Συγκρίνετε και αντιπαραβάλλετε την κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση

Πώς να συγκρίνετε και να συγκρίνετε την κυτταρική αναπνοή και τη ζύμωση

Όταν συζητάμε τις δύο αερόβιες και αναερόβιες διαδικασίες κυτταρικής αναπνοής, θα συζητήσουμε τη γλυκόλυση, την παραγωγή πυροσταφυλικού, την παραγωγή νερού και το οξυγόνο. Θα συζητήσουμε κάθε διαδικασία με περισσότερες λεπτομέρειες και τις ομοιότητες και τις διαφορές. Τελικά, η κατανόηση αυτών των διαδικασιών θα μας βοηθήσει να αποφασίσουμε ποια είναι η καλύτερη για το σώμα μας. Θα συζητήσουμε επίσης τις διαφορές μεταξύ της ζύμωσης και της κυτταρικής αναπνοής και τα οφέλη.

Αναερόβια κυτταρική αναπνοή

Η ζύμωση και η κυτταρική αναπνοή είναι χημικές διεργασίες που παράγουν ενέργεια σε ζωντανούς οργανισμούς. Και οι δύο τεχνικές χρησιμοποιούν τον κύκλο του κιτρικού οξέος, τη μεταφορά ηλεκτρονίων και γλυκόλυση, χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τελικούς δέκτες ηλεκτρονίων. Τα κύτταρα και στις δύο διαδικασίες παράγουν ATP και απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Η ζύμωση χρησιμοποιεί γλυκόζη και πυροσταφυλικό ως πηγές άνθρακα και τα διασπά σε αιθανόλη για την παροχή ενέργειας. Καμία μέθοδος δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο, γεγονός που τις καθιστά όμοιες αλλά διαφορετικές.

Η ζύμωση είναι μια χημική διαδικασία κατά την οποία τα βακτήρια και τα στελέχη ζύμης διασπούν τους υδατάνθρακες. Η βασική λειτουργία είναι η παραγωγή αιθυλικής αλκοόλης. Επιπλέον, η ζύμωση αναγεννά το NAD+, το οποίο επιτρέπει τη συνεχή γλυκόλυση. Η ζύμωση πραγματοποιείται χωρίς οξυγόνο αλλά δεν παράγει τόσο πολύ ATP όσο η γλυκόλυση. Η ζύμωση χρησιμοποιείται στις βιομηχανίες τροφίμων και ποτών για να εξασφαλιστεί επαρκής παροχή NAD+ για γλυκόλυση.

Το κύτταρο ξενιστής χρησιμοποιεί την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αναπνοή για να παράγει ATP και διοξείδιο του άνθρακα ως μέρος αυτής της διαδικασίας. Αυτές οι ουσίες ονομάζονται αναπνευστικά υποστρώματα και απαιτείται οξυγόνο για την εκτέλεση της αντίδρασης. Επιπλέον, ο κύκλος του Krebs, που ονομάζεται επίσης κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος (TCA), λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια. Περιλαμβάνει τη διάσπαση υδατανθράκων, όπως το άμυλο, η γλυκόζη και άλλα οργανικά υποστρώματα.

Η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση είναι δύο θεμελιώδεις διαδικασίες για την παραγωγή ενέργειας. Και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούν εξαιρετικά μειωμένες χημικές ενώσεις που παράγονται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης και του κύκλου του κιτρικού οξέος για την παραγωγή ΑΤΡ. Αυτές οι μειωμένες χημικές ενώσεις δημιουργούν μια ηλεκτροχημική βαθμίδα κατά μήκος της μεμβράνης, γνωστή ως βαθμίδα πρωτονίων. Η διαδικασία προκύπτει από μια γωνία ηλεκτρονίων. ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι είτε οξυγόνο είτε χημική ουσία.

Γλυκόλυση Η

ζύμωση και η κυτταρική αναπνοή είναι δύο διαδικασίες στις οποίες τα κύτταρα μετατρέπουν τη γλυκόζη σε ενέργεια. Στη ζύμωση, η διαδικασία οξειδώνει τη γλυκόζη και χρησιμοποιεί δύο άλλα μόρια για την παραγωγή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Αντίθετα, η κυτταρική αναπνοή οξειδώνει μόνο εν μέρει τη γλυκόζη και παράγει γαλακτικό οξύ και αιθανόλη. Και οι δύο διαδικασίες παράγουν ενέργεια, αλλά η ζύμωση έχει περισσότερα οφέλη σε σχέση με την κυτταρική αναπνοή.

Στην αναερόβια αναπνοή, η τροφή διασπάται παρουσία οξυγόνου, απελευθερώνοντας διοξείδιο του άνθρακα και νερό ενώ συντίθεται το ATP. Η μαγιά είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα μιας διαδικασίας ζύμωσης σε δράση. Το διοξείδιο του άνθρακα που δημιουργείται κατά τη ζύμωση παράγει φυσαλίδες αερίου στη ζύμη, αφήνοντας τρύπες στο ψωμί μετά το ψήσιμο. Τόσο η ζύμωση όσο και η κυτταρική αναπνοή παράγουν ATP, τα δομικά στοιχεία της ενέργειας στα κύτταρα.

