Ποιος είναι ο ρόλος της ζύμωσης στην κυτταρική αναπνοή

Ποια είναι η λειτουργία της ζύμωσης στην κυτταρική αναπνοή;

Οι ζύμες είναι ένα παράδειγμα οργανισμών που προτιμούν τη ζύμωση από την αερόβια αναπνοή. Η γλυκόλυση, μια διαδικασία που ξεκινά με την οξείδωση της γλυκόζης, είναι ένα βήμα της αναερόβιας αναπνοής. Αυτή η διαδικασία παράγει ATP, την ενέργεια που τροφοδοτεί τις κυτταρικές δραστηριότητες. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τον ρόλο της ζύμωσης στην κυτταρική αναπνοή και γιατί οι ζύμες την προτιμούν από την αερόβια αναπνοή.

Οι ζύμες ευνοούν τη ζύμωση έναντι της αερόβιας αναπνοής

Τα βακτήρια χρησιμοποιούν τόσο τον αναπνευστικό όσο και τον αναερόβιο μεταβολισμό. Αν και η αερόβια αναπνοή παράγει περισσότερο ATP ανά πυροσταφυλικό, ο αναερόβιος μεταβολισμός απαιτεί οξυγόνο. Τα περισσότερα κύτταρα χρησιμοποιούν την αναπνοή στην κυτταρική τους αναπνοή αντί για τη ζύμωση. Ωστόσο, Οι θετικές στο Crabtree ζυμομύκητες προτιμούν τη ζύμωση σε περιβάλλοντα που δεν έχουν έλλειψη οξυγόνου. Ωστόσο, αυτή η αλλαγή στη λειτουργία αναπνοής δεν είναι καθολική.

Είναι ακόμη άγνωστο γιατί η αρχαία ζύμη προτιμούσε την αναερόβια γλυκόλυση από την αερόβια αναπνοή στον κυτταρικό μεταβολισμό. Ωστόσο, μια θεωρία είναι ότι χρησιμοποιούσαν αναερόβιο μεταβολισμό για να αποκτήσουν πλεονέκτημα έναντι των ανταγωνιστών τους. Η αναερόβια αναπνοή επιτρέπει στους οργανισμούς να χρησιμοποιούν γλυκόζη για ανάπτυξη και να λιμοκτονούν γρήγορα άλλα είδη. Ωστόσο, αυτή η στρατηγική μπορεί να είναι προσαρμοστική. Οι ζύμες έχουν εξελιχθεί για να παράγουν αιθανόλη, διοξείδιο του άνθρακα και αμινοξέα.

Η προέλευση της αερόβιας ζύμωσης δεν έχει καθοριστεί πλήρως, αλλά αρκετοί πιθανοί μηχανισμοί μπορεί να εξηγήσουν την προτίμηση των ζυμών για ζύμωση. Η υπόθεση RYT είναι μια πιθανή εξήγηση για αυτή τη μετατόπιση. Οι ζύμες μπορούν να ζυμώσουν επιπλέον γλυκόζη, μειώνοντας τη συνολική τους απόδοση αλλά αυξάνοντας το ρυθμό τους. Στη συσσώρευση, έχει αποδειχθεί ότι η αερόβια ζύμωση είναι επιλεκτικά ευεργετική για τις θετικές στο Crabtree ζυμομύκητες.

Παράγουν αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα

Οι ζύμες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη γλυκόζη για να παράγουν αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Η κυτταρική τους αναπνοή ελέγχεται από τη διαθεσιμότητα του μέσου σε γλυκόζη και οξυγόνο. Η αναερόβια γλυκόλυση σε ζυμομύκητες απαιτεί πολύ οξυγόνο, το οποίο απαιτεί πρόσθετες πηγές ενέργειας, όπως η κυτταρίνη και η γλυκόζη. Είναι επίσης καλός υποψήφιος για παραγωγή βιοκαυσίμων. Υπάρχουν μερικές ουσιαστικές διαφορές μεταξύ των δύο.

