Διαφορά μεταξύ αερόβιας και αναερόβιας αναπνοής

Κύρια διαφορά  – Αερόβια έναντι αναερόβιας αναπνοής

Η αερόβια και η αναερόβια αναπνοή είναι οι δύο τύποι κυτταρικής αναπνοής που απαντώνται στους οργανισμούς. Η κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία υποβάθμισης των τροφίμων με σκοπό την απελευθέρωση της δυνητικής ενέργειας με τη μορφή ATP. Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει σε ανώτερα ζώα και φυτά. Η αναερόβια αναπνοή εμφανίζεται κυρίως σε μικροοργανισμούς όπως η μαγιά. Και οι δύο διαδικασίες χρησιμοποιούν γλυκόζη ως πρώτη ύλη. Η κύρια διαφορά μεταξύ αερόβιας και αναερόβιας αναπνοής είναι ότι η αερόβια αναπνοή συμβαίνει παρουσία οξυγόνου ενώ η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα απουσία οξυγόνου .

Αυτό το άρθρο εξετάζει,

1. Τι είναι η αερόβια αναπνοή
      – Χαρακτηριστικά, Διαδικασία
2. Τι είναι η Αναερόβια Αναπνοή
      – Χαρακτηριστικά, Διαδικασία
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ αερόβιας και αναερόβιας αναπνοής

Τι είναι η αερόβια αναπνοή

Το σύνολο των αντιδράσεων που συμβαίνουν παρουσία οξυγόνου, το οποίο διασπά τα τρόφιμα για να παράγει ενέργεια με τη μορφή ATP, είναι γνωστό ως αερόβια αναπνοή. Ο πιο άφθονος τύπος κυτταρικής αποκατάστασης είναι η αερόβια αναπνοή, η οποία συμβαίνει σε ανώτερα φυτά και ζώα. Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα καθώς και στα μιτοχόνδρια. Παράγει 36 ATP από ένα μόνο μόριο γλυκόζης. Βασικά, τρία βήματα εμπλέκονται στην αερόβια αναπνοή. Είναι η γλυκόλυση, ο κύκλος του κιτρικού οξέος και η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Το υπόστρωμα είναι κυρίως γλυκόζη και τα ανόργανα τελικά προϊόντα είναι διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ως εκ τούτου, η αερόβια αναπνοή είναι το αντίστροφο της φωτοσύνθεσης. Η συνολική χημική αντίδραση της αερόβιας αναπνοής φαίνεται παρακάτω.

Χημική αντίδραση της αερόβιας αναπνοής

C₆ H₁₂ O₆ +  6O ₂ →  6CO₂ +  6H₂ O  +  2.900 kJ/mol

Γλυκόλυση είναι το πρώτο βήμα της αερόβιας αναπνοής και συμβαίνει ανεξάρτητα χωρίς οξυγόνο. Επομένως, είναι το πρώτο βήμα της αποικοδόμησης της γλυκόζης και στην αναερόβια αναπνοή. Η γλυκόλυση συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα όλων των κυττάρων. Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, η γλυκόζη διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, δημιουργώντας 2 ATP ως καθαρό κέρδος. Επιπλέον, δύο μόρια NADH σχηματίζονται με τη λήψη ηλεκτρονίων από 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Το πυροσταφυλικό μετασχηματίζεται στη μήτρα των μιτοχονδρίων, σχηματίζοντας ακετυλο-CoA από το πυροσταφυλικό άλας εξαλείφοντας το διοξείδιο του άνθρακα κατά την οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού. Στη συνέχεια, το Acetyl-CoA εισέρχεται στον κύκλο του κιτρικού οξέος , που ονομάζεται επίσης κύκλος του Krebs. Κατά τη διάρκεια του κύκλου του κιτρικού οξέος, ένα μόνο μόριο γλυκόζης οξειδώνεται πλήρως σε έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα, δημιουργώντας 2 GTP, 6 NADH και 2 FADH₂ . Αυτά τα NADH και FADH2 συνδυάζονται με οξυγόνο, δημιουργώντας ATP κατά την οξειδωτική φωσφορυλίωση. Η οξειδωτική φωσφορυλίωση λαμβάνει χώρα στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, μεταφέροντας ηλεκτρόνια μέσω μιας σειράς φορέων στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων . Η συνολική απόδοση της αερόβιας αναπνοής είναι 36 ATP. Ένα σχηματικό διάγραμμα αερόβιας αναπνοής φαίνεται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Αερόβια αναπνοή

Τι είναι η αναερόβια αναπνοή

Η αναερόβια αναπνοή είναι το σύνολο των αντιδράσεων που συμβαίνουν απουσία οξυγόνου, το οποίο διασπά τα τρόφιμα σε απλές οργανικές ενώσεις, δημιουργώντας ενέργεια με τη μορφή ATP. Η αναερόβια αναπνοή εμφανίζεται σε μικροοργανισμούς όπως ορισμένα βακτήρια, ζυμομύκητες και παρασιτικά σκουλήκια. Εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων αυτών των οργανισμών, αποδίδοντας μόνο 2 ATP.

