Differenza principale: fermentazione vs respirazione

La fermentazione e la respirazione sono due tipi di processi cellulari, coinvolti nella scomposizione del glucosio nella cellula. Sia la fermentazione che la respirazione sono processi catabolici, che generano energia sotto forma di ATP. Il differenza principale tra fermentazione e respirazione è che durante la fermentazione, l'NADH non viene utilizzato nella fosforilazione ossidativa per generare ATP mentre, durante la respirazione, l'NADH viene utilizzato nella fosforilazione ossidativa per generare tre ATP per NADH.

Questo articolo esamina,

1. Che cos'è la fermentazione? – Caratteristiche, Processo 2. Cos'è la respirazione? – Caratteristiche, Processo 3. Qual è la differenza tra fermentazione e respirazione

Cos'è la fermentazione

La fermentazione è la scomposizione chimica di substrati organici come il glucosio da parte di microrganismi come batteri e lieviti, che tipicamente emettono effervescenza e calore. Si verifica in microrganismi come alcuni batteri, lieviti e vermi parassiti. La fermentazione è localizzata nel citoplasma delle cellule di quegli organismi. La resa netta della fermentazione è di soli 2 ATP. Il processo di fermentazione avviene in due fasi: glicolisi e ossidazione parziale del piruvato.

Esistono due tipi di fermentazione noti come fermentazione dell'etanolo e fermentazione dell'acido lattico. Fermentazione di etanolo si verifica nel lievito in assenza di ossigeno. Quindi, sono chiamati anaerobi facoltativi. Fermentazione lattica avviene nei batteri. In assenza di ossigeno, anche gli animali producono acido lattico principalmente nei muscoli. L'acido lattico è tossico per i tessuti. La glicolisi è la stessa per entrambe le fermentazioni. Durante la glicolisi, il glucosio viene scomposto in due molecole di piruvato, generando 2 ATP come guadagno netto. Oltre a ciò, due molecole di NADH si formano ottenendo elettroni dalla gliceraldeide-3-fosfato. Durante la fermentazione dell'etanolo, il piruvato viene decarbossilato in acetaldeide rimuovendo l'anidride carbonica. L'acetaldeide viene convertita in etanolo utilizzando gli atomi di idrogeno del NADH. L'effervescenza si verifica a causa del rilascio di anidride carbonica nel mezzo da parte delle cellule nel mezzo. Durante la fermentazione dell'acido lattico, il piruvato viene convertito in acido lattico, che viene poi ossidato in lattato. La reazione chimica complessiva per la fermentazione dell'etanolo e la fermentazione dell'acido lattico sono riportate di seguito.

Etanolo Fermentazione:

C₆h₁₂oh₆ → 2C₂h₅OH + 2CO₂ + 2ATP

Fermentazione dell'acido lattico:

C₆h₁₂oh₆ → 2C₃h₆oh₃ + 2ATP

Figura 1: Etanolo e fermentazione dell'acido lattico

Cos'è la respirazione?

La respirazione è l'insieme delle reazioni chimiche coinvolte nella produzione di energia ossidando completamente il cibo. Rilascia anidride carbonica e acqua come sottoprodotti. La respirazione è il processo più abbondante ed efficiente tra i processi di produzione di energia. Si verifica nelle piante e negli animali superiori che utilizzano processi cellulari complessi con alti consumi energetici. Durante la respirazione vengono prodotti 36 ATP. L'intero processo avviene nel citoplasma e nei mitocondri.

La respirazione avviene attraverso tre fasi: glicolisi, ciclo dell'acido citrico e catena di trasporto degli elettroni. glicolisi avviene nel citoplasma della cellula nello stesso modo in cui avviene durante la fermentazione. Le due molecole di piruvato prodotte nella glicolisi vengono trasferite nella matrice mitocondriale. Rilasciano due molecole di anidride carbonica, una da ciascuna e diventano acetil-CoA durante la decarbossilazione ossidativa. Questo acetil-CoA entra nel ciclo dell'acido citrico, noto anche come ciclo di Krebs. Durante ciclo dell'acido citrico, una singola molecola di glucosio viene completamente ossidata in sei molecole di anidride carbonica, generando 2 GTP, 6 NADH e 2 FADH₂. Questi NADH e FADH₂ sono combinati con l'ossigeno, generando ATP durante la fosforilazione ossidativa, che avviene nella membrana mitocondriale interna. Durante la fosforilazione ossidativa, gli elettroni in NADH e FADH₂ vengono trasferiti attraverso una serie di trasportatori di elettroni chiamati catena di trasporto degli elettroni. Il rendimento netto degli ATP è di trentasei nella respirazione. La reazione chimica complessiva è mostrata di seguito.

