Πώς διαφέρει η ζύμωση από την αναπνοή

Διαφορές μεταξύ αναπνοής και ζύμωσης

Η αναερόβια αναπνοή και η ζύμωση είναι και οι δύο διαδικασίες στις οποίες δεν απαιτείται οξυγόνο για τον μεταβολισμό της οργανικής ύλης. Ωστόσο, ορισμένες από τις ομοιότητες μεταξύ των δύο μεθόδων είναι εντυπωσιακές. Για παράδειγμα, το πρώτο χρησιμοποιεί ένα μόριο υψηλής ενέργειας που ονομάζεται NADH, ενώ το δεύτερο βασίζεται στη μεταφορά ηλεκτρονίων και Η+. Και οι δύο διαδικασίες οδηγούν στο τελικό προϊόν του πυροσταφυλικού, το οποίο μεταφέρει ηλεκτρόνια από το NADH στο πυροσταφυλικό, μια μορφή ενέργειας που χρησιμοποιείται στη γλυκόλυση.

Η αναερόβια αναπνοή συμβαίνει σε διάφορα περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένης της κυτταρικής μεμβράνης των φυτών. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί μια ουσία που δέχεται ηλεκτρόνια που ονομάζεται διοξείδιο του άνθρακα ως τελικό αποδέκτη. Τα προκύπτοντα προϊόντα, ακετυλο συνένζυμο Α και το πυροσταφυλικό οξύ, μεταφέρονται μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στην ατμόσφαιρα. Αντίθετα, η Ζύμωση χρησιμοποιεί το οξυγόνο ως τελικό αποδέκτη ηλεκτρονίων και έχει διαφορετικές αντιδράσεις στο τέλος.

Η γλυκόζη διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού και απελευθερώνεται σε ενέργεια ως ATP και στις δύο διαδικασίες. Αυτή η χημική αντίδραση απαιτεί την απελευθέρωση ηλεκτρονίων, η οποία είναι απαραίτητη για την παραγωγή υψηλών ποσοτήτων ATP. Ενώ η αερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια για να τροφοδοτήσει έναν υψηλό ρυθμό παραγωγής ATP, η ζύμωση παρακάμπτει αυτό το στάδιο, παράγοντας μόνο διοξείδιο του άνθρακα και άλλα υποπροϊόντα.

Τα μόρια της γλυκόζης διασπώνται

Στην αερόβια αναπνοή, τα μόρια γλυκόζης διασπώνται σε απλά σάκχαρα, τα οποία το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει για ενέργεια. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως γλυκόλυση. Τα μόρια γλυκόζης στη συνέχεια μετατρέπονται σε δύο ATP ή την ισχύ που περιέχουν. Η αναερόβια αναπνοή είναι ταχύτερη στην παραγωγή ενέργειας επειδή η διαδικασία δεν περιορίζεται από το οξυγόνο. Εκτός από το ATP, η γλυκόλυση παράγει επίσης δύο ελεύθερες ρίζες γνωστές ως παράγωγα πυροσταφυλικού.

Η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο για την παραγωγή ενέργειας, ενώ η αερόβια αναπνοή έχει ATP με πιο αργό ρυθμό. Η διαδικασία ζύμωσης προστατεύει τα κύτταρα από το θάνατο μεταξύ των αναπνοών και είναι απαραίτητη σε περιόδους έντονης δραστηριότητας. Η απελευθέρωση γαλακτικού οξέος κατά την υπο-οξυγόνωση βοηθά στη διατήρηση της ακεραιότητας των κυττάρων. Το ATP είναι ένα ζωτικό συστατικό των ζωντανών οργανισμών. Εάν πραγματοποιηθεί ζύμωση, το οξυγόνο δεν είναι απαραίτητο για τη διαδικασία.

Η αναερόβια αναπνοή είναι παρόμοια με την αερόβια αναπνοή, αλλά τα προϊόντα που έχουν υποστεί ζύμωση παράγονται διαφορετικά. Η αερόβια αναπνοή έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού, ενώ η ζύμωση χρησιμοποιεί υδατάνθρακες, οργανικές ενώσεις και άλλες πηγές άνθρακα ως δέκτες ηλεκτρονίων. Η διαδικασία ζύμωσης παράγει λιγότερο ATP από την οξειδωτική φωσφορυλίωση. Και οι δύο μέθοδοι μπορούν να έχουν ενέργεια, αλλά η ζύμωση είναι η καλύτερη επιλογή για πολλούς σκοπούς.