Εντοπίζονται δύο κατηγορίες αερόβιας αναπνοής. Η πρώτη κατηγορία αναερόβιας αναπνοής συμβαίνει μέσω της γλυκόλυσης και της ατελούς οξείδωσης του πυροσταφυλικού είτε σε γαλακτικό οξύ είτε σε αιθανόλη. Η διαδικασία ονομάζεται ζύμωση. Ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων και ο δέκτης υδρογόνου είναι το απλό οργανικό τελικό προϊόν. Τα τελικά προϊόντα εκκρίνονται στο μέσο ως άχρηστοι μεταβολίτες. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης, η γλυκόλυση λαμβάνει χώρα ως πρώτο βήμα. Το πυροσταφυλικό που ακολουθεί μετατρέπεται σε αιθανόλη σε μαγιά και σε ορισμένα βακτήρια. Στα φυτά, όταν απουσιάζει το οξυγόνο, η αιθανόλη παράγεται με αναερόβια αναπνοή. Αυτός ο τύπος ζύμωσης ονομάζεται ζύμωση αιθανόλης. Η συνολική χημική αντίδραση της ζύμωσης αιθανόλης φαίνεται παρακάτω.

Χημική αντίδραση ζύμωσης αιθανόλης

C₆ H₁₂ O₆ →  2C₂ H₅ OH  +  2CO₂ + 118 kJ/mol

Στα ζώα, όταν απουσιάζει το οξυγόνο, το γαλακτικό οξύ παράγεται με αναερόβια αναπνοή. Αυτό ονομάζεται ζύμωση γαλακτικού οξέος. Η συνολική χημική αντίδραση για τη ζύμωση γαλακτικού οξέος φαίνεται παρακάτω.

Χημική αντίδραση ζύμωσης γαλακτικού οξέος

C₆ H₁₂ O₆ →  2C₃ H₆ O₃ +  120 kJ/mol

Η αποτελεσματικότητα της ζύμωσης είναι πολύ χαμηλή σε σύγκριση με την αερόβια αναπνοή. Το γαλακτικό οξύ, το οποίο παράγεται κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος είναι τοξικό για τους ιστούς. Η διαφορά μεταξύ αερόβιας αναπνοής και αναερόβιας αναπνοής με την έννοια της ζύμωσης γαλακτικού οξέος φαίνεται στην εικόνα 2 .

Εικόνα 2:Διαφορά μεταξύ αερόβιας αναπνοής και ζύμωσης γαλακτικού οξέος

Κατά τη δεύτερη κατηγορία αναερόβιας αναπνοής, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι θειικό ή νιτρικό στο τέλος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Μερικοί προκαρυώτες όπως τα βακτήρια και τα αρχαία εκτελούν αυτόν τον τύπο αναερόβιας αναπνοής. Η αποδοχή ηλεκτρονίων από θειικά παράγει υδρόθειο ως τελικό προϊόν. Στα μεθανογόνα, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο παράγει το μεθάνιο ως τελικό προϊόν.

Διαφορά μεταξύ αερόβιας και αναερόβιας αναπνοής

Οξυγόνο

Αερόβιο Αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα παρουσία οξυγόνου.

Αναερόβια αναπνοή: Η αναερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα απουσία οξυγόνου.

Τύπος φυτών και ζώων

Αερόβια αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή βρίσκεται σε όλα τα ανώτερα φυτά και ζώα.

Αναερόβια αναπνοή: Η αναερόβια αναπνοή εντοπίζεται συνήθως σε μικροοργανισμούς, αλλά σπάνια σε ανώτερους οργανισμούς.

Εμφάνιση

Αερόβιο Αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει μόνο μέσα στο κύτταρο.

Αναερόβια αναπνοή: Η αναερόβια αναπνοή μπορεί να συμβεί οπουδήποτε.

Εντοπισμός εντός κελιού

Αερόβιο Αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα και στα μιτοχόνδρια.

Αναερόβια αναπνοή: Η αναερόβια αναπνοή συμβαίνει μόνο στο κυτταρόπλασμα.