Οι ζυμομύκητες χρησιμοποιούν δύο διαφορετικές οδούς για την παραγωγή ATP. Το πρώτο παράγει υψηλότερες ποσότητες ATP από τη ζύμωση, ενώ η ζύμωση παράγει χαμηλότερες ποσότητες. Αυτό υποδηλώνει ότι οι ζύμες προτιμούν τη ζύμωση γιατί δεν χρειάζονται οξυγόνο. Οι δύο οδοί μπορούν επομένως να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ATP σε ζυμομύκητες. Η διαφορά τους έγκειται στο πώς οι ζυμομύκητες τις χρησιμοποιούν για να παράγουν ATP. Αλλά αν προτιμούν ή όχι τη ζύμωση από την αναπνοή εξαρτάται από τον τύπο ζάχαρης που έχουν πρόσβαση.

Η ανοδική ρύθμιση της αναερόβιας γλυκόλυσης παρέχει στη ζύμη μια πιο ασυνήθιστη συσκευή παραγωγής ενέργειας από τις ζύμες αερόβιας αναπνοής. Επειδή οι ζύμες αναερόβιας ζύμωσης παράγουν αιθανόλη εκτός από τη γλυκόζη, μπορεί να έχουν εξελιχθεί σε καταστολή της αναπνοής. Αυτή η αντιστάθμιση μπορεί να είναι σημαντική υπό τις πειραματικές συνθήκες που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της εξέλιξης της κυτταρικής αναπνοής.

Η γλυκόλυση είναι το πρώτο βήμα στην αναερόβια αναπνοή.

Το πρώτο βήμα της αναερόβιας αναπνοής είναι η γλυκόλυση, η οποία διασπά τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό και δύο μόρια ATP. Αυτό το προϊόν χρησιμοποιείται στη συνέχεια στη ζύμωση για την παραγωγή NAD+ και γαλακτικού. Ενώ αυτή η διαδικασία παράγει ATP, δεν αρκεί για να υποστηρίξει πολύπλοκους κύκλους ζωής. Η γλυκόλυση αποδίδει δύο μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης. Στον αναερόβιο μεταβολισμό, ολόκληρη η διαδικασία λαμβάνει χώρα μέσα στο κυτταρόπλασμα.

Η γλυκόλυση είναι μια διαδικασία που διασπά τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό, το οποίο είναι μια μορφή ενέργειας. Αυτό το βήμα συζητείται λεπτομερώς στην ενότητα για την αερόβια αναπνοή. Τελικά, η διαδικασία είναι το κλειδί για τη ζωή και θα πρέπει να μελετηθεί με περισσότερες λεπτομέρειες. Εν τω μεταξύ, θα πρέπει να γνωρίζετε πώς διαφέρει η αναερόβια αναπνοή από την αερόβια αναπνοή.

Ο κύκλος του Krebs χρησιμοποιεί τα ηλεκτρόνια που παράγονται από τη γλυκόλυση για να τροφοδοτήσει το επόμενο βήμα της κυτταρικής αναπνοής. Το τελευταίο βήμα είναι η αναγέννηση του ΟΑΑ για την επόμενη στροφή του κύκλου. Καθώς η γλυκόζη διασπάται, σχηματίζονται δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος. Αυτά τα μόρια θα μεταφέρουν ενέργεια στο σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Αυτό το βήμα είναι μια εξώθερμη αντίδραση και, επομένως, μια εξώθερμη.

Βακτηριακή μόλυνση ή ξένο αντικείμενο

Όταν η γλυκόζη διακόπτεται από βακτηριακή μόλυνση ή ξένο αντικείμενο, το κύτταρο χάνει την ικανότητα να διατηρεί την αντλία νατρίου-καλίου. Δεν θα μπορέσει να λειτουργήσει σωστά. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη σημασία της γλυκόλυσης στην κυτταρική αναπνοή. Εάν διακοπεί η γλυκόλυση, τα κύτταρα δεν θα παράγουν αρκετό ATP. Δεν θα μπορέσουν επίσης να διατηρήσουν την αντλία νατρίου-καλίου στο κυτταρόπλασμά τους.