Οι μικροοργανισμοί μπορούν να παράγουν ενέργεια και υδατάνθρακες

Χωρίς οξυγόνο, οι μικροοργανισμοί μπορούν να παράγουν ενέργεια και υδατάνθρακες με τη μορφή αερίου. Εκτός από την ισχύ, η αναερόβια ζύμωση παράγει γαλακτικό οξύ. Αυτό το αέριο είναι δείκτης για τη ζύμωση συγκεκριμένων υδατανθράκων και βοηθά στην αναγνώριση βακτηρίων στο εργαστήριο. Η μελέτη της αναερόβιας ζύμωσης είναι δύσκολη και απαιτεί εξειδικευμένα μέσα. Για περισσότερες πληροφορίες, δείτε Αναερόβια Ζύμωση – Διαφορές μεταξύ αναπνοής και ζύμωσης.

Η διαφορά μεταξύ ζύμωσης και αναερόβιας αναπνοής μπορεί να απεικονιστεί με σύγκριση. Η αναερόβια αναπνοή επηρεάζει τη μελέτη της γλυκόζης χωρίς οξυγόνο και μεταφέρει την ενέργεια από το σάκχαρο στο κύτταρο. Τα τελικά προϊόντα της αναερόβιας ζύμωσης και της αναπνοής εξαρτώνται από τη μεταβολική οδό που εμπλέκεται. Η απονιτροποίηση, η αναπνοή φουμαρικού και η ακετογένεση παράγουν Ν2, ηλεκτρικό και οξικό, ενώ η διακοσμητική αναπνοή παράγει ιόντα αλογονιδίου. Τα μόρια ATP παράγονται ως υποπροϊόν τόσο της αναπνοής όσο και της ζύμωσης.

Η αερόβια αναπνοή είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος μετατροπής της ενέργειας σε ATP. Οι αναερόβιες διεργασίες δεν εξαρτώνται από το οξυγόνο και παράγουν ATP χωρίς οξυγόνο. Η αναερόβια ζύμωση διαφέρει από την αναπνοή με έναν κρίσιμο τρόπο: η τελευταία χρησιμοποιεί τα τρία κύρια μέρη της κυτταρικής αναπνοής αλλά χρησιμοποιεί έναν εντελώς διαφορετικό τελικό δέκτη ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, η ζύμωση μετατρέπει τα μόρια του πυροσταφυλικού σε γαλακτικό οξύ και αιθανόλη. Η αναερόβια ζύμωση χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα ως τελικό αποδέκτη ηλεκτρονίων.

Προαιρετικά και υποχρεωτικά αναερόβια

Τόσο τα προαιρετικά όσο και τα υποχρεωτικά αναερόβια μετατρέπουν τη σακχαρόζη σε διαλυτές ενώσεις στην αναερόβια ζύμωση. Ένα από τα πιο κοινά διαλυτά προϊόντα είναι η 2,3-βουτανοδιόλη ή BDO. Το υψηλό σημείο βρασμού και η συγγένειά του με το νερό περιορίζουν την οικονομική του ανάκαμψη από τον ζωμό ζύμωσης, αλλά εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε καλλυντικά προϊόντα και ως αρωματικός παράγοντας. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να έχει χαμηλότερο κόστος από μια αερόβια διαδικασία.

Η αναερόβια αναπνοή είναι μια εναλλακτική αναπνευστική οδός για τους οργανισμούς. Σε αντίθεση με την αερόβια αναπνοή, χρησιμοποιεί ανόργανους δέκτες ηλεκτρονίων όπως το διοξείδιο του άνθρακα. Ωστόσο, σε αντίθεση με την αερόβια αναπνοή, οι διεργασίες ζύμωσης δεν παράγουν κλίση πρωτονίων και δεν βασίζονται σε ένα σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιήσουν οργανικά μόρια ως τελικούς δέκτες ηλεκτρονίων, ενώ οι ανόργανοι οργανισμοί το κάνουν με αναερόβια αναπνοή.

