Διαφορά μεταξύ ζύμωσης και αναπνοής

Κύρια διαφορά – Ζύμωση έναντι αναπνοής

Η ζύμωση και η αναπνοή είναι δύο τύποι κυτταρικών διεργασιών που εμπλέκονται στη διάσπαση της γλυκόζης στο κύτταρο. Τόσο η ζύμωση όσο και η αναπνοή είναι καταβολικές διεργασίες, που παράγουν ενέργεια με τη μορφή ATP. Η κύρια διαφορά μεταξύ ζύμωσης και αναπνοής είναι ότι κατά τη ζύμωση, το NADH δεν χρησιμοποιείται στην οξειδωτική φωσφορυλίωση προκειμένου να παραχθεί ATP ενώ, κατά τη διάρκεια της αναπνοής, το NADH χρησιμοποιείται στην οξειδωτική φωσφορυλίωση προκειμένου να δημιουργηθούν τρία ATP ανά NADH.

Αυτό το άρθρο εξετάζει, 

1. Τι είναι η Ζύμωση
      – Χαρακτηριστικά, Διαδικασία
2. Τι είναι η Αναπνοή
      – Χαρακτηριστικά, Διαδικασία
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ζύμωσης και αναπνοής

Τι είναι η Ζύμωση

Η ζύμωση είναι η χημική διάσπαση οργανικών υποστρωμάτων όπως η γλυκόζη από μικροοργανισμούς όπως βακτήρια και ζυμομύκητες, που συνήθως εκπέμπουν αναβρασμό και θερμότητα. Εμφανίζεται σε μικροοργανισμούς όπως ορισμένα βακτήρια, ζυμομύκητες και παρασιτικά σκουλήκια. Η ζύμωση εντοπίζεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων αυτών των οργανισμών. Η καθαρή απόδοση της ζύμωσης είναι μόνο 2 ATP. Η διαδικασία της ζύμωσης λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια:γλυκόλυση και μερική οξείδωση του πυροσταφυλικού.

Υπάρχουν δύο τύποι ζύμωσης γνωστοί ως ζύμωση αιθανόλης και ζύμωση γαλακτικού οξέος. Ζύμωση αιθανόλης εμφανίζεται στη ζύμη απουσία οξυγόνου. Ως εκ τούτου, ονομάζονται προαιρετικά αναερόβια. Ζύμωση γαλακτικού οξέος εμφανίζεται στα βακτήρια. Ελλείψει οξυγόνου, τα ζώα παράγουν επίσης γαλακτικό οξύ κυρίως στους μύες τους. Το γαλακτικό οξύ είναι τοξικό για τους ιστούς. Η γλυκόλυση είναι ίδια και για τις δύο ζυμώσεις. Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, η γλυκόζη διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, δημιουργώντας 2 ATP ως καθαρό κέρδος. Εκτός από αυτό, δύο μόρια NADH σχηματίζονται με τη λήψη ηλεκτρονίων από 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης με αιθανόλη, το πυροσταφυλικό αποκαρβοξυλιώνεται σε ακεταλδεΰδη αφαιρώντας το διοξείδιο του άνθρακα. Η ακεταλδεΰδη μετατρέπεται σε αιθανόλη χρησιμοποιώντας τα άτομα υδρογόνου του NADH. Ο αναβρασμός εμφανίζεται λόγω της απελευθέρωσης αερίου διοξειδίου του άνθρακα στο μέσο από τα κύτταρα του μέσου. Κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος, το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ, το οποίο στη συνέχεια οξειδώνεται σε γαλακτικό. Η συνολική χημική αντίδραση για τη ζύμωση αιθανόλης και τη ζύμωση γαλακτικού οξέος δίνονται παρακάτω.

Ζύμωση αιθανόλης:

C₆ H₁₂ O₆ →  2C₂ H₅ OH  +  2CO₂ + 2ATP

Ζύμωση γαλακτικού οξέος:                                   

C₆ H₁₂ O₆ →  2C₃ H₆ O₃ +  2ATP

Εικόνα 1:Ζύμωση αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

Τι είναι η αναπνοή

Η αναπνοή είναι το σύνολο των χημικών αντιδράσεων που εμπλέκονται στην παραγωγή ενέργειας με την πλήρη οξείδωση των τροφίμων. Απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα και νερό ως υποπροϊόντα. Η αναπνοή είναι η πιο άφθονη και αποτελεσματικότερη διαδικασία μεταξύ των διαδικασιών παραγωγής ενέργειας. Εμφανίζεται σε ανώτερα φυτά και ζώα που χρησιμοποιούν πολύπλοκες κυτταρικές διεργασίες με υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Κατά την αναπνοή παράγονται 36 ATP. Η όλη διαδικασία συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα και στα μιτοχόνδρια.

