Ζύμωση vs αναερόβια αναπνοή

Ζύμωση Vs. Αναερόβιος Μεταβολισμός

Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε τη ζύμωση vs. αναερόβιος μεταβολισμός, η εξέλιξη του αναερόβιου μεταβολισμού, οι λειτουργίες της ζύμωσης γαλακτικού οξέος έναντι της αλκοολικής ζύμωσης και η διαδικασία αναγωγής των θειικών σε αυτές τις διεργασίες. Τα δεδομένα που παραδίδονται θα σας βοηθήσουν να αποφασίσετε ποια τεχνική θα χρησιμοποιήσετε. Ας ξεκινήσουμε! Πριν διαβάσετε, καταλάβετε ότι η ζύμωση μετατρέπει τα σάκχαρα σε ενέργεια.

Διαφορές μεταξύ ζύμωσης και αναερόβιας αναπνοής

Η κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο για τη διάσπαση των σακχάρων. Η ζύμωση, από την άλλη, δεν χρειάζεται οξυγόνο. Και οι δύο μέθοδοι παράγουν ενέργεια με τη μορφή ATP. Κατά την αναγέννηση του NAD+, η ζύμωση απελευθερώνει δύο μονάδες ενέργειας, ενώ η κυτταρική αναπνοή απελευθερώνει 38. Και οι δύο προσεγγίσεις είναι απαραίτητες για τη διατήρηση της ζωής, αλλά έχουν ξεχωριστά χαρακτηριστικά. Μάθετε περισσότερα για τη ζύμωση και την αναερόβια αναπνοή για να μάθετε ποια μέθοδος είναι καλύτερη για τα κύτταρά σας.

Η σημαντική διαφορά μεταξύ της ζύμωσης και της αναερόβιας αναπνοής είναι ότι η αναερόβια αναπνοή απαιτεί έναν τερματικό δέκτη ηλεκτρονίων (εξωγενής) ενώ η ζύμωση χρησιμοποιεί έναν ενδογενή. Η ζύμωση χρησιμοποιεί γλυκόζη και πυροσταφυλικό ως καύσιμο, ενώ η γλυκόλυση το μετατρέπει σε Acetyl Co-A και εισέρχεται στον κύκλο του Kreb. Η αναερόβια αναπνοή, από την άλλη πλευρά, διασπά τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό. Αν και η τελευταία είναι η πιο ανεπτυγμένη εμπορικά, και οι δύο διαδικασίες παράγουν ενέργεια από τα απόβλητα.

Και οι δύο μέθοδοι παράγουν ATP από τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που μεταφέρονται από το NADH και το FADH2. Ωστόσο, στην αναερόβια αναπνοή, ο κυτταρικός μεταβολισμός δεν περιλαμβάνει τη χρήση της διαδικασίας οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Αντίθετα, το ATP παράγεται με γλυκόλυση και η αναερόβια αναπνοή απαιτεί οξυγόνο. Μια κρίσιμη διάκριση μεταξύ ζύμωσης και αναερόβιας αναπνοής είναι η παραγωγή ΑΤΡ. Και στις δύο διαδικασίες, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι ένα οργανικό μόριο. Οι ζυμωτές παράγουν δύο μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης που καταναλώνουν.

Και οι δύο μέθοδοι βασίζονται σε υδατάνθρακες για την παραγωγή ενέργειας. Στην αναερόβια αναπνοή, οι οργανισμοί χρησιμοποιούν δέκτες ηλεκτρονίων έξω από το κύτταρο. Εκτός από τη ζύμωση των σακχάρων, μπορούν επίσης να ακολουθήσουν τη γλυκόλυση, μια διαδικασία κατά την οποία η γλυκόζη και άλλα σάκχαρα διασπώνται για να σχηματίσουν τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), την πηγή ενέργειας για τα κύτταρα.

