Κυτταρική αναπνοή και ζύμωση και τα δύο

Η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση και οι δύο παράγουν ενέργεια

Υπάρχουν τρεις κύριες μεταβολικές διεργασίες για την παραγωγή ενέργειας: παραγωγή ATP, πρόσληψη οξυγόνου και αφαίρεση διοξειδίου του άνθρακα. Αυτό το άρθρο θα εξετάσει τα κύρια μεταβολικά στάδια αυτών των διεργασιών. Διαβάστε για περισσότερες πληροφορίες! Αυτό το άρθρο καλύπτει επίσης τη σημασία των διαιτητικών ινών και τον ρόλο τους στην παραγωγή ενέργειας. Εάν είστε vegan, θα πρέπει να διαβάσετε αυτό το άρθρο για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη σύνδεση μεταξύ των διαιτητικών ινών και της κυτταρικής αναπνοής.

Παραγωγή ATP

Η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση παράγουν μόρια ATP απαραίτητα για τις ενεργειακές ανάγκες ενός κυττάρου. Τα κύτταρα γενικά αποθηκεύουν ενέργεια σε οργανικά μόρια. Στη συνέχεια, τα κύτταρα απελευθερώνουν αυτή την ενέργεια μέσω της κυτταρικής αναπνοής και της ζύμωσης. Το ATP είναι ένα χημικό ελατήριο που μπορεί να διασπαστεί σε δύο μόρια: το ADP και το φωσφορικό. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται στη συνέχεια για βιοσύνθεση. Η διαδικασία παράγει αρνητικό DG, το οποίο υποδηλώνει μια αυθόρμητη αντίδραση.

Στην αερόβια αναπνοή, όλα τα κύτταρα χρειάζονται γλυκόζη και οξυγόνο για να λειτουργήσουν. Διαφορετικά όργανα και κύτταρα στο σώμα συντονίζονται για να παρέχουν αυτά τα δύο συστατικά. Η γλυκόζη λαμβάνεται από τα τρόφιμα μέσω της πέψης, ενώ τα ένζυμα μεταβολίζουν τα σάκχαρα και τα άμυλα στο στομάχι. Το αίμα στη συνέχεια απορροφά αυτά τα σάκχαρα, τα οποία χρησιμοποιούνται για άλλες διαδικασίες. Όταν η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση πραγματοποιούνται ταυτόχρονα, παράγονται μόρια ATP.

Κατά τη διάρκεια του αερόβιου καταβολισμού γλυκόζης, χρησιμοποιείται μια μέθοδος που ονομάζεται χημειόσμωση για την παραγωγή του 90 τοις εκατό της ενέργειας. Η διαδικασία αξιοποιεί την ενέργεια του ηλιακού φωτός, που ονομάζεται φωτοφωσφορυλίωση. Αυτή η διαδικασία παράγει επίσης ATP από άτομα υδρογόνου, μέρος του μορίου της γλυκόζης. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει επίσης ιόντα οξυγόνου, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιούνται από το κύτταρο για τη δημιουργία νερού. Η αερόβια αναπνοή παράγει ATP από άτομα υδρογόνου, που προηγουμένως ήταν μέρος του μορίου της γλυκόζης.

Το πυροσταφυλικό είναι το πιο κοινό ενδιάμεσο στον κύκλο του κιτρικού οξέος, μια διαδικασία 8 σταδίων σε αερόβιους οργανισμούς. Στους αερόβιους οργανισμούς, τα μόρια πυροσταφυλικού άλατος μετακινούνται από τη γλυκόλυση στο μιτοχόνδριο, σπάζοντας σε ένα πακέτο ενέργειας μεγέθους πίντας. Εκτός από την απελευθέρωση του ATP απευθείας, τα μόρια πυροσταφυλικού μετατρέπονται σε FADH2, το αστέρι της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Λήψη οξυγόνου

Η πρώτη σειρά αντιδράσεων κατά την κυτταρική αναπνοή είναι η γλυκόλυση. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η γλυκόζη διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού. Στη συνέχεια, δύο ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε δύο μόρια NAD+ και NADH και το κύτταρο απελευθερώνει δύο μόρια ATP. Η γλυκόλυση μπορεί επίσης να συμβεί χωρίς οξυγόνο. Χωρίς οξυγόνο, ο κύκλος του κιτρικού οξέος και η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων δεν μπορούν να λειτουργήσουν, επομένως το οξυγόνο είναι απαραίτητο για τη διατήρηση του ενεργειακού επιπέδου ενός κυττάρου.