Ο κύκλος του Krebs είναι αναπόσπαστο μέρος της κυτταρικής αναπνοής. Παράγει δύο μόρια ATP και τρία μόρια CO 2. Σε συνδυασμό με δύο μόρια ATP από τη γλυκόλυση και τον κύκλο του Krebs, καταλήγει σε 36-38 ATP. Ο κύκλος του Krebs δεν παράγει πολύ ενέργεια, αλλά παράγει NADH και FADH2, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Το ATP παράγεται κατά τη ζύμωση

Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης παράγεται ATP. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε μαγιά και βακτήρια. Τα βακτήρια και η μαγιά χρησιμοποιούν πυροσταφυλικό οξύ ως πρώτη ύλη. Αυτό το οξύ αφαιρεί τα ηλεκτρόνια από το NADH και ελευθερώνει το NAD για γλυκόλυση. Τόσο η ζύμωση όσο και η γλυκόλυση χρησιμοποιούν το ATP ως τελικό προϊόν. Ένα κύτταρο ζυμομύκητα μπορεί να παραμείνει ζωντανό για κάποιο χρονικό διάστημα μετά τη ζύμωση, αλλά το αλκοόλ με 15% πυροσταφυλικό οξύ σκοτώνει το κύτταρο.

Η γλυκόζη διασπάται σε ATP κατά την κυτταρική αναπνοή, ένα μόριο που μεταφέρει ενέργεια. Τα περισσότερα έμβια όντα στη Γη αποθηκεύουν ενέργεια σε οργανικά μόρια, που διασπώνται από κύτταρα. Αυτά τα μόρια μετατρέπονται σε μια χημική ουσία γνωστή ως ATP. Αυτή η ενέργεια στη συνέχεια απελευθερώνεται για να τροφοδοτήσει άλλες κυτταρικές διεργασίες. Η διαδικασία μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους, ορισμένοι από τους οποίους δεν απαιτούν οξυγόνο.

Στην αερόβια διαδικασία, το ATP παράγεται από μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων που χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας από FADH2 και NADH. Αυτές οι ενώσεις στη συνέχεια κυκλώνουν εμπρός και πίσω στη γλυκόλυση, το τελευταίο βήμα στη μεταβολική οδό. Η διαδικασία είναι συνεχής και απαιτεί τη βοήθεια πολλών κυτταρικών ενζύμων. Εάν η διαδικασία ζύμωσης εκτελείται σε αναερόβιο περιβάλλον, το ATP παράγεται μόνο εάν το επίπεδο οξυγόνου στο κύτταρο είναι αρκετά υψηλό.

Η ζύμωση συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα ΟΛΩΝ των οργανισμών

Η ζύμωση συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα ΟΛΩΝ των οργανισμών. Η γλυκόλυση είναι μια σειρά από εννέα αντιδράσεις που καταλύονται από ένα συγκεκριμένο ένζυμο. Το ATP μετατρέπεται σε ADP και συνδέει το φωσφορικό άλας στη γλυκόζη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Η διαδικασία παράγει επίσης δύο μόρια NAD+, τα οποία στη συνέχεια αποικοδομούνται σε πυροσταφυλικό. Αυτή η αντίδραση εμφανίζεται επανειλημμένα σε κάθε οργανισμό, ανεξάρτητα από τον τύπο του κυττάρου.

Κατά την αναερόβια αναπνοή, το ATP δεν παράγεται παρουσία οξυγόνου. Αντίθετα, το οξυγόνο διατηρεί τα ηλεκτρόνια να ρέουν στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η παραγωγή ATP είναι επομένως αποτέλεσμα συνθηκών χωρίς οξυγόνο. Η ζύμωση και τα βακτήρια υφίστανται ζύμωση παρουσία οξυγόνου, αλλά η ζύμωση σε αναερόβιες συνθήκες δεν απαιτεί οξυγόνο. Στο αερόβιο στάδιο της αναπνοής παράγονται δύο μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης. Η όλη διαδικασία λαμβάνει χώρα μέσα στο κυτταρόπλασμα, όπου ξεκινά η αναπνοή.