Η διάσπαση της γλυκόζης συμβαίνει τόσο σε αερόβιες όσο και σε αναερόβιες διεργασίες. Η ζύμωση παράγει περισσότερο ATP από την αερόβια αναπνοή, αλλά χαμηλότερη απόδοση ενέργειας. Η παραγωγή ATP αυξάνεται γρήγορα, αλλά η ζύμωση μειώνει την παραγωγή ενέργειας – η διάσπαση της γλυκόζης έχει ως αποτέλεσμα τη διαφήμιση του γαλακτικού οξέος, που μπορεί να προκαλέσει μυϊκό πόνο και κόπωση. Η βακτηριακή ζύμωση παράγει ένα υποπροϊόν που ονομάζεται πυροσταφυλικό, το οποίο χρησιμοποιείται σε άλλες αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής.

Συνοψίζοντας, η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση παράγουν ενέργεια για τα κύτταρα. Τα οργανικά μόρια είναι η κύρια πηγή ενέργειας για όλους σχεδόν τους οργανισμούς στη Γη. Και οι δύο διαδικασίες χρησιμοποιούν ενεργειακά μόρια που ονομάζονται ATP, ένα χημικό ελατήριο που απελευθερώνει ενέργεια. Η κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιεί ATP, ενώ η ζύμωση απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή ADP. Αυτό κάνει την κυτταρική αναπνοή πολύ πιο αποτελεσματική και παράγει περισσότερα μόρια ATP. Λοιπόν, ποια είναι η διαφορά;

Παραγωγή πυροσταφυλικού

Η διαδικασία της γλυκόλυσης είναι ένα κρίσιμο μέρος της παραγωγής ΑΤΡ. Το πρώτο βήμα αυτής της οδού απελευθερώνει ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα, αφήνοντας μια ομάδα υδροξυαιθυλίου δύο άνθρακα. Αυτό το βήμα απελευθερώνει επίσης ένα μόριο NADH. Προχωρά δύο φορές για κάθε μόριο γλυκόζης. Και οι δύο οδοί έχουν ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό δύο μορίων ATP. Αλλά το ένα έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα έναντι του άλλου.

Η ζύμωση συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα των ευκαρυωτικών κυττάρων. Το προϊόν αυτής της διαδικασίας είναι το πυροσταφυλικό, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται στη γλυκόλυση για την παραγωγή ΑΤΡ. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες διαφορές μεταξύ της ζύμωσης και της κυτταρικής αναπνοής. Η ζύμωση παράγει μεγαλύτερο ATP, με το οξυγόνο ως τερματικό δέκτη ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, οι αερόβιες διεργασίες παράγουν έως και 38 ATP ανά γραμμάριο γλυκόζης, ενώ οι αναερόβιες διεργασίες παράγουν μόνο δύο.

Στην περίπτωση της κυτταρικής αναπνοής, το πυροσταφυλικό παράγεται από τρεις διακριτές μεταβολικές οδούς. Η γλυκόζη διασπάται σε δύο μόρια 2-άνθρακες στο πρώτο στάδιο, γνωστό ως γλυκόλυση. Μόλις ολοκληρωθεί αυτό το βήμα, τα μόρια πυροσταφυλικού άλατος μετακινούνται στα μιτοχόνδρια, όπου υφίστανται τον κύκλο του κιτρικού οξέος, τον κύκλο του Krebs. Το δεύτερο βήμα της διαδικασίας περιλαμβάνει την οξείδωση των μορίων πυροσταφυλικού, τα οποία απελευθερώνουν ένα ηλεκτρόνιο και μια μονάδα ενέργειας.

Αντίθετα, στη ζύμωση με γαλακτικό οξύ, τα κύτταρα στο μέσο απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα, με αποτέλεσμα τον ενθουσιασμό. Από την άλλη πλευρά, η ζύμωση με γαλακτικό οξύ μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε γαλακτικό, το οποίο στη συνέχεια διασπάται σε γαλακτικό. Και στις δύο περιπτώσεις, η ζύμωση με γαλακτικό οξύ παράγει επίσης αιθανόλη, που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων για ζύμωση. Το CO2 από τη διαδικασία ζύμωσης είναι αυτό που κάνει τη ζύμη του ψωμιού να φουσκώνει.

Παραγωγή νερού Η

ζύμωση και η κυτταρική αναπνοή είναι δύο διαδικασίες που χρησιμοποιούν οξυγόνο για την παραγωγή ενέργειας. Και τα δύο οξειδώνουν τη γλυκόζη, αλλά η διαδικασία είναι διαφορετική επειδή η ζύμωση δεν διασπά εντελώς τα μόρια του σακχάρου. Η ζύμωση παράγει μόνο δύο μονάδες ενέργειας, ενώ η κυτταρική αναπνοή δημιουργεί έως και 38. Η τελευταία χρησιμοποιεί λιγότερο οξυγόνο. Η κυτταρική αναπνοή έχει περίπου δέκα φορές περισσότερη ισχύ ανά μονάδα γλυκόζης από τη ζύμωση.