Η αναερόβια αναπνοή είναι μια μεταβολική διαδικασία με την οποία οι οργανισμοί μετατρέπουν τα σάκχαρα σε ενέργεια. Σε αντίθεση με την αερόβια αναπνοή, συμβαίνει χωρίς οξυγόνο, το οποίο απαιτεί οξυγόνο. Η αναερόβια αναπνοή είναι πιο αποτελεσματική επειδή χρησιμοποιεί λιωμένο οξυγόνο ως τελικό αποδέκτη ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα, η αντίδραση είναι ταχύτερη από την αερόβια αναπνοή. Συχνά αναφέρεται ως η «σύντομη» μέθοδος.

Πρώτο μέρος της αναερόβιας αναπνοής

Το πρώτο μέρος της αναερόβιας αναπνοής είναι η γλυκόλυση, παράγοντας δύο μόρια ATP. Αυτή η διαδικασία είναι πολύ πιο αργή από την αερόβια αναπνοή, αλλά εξακολουθεί να είναι καλύτερη για το κύτταρο από το να μην έχει ATP. Εξαιτίας αυτού, ένα κύτταρο πρέπει να συνεχίσει τη γλυκόλυση για να παράγει δύο μόρια ATP ανά μόριο γλυκόζης. Εάν δεν παράγει αρκετό ATP, τελικά θα πεθάνει. Η αναερόβια αναπνοή είναι συντομότερη από τη ζύμωση, αλλά είναι παρόμοια με την αερόβια αναπνοή.

Εκτός από το οξυγόνο, τα αναερόβια κύτταρα χρησιμοποιούν ουσίες για να οδηγήσουν την αναπνοή τους. Από την άλλη πλευρά, η Ζύμωση χρησιμοποιεί μια πηγή οξυγόνου για την παροχή ενέργειας. Ξεκινά με τη διάσπαση ενός μορίου ζάχαρης. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί τέσσερα τριφωσφορικά ATP ή αδενοσίνη. Η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί αλυσίδες μεταφοράς ηλεκτρονίων για να παράγει περισσότερο ATP.

Εκτός από την παραγωγή αιθανόλης, και οι δύο μέθοδοι έχουν CO2. Και οι δύο διαδικασίες απαιτούν πυροσταφυλικό, το οποίο είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων στη γλυκόλυση. Το τελευταίο βήμα στη ζύμωση είναι η ακεταλδεΰδη, η οποία παρέχει έναν άλλο δέκτη ηλεκτρονίων. Είναι άγνωστο ποια από τις δύο διαδικασίες είναι πιο γρήγορη, αλλά και οι δύο έχουν το ίδιο αποτέλεσμα: αιθανόλη. Ωστόσο και στις δύο περιπτώσεις παράγεται CO2 και νερό.

Διαφορά μεταξύ αναερόβιας αναπνοής και ζύμωσης

Η διαφορά μεταξύ αναερόβιας αναπνοής και ζύμωσης μπορεί να είναι σημαντική όταν λαμβάνεται υπόψη η ενέργεια που απαιτείται για μια δεδομένη διαδικασία. Το σώμα παράγει περίπου δύο φορές περισσότερη ενέργεια ανά μόριο γλυκόζης από ό,τι κατά την αναερόβια αναπνοή κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής. Ωστόσο, η αναερόβια αναπνοή έχει λιγότερη ενέργεια επειδή η γλυκόζη δεν διασπάται πλήρως. Στην αναερόβια αναπνοή, η ισχύς μεταφέρεται από τα απόβλητα στο ATP.

Κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής, ανταλλάσσονται οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα και η γλυκόζη οξειδώνεται σε διάφορες χημικές ουσίες που παράγουν ενέργεια. Τα βακτήρια απελευθερώνουν αυτές τις ενώσεις. Το οξυγόνο και το CO2 αποβάλλονται μέσω του δέρματος και των πνευμόνων, αντίστοιχα. Αυτή η διαδικασία είναι πιο αποτελεσματική από τη Ζύμωση στην παραγωγή δύο ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης, καθώς τα κύτταρα χρειάζονται οξυγόνο για να λειτουργήσουν. Η αερόβια αναπνοή είναι πιο αργή από την αναερόβια.