Η αναπνοή πραγματοποιείται μέσω τριών βημάτων:γλυκόλυση, κύκλος κιτρικού οξέος και αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Γλυκόλυση εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου με τον ίδιο τρόπο που συμβαίνει κατά τη ζύμωση. Τα δύο μόρια πυροσταφυλικού που παράγονται στη γλυκόλυση μεταφέρονται στη μιτοχονδριακή μήτρα. Απελευθερώνουν δύο μόρια διοξειδίου του άνθρακα, ένα από το καθένα και γίνονται ακετυλο-CoA κατά την οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση. Αυτό το ακετυλο-CoA εισέρχεται στον κύκλο του κιτρικού οξέος, ο οποίος είναι επίσης γνωστός ως κύκλος Krebs. Κατά τη διάρκεια του κύκλου του κιτρικού οξέος , ένα μόνο μόριο γλυκόζης οξειδώνεται πλήρως σε έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα, δημιουργώντας 2 GTPs, 6 NADH και 2 FADH₂ . Αυτά τα NADH και FADH₂ συνδυάζονται με οξυγόνο, δημιουργώντας ATP κατά την οξειδωτική φωσφορυλίωση, η οποία συμβαίνει στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Κατά την οξειδωτική φωσφορυλίωση, τα ηλεκτρόνια στο NADH και στο FADH₂ μεταφέρονται μέσω μιας σειράς φορέων ηλεκτρονίων που ονομάζονται αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων . Η καθαρή απόδοση των ATP είναι τριάντα έξι στην αναπνοή. Η συνολική χημική αντίδραση φαίνεται παρακάτω.

Αναπνοή:

C₆ H₁₂ O₆ +  6O₂ →  6CO₂ +  6H₂ O  +  36ATP

Εικόνα 2:Αναπνοή

Διαφορά μεταξύ ζύμωσης και αναπνοής

Ορισμός

Ζύμωση: Η ζύμωση είναι η χημική διάσπαση ενός οργανικού υποστρώματος όπως η γλυκόζη από μικροοργανισμούς όπως βακτήρια και ζυμομύκητες, που συνήθως εκπέμπουν αναβρασμό και θερμότητα.

Αναπνοή: Η αναπνοή είναι το σύνολο των χημικών αντιδράσεων που εμπλέκονται στην παραγωγή ενέργειας με την πλήρη οξείδωση των τροφίμων. Απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα και νερό ως υποπροϊόντα.

Οξυγόνο

Ζύμωση: Δεν απαιτείται οξυγόνο για τη ζύμωση.

Αναπνοή: Απαιτείται οξυγόνο για την αναπνοή.

Νερό

Ζύμωση: Δεν παράγεται νερό κατά τη ζύμωση.

Αναπνοή: Το νερό παράγεται ως υποπροϊόν κατά την αναπνοή.

Εμφάνιση

Ζύμωση: Η ζύμωση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα.

Αναπνοή: Η αναπνοή συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα και στα μιτοχόνδρια.

Καθαρή απόδοση ATP

Ζύμωση: Η ζύμωση δημιουργεί μόνο δύο ATP με τη διάσπαση ενός μόνο μορίου γλυκόζης.

Αναπνοή: Η αναπνοή παράγει 36 ATP με τη διάσπαση ενός μόνο μορίου γλυκόζης.

Οξείδωση υποστρώματος

Ζύμωση: Το υπόστρωμα, η γλυκόζη δεν διασπάται πλήρως κατά τη ζύμωση.

Αναπνοή: Το υπόστρωμα, η γλυκόζη διασπάται πλήρως κατά την αναπνοή.

Τύποι

Ζύμωση: Η ζύμωση αιθανόλης και η ζύμωση με γαλακτικό οξύ είναι οι δύο τύποι ζυμώσεων που απαντώνται στους οργανισμούς.