Οι ανθρώπινοι μύες και τα κύτταρα ζύμης χρησιμοποιούν αυτή τη διαδικασία για να δημιουργήσουν ATP. Το ATP είναι μια σημαντική πηγή ενέργειας στο σώμα. Ένα κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει ζύμωση κατά τη διάρκεια έντονης δραστηριότητας προτού εξαντληθούν τα επίπεδα οξυγόνου. Ένα κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει τη ζύμωση κατά τη διάρκεια ενός σπριντ για να αντικαταστήσει κάποια ενέργεια που καίει κατά την αερόβια αναπνοή. Ωστόσο, μπορεί να είναι πολύ αργά για την αντικατάσταση του οξυγόνου και του ATP.

Στην περίπτωση της κυτταρικής αναπνοής, ένα μόριο που μεταφέρει ηλεκτρόνια, όπως το NADH, θα μεταφέρει ένα υδρίδιο σε έναν δέκτη ηλεκτρονίων για να αυξήσει την παραγωγή ATP. Το NADH και το FADH2 είναι ενεργειακά εξαρτώμενες διεργασίες που απαιτούν ηλεκτρόνια που φέρουν υδρίδιο. Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης δημιουργούνται αναγωγικά ισοδύναμα. Τα ηλεκτρόνια λαμβάνονται από το υπόστρωμα κατά την κυτταρική αναπνοή και ένα δεύτερο ηλεκτρόνιο θα μεταφέρει το υδρίδιο στον προορισμό. Αντίθετα, η κυτταρική ζύμωση δεν απαιτεί οξυγόνο.

Αφαίρεση διοξειδίου του άνθρακα

Αφαίρεση Το διοξείδιο του άνθρακα από την κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση παράγουν ενέργεια. Οι περισσότεροι οργανισμοί αποθηκεύουν ενέργεια σε οργανικά μόρια που ονομάζονται ATP και την απελευθερώνουν κατά την κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση. Κάθε μόριο ATP έχει τη δυνατότητα να παράγει ενέργεια και είναι σαν ένα χημικό ελατήριο που μπορεί να χωριστεί σε δύο: ADP και φωσφορικό. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση μετατρέπεται σε ATP. Αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται στα κύτταρα για χρήση.

Η απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από την κυτταρική αναπνοή περιλαμβάνει τη χρήση μιας διαδικασίας που ονομάζεται γλυκόλυση. Η γλυκόλυση απελευθερώνει γλυκόζη, η οποία στη συνέχεια εισέρχεται στη μήτρα του μιτοχονδρίου, όπου περνά σε ένα δεύτερο στάδιο. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται κύκλος του Krebs, παράγει δύο ακόμη μόρια ATP και μόρια αποθήκευσης ενέργειας. Αυτό το βήμα απελευθερώνει επίσης άνθρακα από μόρια πυροσταφυλικού, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για το τρίτο στάδιο. Αυτή η διαδικασία είναι αναερόβια, που σημαίνει ότι δεν απαιτεί οξυγόνο.

Η απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από την κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση περιλαμβάνει ένζυμα που αναδιατάσσουν τους δεσμούς των μορίων τεσσάρων άνθρακα. Καθώς οι υδατάνθρακες διασπώνται στη διαδικασία, η ενέργεια που λαμβάνεται δεν χρησιμοποιείται αμέσως αλλά μετατρέπεται σε μόρια ATP. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα απόβλητο προϊόν κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, αλλά μπορεί να ανακυκλωθεί από το φωτοσυνθετικό κύτταρο για να δημιουργήσει νέους υδατάνθρακες.