Τόσο η ζύμωση όσο και η αναερόβια αναπνοή έχουν την ιστορία τους. Και οι δύο εξελίχθηκαν ως τρόπος για τους οργανισμούς να χρησιμοποιήσουν το οξυγόνο που έλειπε από την πρώιμη ατμόσφαιρα της Γης. Αυτή η διαδικασία απαιτούσε μια πηγή οξυγόνου, η οποία έλειπε και εξελίχθηκε ως τρόπος χρήσης των αποβλήτων οξυγόνου από τη φωτοσύνθεση. Η αναερόβια αναπνοή είναι αναμφισβήτητα παλαιότερη από τη Ζύμωση και είναι πιο διαδεδομένη. Ενώ ορισμένα βακτήρια και αρχαία βασίζονται αποκλειστικά στην αναερόβια αναπνοή για την παραγωγή ενέργειας, η ζύμωση είναι πολύ παλαιότερη.

Η εξέλιξη της αερόβιας αναπνοής

Η εξέλιξη της αερόβιας αναπνοής και της ζύμωσης είναι στενά συνδεδεμένη. Η αναερόβια αναπνοή είναι παλαιότερη και ξεκινά όταν η ποσότητα οξυγόνου είναι πολύ χαμηλότερη. Αυτό σήμαινε ότι οι περισσότερες οικολογικές κόγχες ήταν πρακτικά απαλλαγμένες από οξυγόνο. Η αναερόβια αναπνοή παρέχει 2 μόρια ATP ανά κύκλο, επαρκή για τη μονοκύτταρα ζωή αλλά όχι αρκετά για να τροφοδοτήσουν τις ενεργειακές απαιτήσεις των πολυκύτταρων οργανισμών.

Οι δύο διαδικασίες είναι παρόμοιες επειδή και οι δύο παράγουν ενέργεια, αλλά η αναερόβια αναπνοή είναι ταχύτερη. Ως αποτέλεσμα, το γαλακτικό οξύ συσσωρεύεται στα μυϊκά κύτταρα, οδηγώντας σε πόνους στους μύες. Η συσσώρευση γαλακτικού οξέος μειώνει επίσης την ικανότητα των κυττάρων να επεξεργάζονται τα απόβλητα. Ως αποτέλεσμα, οι αθλητές μπορεί να αισθάνονται κουρασμένοι και να πονάνε μετά από έντονες προπονήσεις. Η διαδικασία αποκατάστασης υποβοηθάται από την κυκλοφορία του αίματος και την παραγωγή νέου οξυγόνου στους μύες.

Διασπούν μια πηγή υδατανθράκων

Όταν τα βακτήρια εκτελούν αναερόβια αναπνοή, διασπούν μια πηγή υδατανθράκων. Αυτή η διαδικασία παράγει ένα διαφορετικό μόριο ανάλογα με το τι ζυμώνεται. Το πιο κοινό προϊόν της ανθρώπινης ζύμωσης είναι το γαλακτικό οξύ, το οποίο προκαλεί μυϊκές κράμπες. Η αναερόβια αναπνοή είναι παλαιότερη από τη ζύμωση, αλλά είναι η παλαιότερη. Παρά τη χαμηλότερη ενεργειακή του απόδοση, εξακολουθεί να θεωρείται ότι είναι καλύτερο από τη Ζύμωση.

Τόσο ο αερόβιος όσο και ο αναερόβιος μεταβολισμός παράγουν ATP, αλλά διαφέρουν ως προς τη συνολική τους αποτελεσματικότητα. Η αναερόβια αναπνοή έχει μεγάλη ποσότητα ATP για λιγότερη γλυκόζη, ενώ η αερόβια αναπνοή είναι πιο αποτελεσματική στην παραγωγή ενέργειας. Για παράδειγμα, οι αερόβιες διεργασίες παράγουν 38 ATP για κάθε γραμμάριο γλυκόζης που παράγεται, ενώ η αναερόβια αναπνοή παράγει μόνο δύο. Γι’ αυτό είναι καλύτερο για αντοχή και γρήγορες εκρήξεις ενέργειας.

Leave a Reply

Your email address will not be published.