Η αναερόβια και η αερόβια αναπνοή παράγουν ΑΤΡ. Κατά την αερόβια αναπνοή, το οξυγόνο χρησιμοποιείται ως δέκτης ηλεκτρονίων, ενώ μια οργανική ένωση χρησιμεύει ως τερματικός δέκτης στην αναερόβια αναπνοή. Στην αναερόβια αναπνοή, το πυροσταφυλικό παραμένει στο κύτταρο και η ζύμωση χρησιμοποιείται για την παραγωγή αιθανόλης και αερίου. Ωστόσο, και στις δύο περιπτώσεις, το οξυγόνο δεν είναι απαραίτητο.

Εξέλιξη της αναερόβιας αναπνοής

Ενώ τα βακτήρια που αγαπούν το οξυγόνο προτιμούν περιβάλλοντα πλούσια σε οξυγόνο, οι αναερόβιοι οργανισμοί έχουν εξελιχθεί για να χρησιμοποιούν τη γλυκόζη ως κύρια πηγή ενέργειας. Αυτή η διαδικασία οφείλεται σε επιλεκτικές δυνάμεις από τον ανταγωνισμό με τα βακτήρια. Εκτός από την ταχεία κατανάλωση γλυκόζης, η παραγωγή αιθανόλης απαιτεί και αναερόβια αναπνοή. Αυτή η διαδικασία είναι μια διαδικασία πολλαπλών βημάτων που ξεκίνησε πριν από την WGD.

Αυτή η διαδικασία μειώνει τα σάκχαρα στα κύτταρα της ζύμης και των θηλαστικών για να παράγουν αλκοόλ και CO2. Η αιθανόλη είναι το υποπροϊόν αυτής της αντίδρασης. Η αιθανόλη παράγεται με τη μετατροπή του μορίου ακεταλδεΰδης δύο άνθρακα σε αιθανόλη. Αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα τόσο των προκαρυωτικών όσο και των ευκαρυωτικών κυττάρων, αλλά το πυροσταφυλικό δεν εισέρχεται στα μιτοχόνδρια.

Η αναερόβια αναπνοή ξεκινά με τη γλυκόλυση, η οποία περιλαμβάνει τη χρήση μιας αναερόβιας αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων για τη δημιουργία 2 ATP από ένα μόριο υδατανθράκων. Η αναερόβια αναπνοή συνεχίζει παρόμοια με την αερόβια αναπνοή, αν και είναι πολύ πιο αποτελεσματική με οργανικά μόρια ως δέκτες ηλεκτρονίων. Το μόριο οξυγόνου είναι επίσης ένας τελικός δέκτης ηλεκτρονίων κατά τις αναερόβιες διεργασίες.

Με την αυξανόμενη ποσότητα οξυγόνου στο περιβάλλον, οι αναερόβιοι οργανισμοί άρχισαν να χρησιμοποιούν το οξυγόνο ως πηγή καυσίμου. Η πρόσθετη ενέργεια από την οξείδωση τους επέτρεψε να μεγαλώσουν και να προσαρμοστούν γρηγορότερα σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Αν και εξακολουθούν να υπάρχουν σε ορισμένα μέρη, οι περισσότεροι ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούν οξυγόνο. Ωστόσο, πολλά είδη βακτηρίων χρησιμοποιούν μόνο αναερόβια αναπνοή και δεν μπορούν να επιβιώσουν σε περιβάλλοντα πλούσια σε οξυγόνο.

Η αναερόβια αναπνοή συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών οργανισμών. Σε αντίθεση με τους αερόβιους οργανισμούς, αυτοί οι μικροοργανισμοί προτιμούν το οξυγόνο ως δέκτη ηλεκτρονίων. Όταν το οξυγόνο δεν είναι διαθέσιμο, χρησιμοποιούν ένα δεύτερο μονοπάτι που ονομάζεται ζύμωση για την παραγωγή ενέργειας. Ωστόσο, σε αντίθεση με τους αερόβιους οργανισμούς, τα αναερόβια κύτταρα δεν έχουν εξειδικευμένα οργανίδια. Επομένως, οι αναερόβιοι μικροοργανισμοί δεν δημιουργούν βαθμίδα πρωτονίων.

Διαφορετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν τη ζύμωση για να παράγουν NAD+, έναν πρόδρομο του ATP. Χωρίς αυτό, το έκτο στάδιο της γλυκόλυσης δεν θα ήταν δυνατό. Τελικά, η ζύμωση δεν θα μπορούσε να παράγει ATP χωρίς τα μονοπάτια και το πλούσιο σε ενέργεια υπόστρωμα. Αλλά αυτό είναι μια προσωρινή φάση. Είναι απαραίτητο για τη συνεχή ανάπτυξη του οργανισμού και των προϊόντων του. Η διαδικασία πρέπει να βελτιστοποιηθεί για να αποδώσει την υψηλότερη ποσότητα αιθανόλης.

Λειτουργίες ζύμωσης γαλακτικού οξέος έναντι αλκοολικής ζύμωσης Η ζύμωση με

γαλακτικό οξύ είναι μια μεταβολική λειτουργία κατά την οποία η γλυκόζη μετατρέπεται σε γαλακτικό, μια χημική ουσία που είναι απαραίτητη για την κυτταρική ενέργεια. Δύο κύρια στάδια εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία, που συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα. Το πρώτο βήμα είναι η γλυκόλυση που μετατρέπει τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό, ένα μόριο τριών άνθρακα. Εκτός από τη δημιουργία γαλακτικού οξέος, αυτή η διαδικασία παράγει δύο μόρια NADH και τέσσερα μόρια ATP.

Τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος διασπούν τα σάκχαρα σε γαλακτικό και κυτταρική ενέργεια χωρίς οξυγόνο. Δεν απαιτούν οξυγόνο και μπορούν επίσης να παράγουν άλλες ενώσεις. Ενώ ορισμένα στελέχη βακτηρίων γαλακτικού οξέος μπορούν να κάνουν και τις δύο αντιδράσεις, αυτή η διαδικασία είναι πιο κοινή στους ανθρώπους. Ο Lactobacillus acidophilus είναι ένα παράδειγμα ενός τύπου βακτηρίων που παράγουν γαλακτικό οξύ. Τα βακτήρια γαλακτικού οξέος βρίσκονται φυσικά σε ορισμένα τρόφιμα και χρησιμοποιούνται για την παρασκευή ποτών που έχουν υποστεί ζύμωση.

Οι ζύμες μπορούν να παράγουν αλκοόλ μέσω αλκοολικής ζύμωσης, καθώς μπορούν να ζυμώσουν τα σάκχαρα στους χυμούς φρούτων. Για παράδειγμα, ο χυμός σταφυλιού περιέχει σάκχαρα που ζυμώνονται από ζυμομύκητες. Από την άλλη πλευρά, η ζύμωση γαλακτικού παράγει γαλακτικό και χρησιμοποιείται στην παραγωγή τυριού. Το γαλακτικό σχηματίζεται όταν ορισμένα βακτήρια μετατρέπουν τη λακτόζη στο γάλα σε γαλακτικό οξύ και οξικό οξύ.

Τα βακτήρια γαλακτικού οξέος είναι κυρίως υπεύθυνα για τη γεύση και την υφή των τροφίμων που έχουν υποστεί ζύμωση, συμπεριλαμβανομένου του γιαουρτιού. Παράγουν επίσης τρύπες στο τυρί και μπορούν να βρεθούν σε γαλακτοκομικά προϊόντα. Επιπλέον, τα βακτήρια αυτής της οικογένειας μπορούν να προκαλέσουν το σχηματισμό πάστες και σάλτσες με βάση το κρέας. Εκτός από τα γαλακτοκομικά προϊόντα, είναι επίσης ζωτικής σημασίας για την παραγωγή αλκοολούχων ποτών. Και μια τελική διάκριση μεταξύ των δύο τύπων ζύμωσης είναι η θερμοκρασία.

Ο απλούστερος τρόπος για να κατανοήσετε πώς παράγεται το γαλακτικό οξύ και γιατί χρησιμοποιείται στην παραγωγή κρασιού είναι εξετάζοντας τους διαφορετικούς τρόπους που το χρησιμοποιούν τα ανθρώπινα κύτταρα. Για παράδειγμα, οι μύες μπορούν να παράγουν γαλακτικό οξύ όταν στερούνται οξυγόνου. Εξαιτίας αυτού, παρέχει έναν τρόπο στους μύες να λαμβάνουν ATP χωρίς οξυγόνο. Το γαλακτικό οξύ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία τροφίμων για την παραγωγή τυριού, γιαουρτιού, ξινολάχανου, κεφίρ και άλλων τροφίμων για να προσδώσει μια ξινή γεύση στα τρόφιμα.