Τρία κύρια μεταβολικά στάδια

Η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση είναι δύο διαδικασίες που παρέχουν ενέργεια στα κύτταρα. Σχεδόν όλοι οι οργανισμοί στη Γη αποθηκεύουν ενέργεια σε οργανικά μόρια που ονομάζονται ATP, τα οποία απελευθερώνουν τα κύτταρα κατά την κυτταρική αναπνοή. Αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε χρησιμοποιήσιμο ATP, το νόμισμα της κυψελοειδούς ενέργειας. Το ATP είναι ένα χημικό ελατήριο που μπορεί να χωριστεί σε δύο μόρια: ένα μόριο φωσφορικού και ένα μόριο ADP. Το πρώτο μόριο χρησιμοποιείται για αποθήκευση ενέργειας, ενώ το δεύτερο μετατρέπεται σε γλυκόζη, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως καύσιμο για το κύτταρο. Η διαδικασία ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση και είναι επίσης γνωστή ως μεταβολική οδός για την παραγωγή κυτταρικής ενέργειας.

Σε ένα κύτταρο, οι αερόβιοι οργανισμοί παράγουν ATP μέσω του κύκλου Krebs. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται γλυκόλυση και τα μόρια πυροσταφυλικού που παράγονται στη γλυκόλυση μετακινούνται στα μιτοχόνδρια. Τα μιτοχόνδρια διασπούν τα μόρια του πυροσταφυλικού άλατος και δημιουργούν ένα πακέτο ενέργειας σε μέγεθος πίντας γνωστό ως ATP. Σε αυτή τη διαδικασία, τα κύτταρα οξειδώνουν το NAD+, ένα μόριο που βρίσκεται στα μιτοχόνδρια, για να δημιουργήσουν το FADH2, ένα αστέρι στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Η γλυκόλυση είναι όταν η γλυκόζη, μια πηγή ενέργειας, χωρίζεται σε δύο μόρια: το πυροσταφυλικό και τη γλυκεραλδεΰδη. Αυτά τα μόρια χρησιμοποιούνται ως καύσιμο για τη διατήρηση του κυττάρου, ενώ το τελευταίο είναι το τελευταίο στάδιο διάσπασης. Μόλις ολοκληρωθεί αυτό το στάδιο, τα κύτταρα θα απελευθερώσουν πυροσταφυλικό ως CO2.

Ζύμες Οι

ζύμες είναι μικροοργανισμοί που κατοικούν σε διάφορες οικολογικές κόγχες και εμπλέκονται στην κυτταρική αναπνοή και ζύμωση. Επίσης, παρεμβαίνουν άμεσα στην αποσύνθεση των ώριμων φρούτων. Οι ζύμες έχουν διάφορες απαιτήσεις, συμπεριλαμβανομένων των θρεπτικών ουσιών, των υποστρωμάτων και του οξυγόνου. Αυτές οι πληροφορίες μπορεί να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της καλύτερης μεθόδου ζύμωσης για συγκεκριμένους σκοπούς. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τα οφέλη της ζύμωσης μαγιάς για ανθρώπινη κατανάλωση.

Οι ζύμες που δεν είναι Saccharomyces παρουσιάζουν ζυμωτική δράση παρουσία οξυγόνου, μειώνοντας την απόδοση αιθανόλης και αυξάνοντας τη βιομάζα των κυττάρων. Οι ζύμες που δεν είναι Saccharomyces βοηθούν στη ζύμωση του κρασιού και άλλων ποτών με λιγότερη αιθανόλη. Οι ζύμες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της οργανοληπτικής ποιότητας των ποτών που έχουν υποστεί ζύμωση. Αυτά τα είδη έχουν πλούσια ποικιλία αισθητήριων ενώσεων και μπορούν να ζυμώσουν διάφορα υποστρώματα.

