Τι είναι η κυτταρική αναπνοή με ζύμωση

Κυτταρική αναπνοή και αναερόβια ζύμωση

Η κυτταρική αναπνοή είναι μια σημαντική λειτουργία σε όλα τα ζωντανά όντα. Χωρίς αυτό, τα ζωντανά πράγματα θα ήταν άχρηστα. Η κυτταρική αναπνοή διασπά πολύπλοκα μόρια σε απλούστερα και παρέχει ενέργεια στο σώμα. Αντίθετα, ο αναβολισμός δημιουργεί πιο εκτεταμένα και πολύπλοκα μόρια από πιο απλά και τα αποθηκεύει για μελλοντική χρήση. Χωρίς την κυτταρική αναπνοή, τα ζωντανά όντα δεν θα είχαν την ενέργεια να ζήσουν. Ωστόσο, η κυτταρική αναπνοή δεν είναι απλώς μια διαδικασία παραγωγής ενέργειας. Παρέχει επίσης στα κύτταρα την τροφή που χρειάζονται για να επιβιώσουν.

Αναερόβια κυτταρική αναπνοή

Η κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία κατά την οποία οι οργανισμοί παράγουν ενέργεια χρησιμοποιώντας σάκχαρα. Χωρίς οξυγόνο, τα σάκχαρα μπορούν να μετατραπούν σε αλκοόλ και ακετυλο-CoA, χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Οι αναερόβιες διεργασίες συμβαίνουν σχεδόν σε κάθε ζωντανό οργανισμό, συμπεριλαμβανομένων των φυτών και των ζώων. Οι αναερόβιες διεργασίες είναι μια κρίσιμη πηγή ενέργειας για πολλά έμβια όντα. Η αναερόβια ζύμωση μπορεί να συμβεί σε οποιοδήποτε αεριζόμενο, υγρό έδαφος.

Η αερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο για να παράγει ένα μόριο που ονομάζεται διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Παράγει επίσης ένα ενεργειακό μόριο που ονομάζεται τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Από την άλλη πλευρά, η αναερόβια ζύμωση παράγει ένα απόβλητο προϊόν – διοξείδιο του άνθρακα. Η κυτταρική αναπνοή μπορεί να συμβεί μόνο όταν μειωθεί το επίπεδο οξυγόνου. Αυτός ο τύπος αναπνοής έχει λιγότερα μόρια οξυγόνου από την αερόβια αναπνοή.

Καθώς η γλυκόζη χρησιμοποιείται για την παραγωγή ATP, μεταβολίζεται από βακτήρια και ζυμομύκητες. Στα βακτήρια και τη ζύμη, η γλυκόζη ζυμώνεται, απελευθερώνοντας ενέργεια ως πυροσταφυλικό. Το πυροσταφυλικό διασπάται περαιτέρω για τη δημιουργία αλκοόλης και διοξειδίου του άνθρακα. Καθώς η γλυκόζη μεταβολίζεται, μετατρέπεται σε ακεταλδεΰδη και αιθυλική αλκοόλη, που χρησιμοποιούνται στην παρασκευή αλκοολούχων ποτών και στο ψήσιμο του ψωμιού.

Η διαδικασία αναερόβιας ζύμωσης είναι παρόμοια με την αερόβια αναπνοή αλλά χωρίς οξυγόνο. Ξεκινά με τη γλυκόλυση, μετατρέποντας τη γλυκόζη σε γαλακτικό οξύ και CO2. Η ζύμωση με αιθανόλη είναι η πιο κοινή μορφή αναερόβιας αναπνοής. Σε αντίθεση με την αερόβια αναπνοή, δεν απαιτεί οξυγόνο, απαιτώντας μόνο δύο μόρια ATP για τη διαδικασία. Ένα ενεργειακό ισοζύγιο επιτρέπει στους αερόβιους οργανισμούς να στραφούν σε αναερόβια αναπνοή όταν υπάρχουν χαμηλά επίπεδα οξυγόνου.

Καθώς το οξυγόνο είναι σπάνιο στα μυϊκά κύτταρα, η αναερόβια ζύμωση είναι η κύρια πηγή ενέργειας του σώματος. Ωστόσο, συμβάλλει και στην μυϊκή κόπωση. Όταν οι αερόβιες διεργασίες αποτυγχάνουν, τα μυϊκά κύτταρα παράγουν μια μικρή ποσότητα ATP μέσω της γλυκόλυσης, η οποία χρησιμοποιεί γλυκόζη. Στη συνέχεια διασπά το πυροσταφυλικό οξύ σε γαλακτικό οξύ, το οποίο απελευθερώνει το NAD. Όταν συσσωρεύεται γαλακτικό οξύ, οι μύες δεν μπορούν να συστέλλονται αποτελεσματικά και εμφανίζεται η κούραση.