Αναπνοή: Η αερόβια και η αναερόβια αναπνοή είναι δύο τύποι αναπνοής που απαντώνται στους οργανισμούς.

Τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων

Ζύμωση: Ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων στη ζύμωση είναι ένα οργανικό μόριο, συνήθως ακεταλδεΰδη στη ζύμωση αιθανόλης και πυροσταφυλικό στη ζύμωση γαλακτικού οξέος.

Αναπνοή: Ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι κυρίως οξυγόνο.

Τελικά προϊόντα

Ζύμωση: Η ζύμωση της αιθανόλης παράγει αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Η ζύμωση γαλακτικού οξέος δημιουργεί γαλακτικό οξύ ως τελικό προϊόν.

Αναπνοή: Η αναπνοή παράγει ανόργανα τελικά προϊόντα, διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Αναγέννηση NAD

Ζύμωση: Δεν παράγεται ATP κατά την αναγέννηση του NAD στη ζύμωση.

Αναπνοή: Τρία ATP δημιουργούνται κατά την αναγέννηση του NAD στην αναπνοή.

Οξειδωτική φωσφορυλίωση

Ζύμωση: Δεν λαμβάνει χώρα οξειδωτική φωσφορυλίωση κατά τη ζύμωση.

Αναπνοή: Στην αναπνοή, τα ATP παράγονται από NADH και FADH2 μέσω οξειδωτικής φωσφορυλίωσης.

Τύπος οργανισμού

Ζύμωση: Η ζύμωση εντοπίζεται συνήθως σε μικροοργανισμούς όπως η μαγιά.

Αναπνοή: Η αναπνοή βρίσκεται σε ανώτερους οργανισμούς.

Συμβολή

Ζύμωση: Η ζύμωση έχει μικρότερη συμβολή στην παραγωγή ενέργειας για τις κυτταρικές διεργασίες στη γη.

Αναπνοή: Η αναπνοή έχει τη μεγαλύτερη συμβολή στην παραγωγή ενέργειας για τις κυτταρικές διεργασίες στη γη.

Συμπέρασμα

Η ζύμωση και η αναπνοή είναι δύο διαδικασίες που εμπλέκονται στον καταβολισμό οργανικών υποστρωμάτων που χρησιμοποιούνται ως τροφή κατά την παραγωγή ενέργειας που απαιτείται από τις κυτταρικές διεργασίες. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης και της αναπνοής, η δυναμική ενέργεια που αποθηκεύεται στα οργανικά μόρια μετατρέπεται σε κινητική χημική ενέργεια με τη μορφή ATP. Και οι δύο διαδικασίες ξεκινούν με τη γλυκόλυση, με αποτέλεσμα δύο μόρια πυροσταφυλικού. Η γλυκόλυση συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα όλων των κυττάρων στη γη. Το οξυγόνο δεν εμπλέκεται στη γλυκόλυση. Όμως, παρουσία οξυγόνου, το πυροσταφυλικό στο κυτταρόπλασμα εισέρχεται στη μιτοχονδριακή μήτρα προκειμένου να υποβληθεί σε κύκλο κιτρικού οξέος, ο οποίος οξειδώνει πλήρως το πυροσταφυλικό. Αυτή η πλήρης οξείδωση συμβαίνει μόνο στην αναπνοή. NADH και FADH₂ παράγονται επίσης από τον κύκλο του κιτρικού οξέος. Μειώνονται με οξειδωτική φωσφορυλίωση στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Αντίθετα, η ζύμωση λαμβάνει χώρα απουσία οξυγόνου, οξειδώνοντας ατελώς το πυροσταφυλικό είτε σε αιθανόλη είτε σε γαλακτικό. Κατά τη ζύμωση της αιθανόλης, το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε ακεταλδεΰδη, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε αιθανόλη. Το NADH που παράγεται κατά τη γλυκόλυση της ζύμωσης, δωρίζει τα ηλεκτρόνια του στην ακεταλδεΰδη κατά την αναγέννηση. Επομένως, η κύρια διαφορά μεταξύ ζύμωσης και αναπνοής είναι η ικανότητα παραγωγής ATP κατά τη διαδικασία αναγέννησης του NAD.

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.