Οι ζύμες μπορούν να χρησιμοποιήσουν και τις δύο οδούς για την επεξεργασία των σακχάρων. Η αναπνευστική πορεία παράγει ATP αλλά έχει περιορισμένο χώρο στη μεμβράνη. Οι ζυμομύκητες που μπορούν να χρησιμοποιήσουν και τις δύο μεθόδους μπορούν να χρησιμοποιήσουν γλυκόζη που παράγεται με ζύμωση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται Crabtree-θετική, που σημαίνει ότι ο οργανισμός μπορεί να χρησιμοποιήσει και τις δύο μορφές γλυκόζης. Η οδός ζύμωσης είναι πιο ενεργειακά αποδοτική από την πρώτη. Ένα μόριο γλυκόζης που παράγεται από τη θετική στο Crabtree μαγιά ισοδυναμεί με 38 μόρια ATP.

Οι ζυμομύκητες μπορούν να χρησιμοποιήσουν το οξυγόνο στην κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση για να παράγουν ATP. Και οι δύο οδοί παράγουν ATP σε διαφορετικές ποσότητες και το ποσό που καταβάλλεται ποικίλλει μεταξύ των δύο διεργασιών. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις ATP παράγονται κατά την αναπνοή, ενώ οι μικρότερες ποσότητες προέρχονται από τη ζύμωση. Για τη ζύμωση απαιτείται υψηλότερη συγκέντρωση NAD+. Αυτή η διαδικασία ανακυκλώνει επίσης το NAD+, το οποίο χάνεται στη γλυκόλυση.

Αναερόβια

Τόσο η αναερόβια αναπνοή όσο και η ζύμωση λαμβάνουν χώρα μέσα σε ένα κύτταρο. Χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως καύσιμο και γλυκόζη ως τελικό προϊόν για την παραγωγή ενέργειας. Η αναερόβια αναπνοή συμβαίνει κατά τη συστολή και τη χαλάρωση των κυττάρων και παράγει ATP, μια κρίσιμη ένωση για τη ζωή. Ωστόσο, ενώ η αναερόβια αναπνοή και η ζύμωση έχουν δύναμη, οι διαδικασίες τους διαφέρουν σημαντικά. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά και στα δύο.

Η αναερόβια αναπνοή συμβαίνει σε ευκαρυωτικά κύτταρα, όπως τα μυϊκά κύτταρα. Αυτή η διαδικασία παράγει λιγότερη ενέργεια ανά μόριο γλυκόζης. Η αναερόβια αναπνοή προκαλεί μυϊκές κράμπες και δύσπνοια, επομένως η αναερόβια αναπνοή είναι λιγότερο αποτελεσματική για έντονη δραστηριότητα. Αντίθετα, η ζύμωση δημιουργεί γαλακτικό οξύ, το οποίο βοηθά στην προστασία των κυττάρων από το θάνατο όταν υποοξυγονώνονται. Ωστόσο, η συσσώρευση γαλακτικού οξέος μπορεί να προκαλέσει πόνο αργότερα.

Αν και η αναερόβια αναπνοή και η ζύμωση παράγουν ATP, η αναερόβια αναπνοή δεν απαιτεί οξυγόνο. Χρησιμοποιεί άλλους δέκτες ηλεκτρονίων, όπως θειικά ιόντα (SO4-2) και νιτρικά (NO3-). Αυτοί οι δύο τύποι οργανισμών χρησιμοποιούν διαφορετικές μορφές του τελικού δέκτη ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, τα μεθανογόνα βακτήρια χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων και παράγουν αέριο μεθάνιο ως υποπροϊόν. Τόσο η ζύμωση όσο και η αναερόβια αναπνοή περιλαμβάνουν γλυκόλυση.

Τόσο η ζύμωση όσο και η αναερόβια αναπνοή είναι ζωτικής σημασίας για τη ζωή. Η γλυκόζη καταστρέφεται σε δύο μόρια κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής: το πυροσταφυλικό και το ATP. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας διαδικασίας, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε δύο μόρια NADH, τα οποία παράγουν ATP και NAD+. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ο οργανισμός μπορεί επίσης να παράγει γαλακτικό οξύ και αιθανόλη. Η διαδικασία είναι ιδιαίτερα αποδοτική και χρησιμοποιείται εμπορικά στη φαρμακευτική βιομηχανία και στη βιομηχανία τροφίμων.

Leave a Reply

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