Η κυτταρική αναπνοή συμβαίνει στα φυτά και είναι η κύρια μέθοδος με την οποία μετατρέπουν τα θρεπτικά συστατικά σε ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, τόσο οι αναερόβιες όσο και οι αερόβιες διεργασίες απελευθερώνουν απόβλητα. Η αναερόβια ζύμωση είναι ένα κρίσιμο συστατικό στη φωτοσύνθεση, καθώς τα φυτά και άλλοι οργανισμοί χρειάζονται νερό και ηλιακό φως για να ευδοκιμήσουν. Εάν η κυτταρική αναπνοή μπλοκαριστεί, η διαδικασία δεν θα είναι δυνατή. Για παράδειγμα, για να παραχθεί ATP, ένα κύτταρο πρέπει να χρησιμοποιήσει οξυγόνο για να διασπάσει τη γλυκόζη σε τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).

Σε γενικές γραμμές, η αερόβια και η αναερόβια ζύμωση είναι και οι δύο τύποι κυτταρικής αναπνοής. Το πρώτο είναι πιο αρχαίο και αποτελεσματικό και υπάρχει εδώ και πολύ καιρό. Και οι δύο διαδικασίες εξελίχθηκαν κατά την εξέλιξη της ζωής. Όταν τα επίπεδα οξυγόνου ήταν υψηλά, η αναερόβια ζύμωση ήταν η πιο κοινή μορφή κυτταρικής αναπνοής. Κατά συνέπεια, οι οργανισμοί που μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αερόβια αναπνοή μεγάλωσαν και εξελίχθηκαν πιο γρήγορα.

Ζύμωση γαλακτικού οξέος

Υπάρχουν δύο είδη ζύμωσης: το γαλακτικό οξύ και η αλκοολική. Και τα δύο αφορούν την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και απορριμμάτων. Η ζύμωση του γαλακτικού οξέος συμβαίνει απουσία οξυγόνου. Η διαδικασία παράγει επίσης δύο πυροσταφυλικά ανά μόριο γλυκόζης. Αυτό δίνει στο κύτταρο ένα συνολικό κέρδος σε ATP. Ωστόσο, η αλκοολική ζύμωση απελευθερώνει περισσότερα απόβλητα, όπως υπεροξείδιο του υδρογόνου και τοξίνες, στο σώμα. Έτσι, για να παραχθεί αιθανόλη, πρέπει να έχετε αρκετή γλυκόζη.

Εάν έχετε ασκήσει σκληρά έναν μυ, πιθανότατα έχετε βιώσει γαλακτικό οξύ στη δύναμη. Οι μύες σας παράγουν περισσότερο γαλακτικό οξύ από το συνηθισμένο όταν προπονείστε. Αυτός είναι ο λόγος που αντιμετωπίζετε συχνά κράμπες μετά από μια προπόνηση. Το ATP είναι ένα σημαντικό ενεργειακό μόριο και η ζύμωση γαλακτικού οξέος σας επιτρέπει να παράγετε περισσότερη ενέργεια χωρίς να ανησυχείτε μήπως τελειώσει το οξυγόνο.

Η διαδικασία της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιεί δύο ένζυμα που ονομάζονται πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση και αλκοολική αφυδρογονάση. Αυτή η αντίδραση παράγει δύο μόρια NADH και την ίδια ποσότητα καθαρού ATP με την αλκοολική ζύμωση. Εκτός από την ενέργεια, η ζύμωση του γαλακτικού οξέος παράγει διοξείδιο του άνθρακα και αιθανόλη, που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή κρασιού και ξιδιού. Χρησιμοποιείται επίσης για την παρασκευή αλκοολούχων ποτών, όπως η μπύρα.

Εκτός από τη ζύμωση, η παραγωγή γαλακτικού οξέος μπορεί επίσης να συμβεί στα μυϊκά κύτταρα κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης. Τα μυϊκά κύτταρα, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν ζύμωση γαλακτικού οξέος για να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες απουσία οξυγόνου. Αυτό παράγει λιγότερο ATP από την κυτταρική αναπνοή, γι’ αυτό μπορεί να προκαλέσει κράμπες και το αίμα να γίνει πολύ όξινο. Εάν δεν ασκείστε σωστά, η ζύμωση γαλακτικού οξέος μπορεί να οδηγήσει σε κράμπες και το αίμα να γίνει πολύ όξινο.

Ο πρώτος τύπος ζύμωσης γαλακτικού οξέος παράγει αιθανόλη. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως γλυκόλυση. Το πρώτο βήμα αυτής της διαδικασίας είναι η διάσπαση της γλυκόζης σε πυροσταφυλικό. Το πυροσταφυλικό στη συνέχεια εισέρχεται στον κύκλο του Krebs, μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα και ακεταλδεΰδη. Και οι δύο αυτές ενώσεις είναι πλούσιες σε ενέργεια. Ο δεύτερος τύπος, η αλκοολική ζύμωση, είναι παρόμοιος με τη ζύμωση γαλακτικού οξέος.