Μόνιμη/Προσωρινή φύση

Αερόβιο Αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα συνεχώς παρουσία αερίου οξυγόνου.

Αναερόβια αναπνοή: Η αναερόβια αναπνοή συμβαίνει συνεχώς στους μικροοργανισμούς. Αλλά σε ανώτερα ζώα, εμφανίζεται απουσία οξυγόνου.

Βήματα

Αερόβιο Αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα μέσω της γλυκόλυσης, της οξείδωσης του πυροσταφυλικού, του κύκλου TCA, της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων και της σύνθεσης ATP.

Αναερόβια αναπνοή: Η αναερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα μέσω της γλυκόλυσης και της ατελούς διάσπασης του πυροσταφυλικού.

Αποτελεσματικότητα

Αερόβιο Αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή παράγει 36 ATP ανά μόριο γλυκόζης.

Αναερόβια αναπνοή: Η αναερόβια αναπνοή παράγει 2 ATP ανά μόριο γλυκόζης.

Τοξικότητα

Αερόβιο Αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή είναι μη τοξική για τον οργανισμό.

Αναερόβια αναπνοή: Η αερόβια αναπνοή είναι τοξική για ανώτερους οργανισμούς.

Τελικά προϊόντα

Αερόβιο Αναπνοή: Τα τελικά προϊόντα στην αερόβια αναπνοή είναι το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό.

Αναερόβια αναπνοή: Τα τελικά προϊόντα της ζύμωσης στη μαγιά είναι η αιθανόλη και το διοξείδιο του άνθρακα. Στα ζώα, το τελικό προϊόν είναι το γαλακτικό οξύ. Τα βακτήρια παράγουν μεθάνιο και υδρόθειο ως τελικά προϊόντα.

Οξείδωση

Αερόβιο Αναπνοή: Το υπόστρωμα οξειδώνεται πλήρως σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής.

Αναερόβια αναπνοή: Το υπόστρωμα οξειδώνεται ατελώς κατά την αναερόβια αναπνοή.

Συμπέρασμα

Η κυτταρική αναπνοή συμβαίνει σε δύο μονοπάτια γνωστά ως αερόβια αναπνοή και αναερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει κυρίως σε ανώτερα ζώα και φυτά. Η αναερόβια αναπνοή εμφανίζεται σε μικροοργανισμούς όπως παρασιτικά σκουλήκια, ζυμομύκητες και ορισμένα βακτήρια. Τόσο η αερόβια όσο και η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιούν γλυκόζη ως υπόστρωμα. Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα παρουσία οξυγόνου, οξειδώνοντας πλήρως το υπόστρωμα, αποδίδοντας ανόργανα τελικά προϊόντα, διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Αντίθετα, η αναερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα απουσία οξυγόνου, οξειδώνοντας ατελώς το υπόστρωμα, αποδίδοντας οργανικά τελικά προϊόντα όπως η αιθανόλη. Δεδομένου ότι η αναερόβια αναπνοή οξειδώνει ατελώς το υπόστρωμα, η απόδοση του ATP είναι πολύ χαμηλή σε σύγκριση με την απόδοσή του σε αερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή αποδίδει 36 ATP, αλλά η αναερόβια αναπνοή αποδίδει μόνο 2 ATP ανά μόριο γλυκόζης. Αυτή είναι η διαφορά μεταξύ της αερόβιας αναπνοής και της αναερόβιας αναπνοής.

Αναφορά:
1. Cooper, Geoffrey M. «Metabolic Energy». The Cell:A Molecular Approach. 2η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1970. Web. 07 Απρ. 2017.
2. Jurtshuk, Peter και Jr. «Βακτηριακός Μεταβολισμός». Ιατρική Μικροβιολογία. 4η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1996. Web. 07 Απρ. 2017.
3. "Αερόβια αναπνοή και αναερόβια αναπνοή - Pass My Exams:Εύκολες σημειώσεις αναθεώρησης εξετάσεων για το GSCE Biology." Αερόβια αναπνοή και αναερόβια αναπνοή – Pass My Exams:Εύκολες σημειώσεις αναθεώρησης εξετάσεων για το GSCE Biology. Ν.π., ν.δ. Ιστός. 07 Απρ. 2017.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:
1. "Aerobic pathways" By Boumphreyfr – Ίδια εργασία (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia
2. «2505 Aerobic Versus Anaerobic Respiration» By OpenStax College – Anatomy &Physiology, Connexions Web site. 19 Ιουνίου 2013. (CC BY 3.0) μέσω Commons Wikimedia