Επιδράσεις της ζύμωσης στην κυτταρική αναπνοή

Αρκετοί παράγοντες στη μεταβολική διαδικασία της ζύμωσης μειώνουν τον ρυθμό της κυτταρικής αναπνοής. Είναι ενδιαφέρον ότι η έντονη χρήση γλυκόζης στη ζύμωση είναι ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό των όγκων στις σαρώσεις PET. Αλλά αυτή η διαδικασία είναι αναποτελεσματική και παράγει μεταβολικά απόβλητα, καθιστώντας την ανεπιθύμητη για πολλούς οργανισμούς. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε την επίδραση της ζύμωσης στην κυτταρική αναπνοή και θα συζητήσουμε τις εναλλακτικές λύσεις στη ζύμωση.

Η πηγή άνθρακα διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού στην πρώτη σειρά αντιδράσεων κατά την κυτταρική αναπνοή. Εκτός από το πυροσταφυλικό, παράγονται δύο μόρια ATP. Ωστόσο, αυτή δεν είναι η μόνη αντίδραση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Το κύτταρο μπορεί να παράγει περισσότερο ATP κατά τη διάρκεια της ζύμωσης παρά χωρίς αυτό. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως γλυκόλυση. Τα τελικά ηλεκτρόνια στη γλυκόζη μεταφέρονται σε δύο μόρια NAD+, σχηματίζοντας ένα ζεύγος μορίων NADH.

Η ζύμωση στη ζύμη είναι παρόμοια με τη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής στον άνθρωπο. Όταν η παροχή οξυγόνου στο κύτταρο γίνει πολύ χαμηλή για να διατηρήσει τη ζωή του, θα συμβεί ζύμωση. Το κυτταρόπλασμα θα διασπάσει το μόριο της γλυκόζης, αλλά δεν θα συνεχίσει στα μιτοχόνδρια. Η μερική διάσπαση της γλυκόζης απελευθερώνει ενέργεια αλλά θα δημιουργήσει γαλακτικό οξύ. Αυτή η διαδικασία μπορεί να προκαλέσει συσσώρευση γαλακτικού οξέος που αναστέλλει τη συστολή των μυών, οδηγώντας σε έντονη κόπωση.

Σε πειράματα καλλιέργειας

κατά παρτίδες Σε πειράματα καλλιέργειας κατά παρτίδες, καθορίζεται η συγκέντρωση γλυκόζης στην οποία αρχίζει η ζύμωση. Ο ρυθμός πρόσληψης της γλυκόζης φτάνει σε κορεσμό περίπου στα 500 mg/l. Διαφέρει ανάλογα με το είδος και τις συνθήκες. Ενώ η αερόβια ζύμωση επιβραδύνει το μεταβολισμό του διοξειδίου του άνθρακα, έχει επίσης ένα επιλεκτικό πλεονέκτημα έναντι της αναερόβιας ζύμωσης. Μειώνει σημαντικά την απόδοση βιομάζας. Επιπλέον, η θετική στο Crabtree μαγιά χρησιμοποιεί την αναπνοή για την παραγωγή ATP.

Ο μεταβολισμός υπερχείλισης σχετίζεται επίσης με υψηλά ποσοστά παραγωγής ATP. Μια ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των ρυθμών ανάπτυξης και της αναπνοής σημαίνει μεταβολισμό υπερχείλισης. Ο ρυθμός παραγωγής CO2 και αιθανόλης κατά την αναπνοή ενός κυττάρου υποδηλώνει μεταβολισμό υπερχείλισης. Η προέλευση της αερόβιας ζύμωσης συμπίπτει με την εξέλιξη του μεταβολισμού υπερχείλισης στη σειρά Saccharomyces. Και αυτή είναι μια θεμελιώδης ιδέα για την κατανόηση των μηχανισμών του μεταβολισμού υπερχείλισης.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published.