Η αναερόβια και η αερόβια μορφή της διαδικασίας είναι εξίσου αποτελεσματικές στην παραγωγή νερού. Η αναερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα σε βακτήρια και μύκητες αλλά απαιτεί οξυγόνο. Το τελικό προϊόν είναι το νερό και χρησιμοποιείται ως βιοκαύσιμο. Η ζύμωση παράγει περισσότερη ενέργεια αλλά είναι μια πιο περίπλοκη διαδικασία. Ωστόσο, και οι δύο τεχνικές έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Η ζύμωση είναι ιδανική λύση για φυτά που χρειάζονται καθαρό νερό, αλλά έχει περιορισμούς.

Ωστόσο, οι δύο διαδικασίες είναι παρόμοιες από μία άποψη. Και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούν ενέργεια από οργανικά μόρια, αλλά η ζύμωση είναι καλύτερη. Η ζύμωση παράγει το ATP, το οποίο είναι η πηγή ενέργειας για τη λειτουργία των μυϊκών κυττάρων. Το πρώτο παράγει ATP από πυροσταφυλικό, ενώ το δεύτερο χρησιμοποιεί γλυκόζη για να παράγει ενέργεια. Αυτή η διαδικασία είναι πιο ενεργειακά αποδοτική από την αναερόβια αναπνοή επειδή αποδίδει έως και 38 ATP ανά μονάδα γλυκόζης, ενώ η τελευταία αποδίδει μόνο δύο.

Στην αερόβια κυτταρική αναπνοή, ένα μόριο γλυκόζης διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει ATP, ένα άλλο απόβλητο προϊόν, και η κυτταρική αναπνοή παράγει περίπου έξι φορές περισσότερη γλυκόζη. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Στη ζύμωση, όμως, χρειάζεται οξυγόνο για αυτή τη διαδικασία. Η αερόβια ζύμωση απαιτεί οξυγόνο, το οποίο συνδυάζει το υδρογόνο από τα μόρια που αποθηκεύουν ενέργεια για να δημιουργήσει νερό.

Παραγωγή ATP

Η διάσπαση της γλυκόζης παράγει δύο μόρια ATP, ένα από τα οποία περιέχει μια φωσφορική ομάδα. Το δεύτερο μόριο γλυκόζης περιέχει μεγάλη ποσότητα χημικής δυναμικής ενέργειας, που μεταφέρεται σε φορείς ηλεκτρονίων στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Στη συνέχεια η συνθάση ATP απελευθερώνει τα ηλεκτρόνια και παράγει δύο μόρια GTP. Τα τρία μόρια συνδυάζονται και ρέουν πίσω στη μήτρα για να σχηματίσουν νερό. Ο κύκλος συνεχίζεται με τον ίδιο τρόπο.

Το ATP παράγεται σε χιλιοστογραμμομοριακές συγκεντρώσεις εντός των κυττάρων και μπορεί να αναπληρωθεί μέσω οξειδωτικής φωσφορυλίωσης ή γλυκόλυσης. Δεδομένου ότι το ATP δεν μπορεί να αποθηκευτεί στο κύτταρο, οι καλύτερες πηγές ενέργειας είναι οι πηγές άνθρακα που προάγουν την παραγωγή ATP. Το 1974, ο Dowdall και οι συνεργάτες του ανέφεραν ότι μια σημαντική ποσότητα ATP βρέθηκε στα χολινεργικά κυστίδια του Torpedo marmorata, ενός μικρού ψαριού. Ομοίως, παρόμοια ευρήματα έχουν γίνει σε ανθρώπους και άλλα ζώα.

Κατά τη διάρκεια του αερόβιου καταβολισμού γλυκόζης, η χημειόσμωση δημιουργεί το 90 τοις εκατό του ATP. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί φωτεινή ενέργεια από το ηλιακό φως για την παραγωγή ATP. Η φωτοφωσφορυλίωση είναι μια άλλη μέθοδος που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ΑΤΡ. Τα μόρια που παράγουν ενέργεια δημιουργούνται από τα άτομα υδρογόνου που ήταν μέρος του μορίου της γλυκόζης. Παράγονται επίσης ιόντα οξυγόνου, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή νερού.

Η διαδικασία ζύμωσης, η οποία χρησιμοποιεί οξυγόνο, είναι η αναερόβια αναπνοή. Η μειωμένη σε οξυγόνο γλυκόζη μετατρέπεται στη συνέχεια σε γαλακτικό οξύ και μετατρέπεται σε ενέργεια. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για τη λειτουργία των κυττάρων, καθώς, χωρίς ισχύ, τα κύτταρα δεν θα μπορούσαν να παράγουν ενέργεια. Η ενέργεια που παράγεται κατά την κυτταρική αναπνοή στη συνέχεια αποθηκεύεται στο ATP. Η ενέργεια που παράγεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας απελευθερώνεται καθώς τα ιόντα υδρογόνου ρέουν πίσω μέσω της μιτοχονδριακής μεμβράνης.

Leave a Reply

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