Ο κύκλος του Krebs είναι ο πρωταρχικός μηχανισμός για τη διάσπαση των σακχάρων για την παραγωγή ATP. Ο δεύτερος τύπος, η ζύμωση με γαλακτικό οξύ, παράγει διοξείδιο του άνθρακα και αλκοόλ. Και οι δύο διαδικασίες παράγουν ενέργεια μέσω της διάσπασης των κυτταρικών συστατικών. Ωστόσο, η ζύμωση με γαλακτικό οξύ δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο. Με τη διάσπαση των μορίων σακχάρου, η ζύμωση του γαλακτικού οξέος δημιουργεί δύο μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης. Ως αποτέλεσμα, είναι λιγότερο αποτελεσματική από την κυτταρική αναπνοή. Οι διαφορές μεταξύ των δύο διεργασιών μπορούν να προσδιοριστούν από τα μόρια γλυκόλυσης, τα ένζυμα και τα απόβλητα προϊόντα.

Ζύμωση μαννιτόλης

Ο ρόλος της ζύμωσης μαννιτόλης στο μεταβολισμό των ζυμομυκήτων W/S clade έχει πρόσφατα διευκρινιστεί. Ο ρυθμός κυτταρικής αναπνοής της μαννιτόλης αυξάνεται με το οξυγόνο παρουσία ενός βακτηρίου γνωστού ως μεταλλαγμένα Staphylococcus. Η ικανότητά του να ζυμώνει τη μαννιτόλη εξαρτάται από την ικανότητά του να επάγει τη δράση της υπεροξειδικής δισμουτάσης και της οξειδάσης NADH.

Η ανάπτυξη των σταφυλόκοκκων αναστέλλεται από υψηλές συγκεντρώσεις άλατος στο άγαρ άλατος μαννιτόλης (MSA). Η μαννιτόλη είναι ένα ζυμώσιμο υπόστρωμα για ορισμένα βακτήρια και η παρουσία ερυθρού φαινόλης υποδηλώνει παραγωγή οξέος. Μια κίτρινη αποικία είναι χαρακτηριστική των σταφυλόκοκκων θετικών στην κοαγουλάση. Αρνητικός έλεγχος για τη ζύμωση μαννιτόλης είναι το Escherichia coli ATCC 25922.

Δύο μόρια γαλακτικού οξέος παράγονται από την παραγωγή γλυκόζης κατά τη διαδικασία της ζύμωσης. Η καθαρή ποσότητα NADH και πυροσταφυλικού οξέος παραμένει η ίδια, πράγμα που σημαίνει ότι η αντίδραση είναι αυθόρμητη. Το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει το NADH για να παραμείνει ζωντανό σε δύσκολες στιγμές. Το κάνει αυτό ως μέρος μιας παρενέργειας παρόμοιας με τη γλυκόλυση. Το πυροσταφυλικό οξύ στη συνέχεια πηγαίνει σε γαλακτικό οξύ ή πυροσταφυλικό οξύ. Η καθαρή αναλογία NADH/NAD+ παραμένει αμετάβλητη.

Η διαδικασία της ζύμωσης διέπεται από το σύμπλοκο ενζύμων που υπάρχει στα κύτταρα. Οι περιβαλλοντικές συνθήκες και τα μικρόβια που εμπλέκονται ρυθμίζουν αυτό το σύμπλεγμα ενζύμων. Τα υποπροϊόντα του δεν είναι μόνο αέριο και οργανικές ενώσεις αλλά και υψηλή απόδοση μη οξειδωμένων οργανικών ουσιών. Η σημασία της ζύμωσης έχει ωθήσει την ανάπτυξη της βιομηχανικής μικροβιολογίας. Η παραγωγή μαννιτόλης είναι ένα παράδειγμα αναερόβιας ζύμωσης.

Μελέτες άγαρ άλατος μαννιτόλης έχουν αποκαλύψει πιθανή απομόνωση του S. aureus. Θετικά στη μαννιτόλη ConNS έχουν αναφερθεί από τη Νιγηρία, την Ιαπωνία και τη Νότια Αφρική, ενώ αρνητικός στη μαννιτόλη MRSA έχει ανιχνευθεί σε ρινικά δείγματα από διαφορετικές χώρες. Ωστόσο, σε ορισμένες ρυθμίσεις, οι φαινοτυπικές εξετάσεις μπορεί να μην επαρκούν για την ταυτοποίηση του S. aureus και ορισμένα απομονωμένα στελέχη μπορεί να αναγνωριστούν εσφαλμένα ως S. aureus.

Leave a Reply

Your email address will not be published.