσματική από τη Ζύμωση και ταχύτερη από την αναπνοή.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την κυτταρική αναπνοή

Η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση είναι δύο διαδικασίες κατά τις οποίες απελευθερώνεται ενέργεια από το κύτταρο. Και οι δύο μέθοδοι είναι καθολικές σε όλους τους οργανισμούς και εξελίχθηκαν πριν αναπτυχθεί το σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων και ο κύκλος του Krebs. Η κυτταρική αναπνοή είναι ο τρόπος με τον οποίο ένα μόριο αντιδρά με το οξυγόνο για να παράγει ATP. Καθώς παράγεται περισσότερο ATP, το κύτταρο θα έχει περισσότερη ενέργεια. Το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτή την ενέργεια για να κάνει διάφορα πράγματα, συμπεριλαμβανομένης της επιδιόρθωσης ζημιών και της κατασκευής νέων κυττάρων.

Αυτή η μέθοδος δημιουργεί ισχύ με τη μορφή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Το ATP δεσμεύει τη χημική ενέργεια από τα μόρια των τροφίμων και την απελευθερώνει για να τροφοδοτήσει άλλες κυτταρικές διεργασίες. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια, σε σχήμα ράβδου διαμερίσματα που βρίσκονται σε κάθε κύτταρο. Τα μιτοχόνδρια καταλύουν μεμονωμένα βήματα στην αναπνοή και τη διατήρηση της ενέργειας. Αυτά τα οργανίδια βρίσκονται μέσα σε κάθε κυτταρική μεμβράνη. Τα μεγάλα ωάρια, για παράδειγμα, μπορεί να έχουν 200.000 μιτοχόνδρια.

Σύγκριση μεταξύ κυτταρικής αναπνοής και ζύμωσης

Με τους απλούστερους όρους, η κυτταρική αναπνοή είναι όταν οι οργανισμοί χρησιμοποιούν οξυγόνο για να διασπάσουν τα μόρια των τροφίμων και να απελευθερώσουν ενέργεια που στη συνέχεια χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει άλλες κυτταρικές διεργασίες. Από την άλλη πλευρά, η ζύμωση είναι η διαδικασία με την οποία οι οργανισμοί μετατρέπουν τη χημική ενέργεια από τα τρόφιμα σε ATP, το οποίο τροφοδοτεί άλλες κυτταρικές διεργασίες. Και οι δύο μέθοδοι παράγουν διοξείδιο του άνθρακα ως υποπροϊόντα. Η κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο για την παροχή ενέργειας, ενώ η ζύμωση όχι.

Τόσο η ζύμωση όσο και η κυτταρική αναπνοή παράγουν διοξείδιο του άνθρακα και αιθυλική αλκοόλη, δύο υποπροϊόντα αυτής της διαδικασίας. Και οι δύο διαδικασίες απαιτούν την παρουσία ανόργανου φωσφορικού, το οποίο αυξάνει τον ρυθμό διάσπασης του σακχάρου. Η ζύμωση είναι μια διαδικασία που συμβαίνει μέσα και έξω από τα κύτταρα. Η ζύμη και τα βακτήρια πραγματοποιούν ζύμωση για την παραγωγή γαλακτικού οξέος. Ωστόσο, η ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι διαφορετική από την αλκοολική ζύμωση.

Υπάρχουν δύο κύρια είδη κυτταρικής αναπνοής: η αναερόβια και η αερόβια. Η κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο για την παραγωγή ATP, ενώ η ζύμωση απαιτεί λίγο ή καθόλου οξυγόνο. Η ζύμωση παράγει μεγαλύτερη ποσότητα αποβλήτων από την κυτταρική αναπνοή. Η ζύμωση είναι επίσης μια πιο αργή διαδικασία από την κυτταρική αναπνοή. Αν και και τα δύο είναι σημαντικά για τη λειτουργία του σώματός σας, μπορεί να αναρωτιέστε τι είναι αυτό που κάνει τη Ζύμωση τόσο ευεργετική για εσάς.

Leave a Reply

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