Διαδικασία μείωσης των θειικών στη ζύμωση γαλακτικού οξέος έναντι της αλκοολικής ζύμωσης

Στη βιομηχανία τροφίμων, η ζύμωση γαλακτικού οξέος δημιουργεί ποτά, όπως η μπύρα. Η διαδικασία παράγει αιθανόλη. Αυτό το αλκοολούχο ποτό μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε ζύμωση γαλακτικού οξέος και αναερόβια ζύμωση. Η μέθοδος της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος γίνεται στα σάκχαρα, γνωστά ως γλυκόζη, από βακτήρια. Το γαλακτικό παράγεται ως υποπροϊόν. Η γλυκόζη μπορεί να μετατραπεί σε αιθανόλη με μια διαδικασία γνωστή ως γλυκόλυση. Η γλυκόλυση παράγει δύο μόρια πυροσταφυλικού, τα οποία απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα και παράγουν ακεταλδεΰδη, η οποία παίρνει ιόντα υδρογόνου από το NADH, έναν συμπαράγοντα στη σύνθεση αιθανόλης.

Η διαδικασία αναγωγής των θειικών έχει μελετηθεί τόσο σε περιβάλλοντα γαλακτικού οξέος όσο και σε περιβάλλον αλκοολικής ζύμωσης. Ανακαλύφθηκε ότι ορισμένα βακτήρια, όπως η υποομάδα Desulfotomaculum Ih, μπορούν να ευδοκιμήσουν σε περιβάλλοντα με χαμηλές συγκεντρώσεις υδρογόνου. Τα βακτήρια αυτού του είδους έχουν εξελιχθεί για να προσαρμόζονται σε αυτά τα περιβάλλοντα χαμηλής περιεκτικότητας σε θειικά, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να παράγουν μπύρα και άλλα προϊόντα.

Σε μεθανογόνα περιβάλλοντα, τα βακτήρια που μειώνουν τα θειικά είναι διαδεδομένα αλλά δεν είναι ανταγωνιστικά υποστρώματα. Τα μεθανογόνα μεθανογόνα έχουν μετατρέψει τη μεθυλαμίνη και τη μεθανόλη σε ιζήματα στον κόλπο του Aarhus, στη Δανία, όπου αυτά τα βακτήρια είναι άφθονα. Παρά την έλλειψη ανταγωνισμού τους, μπορούν να καθαρίσουν νανομοριακό υδρογόνο από μεθανογόνα κύτταρα.

Η διαδικασία μείωσης των θειικών στην αλκοολική ζύμωση έναντι της ζύμωσης με γαλακτικό οξύ ποικίλλει σημαντικά. Στη διαδικασία ζύμωσης γαλακτικού οξέος, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι το πυροσταφυλικό. Στην αναερόβια ζύμωση, η ακεταλδεΰδη είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων. Και οι δύο τύποι ζύμωσης δημιουργούν αλκοόλ. Η διαφορά μεταξύ των δύο είναι το υποπροϊόν. Η αλκοολική ζύμωση παράγει αιθανόλη.

Οι διαδικασίες της ζύμωσης γαλακτικού οξέος και της αλκοολικής ζύμωσης είναι παρόμοιες στις κύριες εφαρμογές τους. Το πρώτο χρησιμοποιείται στη γαλακτοβιομηχανία για την παραγωγή τυριού και γιαουρτιού, ενώ το δεύτερο χρησιμοποιείται για την παρασκευή κρασιού και ποτών. Και τα δύο έχουν πολλά οφέλη. Παρά τις ομοιότητες στις δύο διαδικασίες, κάθε ζύμωση έχει τα πλεονεκτήματά της. Εάν το αλκοόλ παράγεται με ζύμωση γαλακτικού οξέος, θα έχει υψηλότερη περιεκτικότητα σε αλκοόλ.

Leave a Reply

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