Respirazione:

C₆h₁₂oh₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 36ATP

Figura 2: Respirazione

Differenza tra fermentazione e respirazione

Definizione

Fermentazione: La fermentazione è la scomposizione chimica di un substrato organico come il glucosio da parte di microrganismi come batteri e lieviti, che tipicamente emettono effervescenza e calore.

Respirazione: La respirazione è l'insieme delle reazioni chimiche coinvolte nella produzione di energia ossidando completamente il cibo. Rilascia anidride carbonica e acqua come sottoprodotti.

Ossigeno

Fermentazione: L'ossigeno non è necessario per la fermentazione.

Respirazione: L'ossigeno è necessario per la respirazione.

Acqua

Fermentazione: Durante la fermentazione non viene prodotta acqua.

Respirazione: L'acqua viene prodotta come sottoprodotto durante la respirazione.

Evento

Fermentazione: La fermentazione avviene nel citoplasma.

Respirazione: La respirazione avviene nel citoplasma e nei mitocondri.

Rendimento netto di ATP

Fermentazione: La fermentazione genera solo due ATP dalla scomposizione di una singola molecola di glucosio.

Respirazione: La respirazione genera 36 ATP dalla scomposizione di una singola molecola di glucosio.

Ossidazione del substrato

Fermentazione: Il substrato, il glucosio, non viene completamente scomposto durante la fermentazione.

Respirazione: Il substrato, il glucosio, viene completamente scomposto durante la respirazione.

tipi

Fermentazione: La fermentazione dell'etanolo e la fermentazione dell'acido lattico sono i due tipi di fermentazioni presenti negli organismi.

Respirazione: La respirazione aerobica e anaerobica sono due tipi di respirazione presenti negli organismi.

Accettore di elettroni finale

Fermentazione: L'accettore finale di elettroni nella fermentazione è una molecola organica, solitamente acetaldeide nella fermentazione dell'etanolo e piruvato nella fermentazione dell'acido lattico.

Respirazione: L'accettore finale di elettroni è principalmente ossigeno.

Prodotti finali

Fermentazione: La fermentazione dell'etanolo genera etanolo e anidride carbonica. La fermentazione dell'acido lattico genera acido lattico come prodotto finale.

Respirazione: La respirazione genera prodotti finali inorganici, anidride carbonica e acqua.

NAD⁺ Rigenerazione

Fermentazione: Non viene prodotto ATP durante la rigenerazione di NAD⁺ in fermentazione.

Respirazione: Tre ATP vengono generati durante la rigenerazione di NAD⁺ nella respirazione.

Fosforilazione ossidativa

Fermentazione: Durante la fermentazione non si verifica fosforilazione ossidativa.

Respirazione: Nella respirazione, gli ATP sono generati da NADH e FADH2 attraverso la fosforilazione ossidativa.

Tipo di organismo

Fermentazione: La fermentazione si trova solitamente in microrganismi come il lievito.

Respirazione: La respirazione si trova negli organismi superiori.

Contributo

Fermentazione: La fermentazione ha un contributo minore nella produzione di energia per i processi cellulari sulla terra.

Respirazione: La respirazione ha il maggior contributo nella produzione di energia per i processi cellulari sulla terra.

Conclusione

La fermentazione e la respirazione sono due processi coinvolti nel catabolismo dei substrati organici che vengono utilizzati come cibo durante la produzione di energia richiesta dai processi cellulari. Durante la fermentazione e la respirazione, l'energia potenziale immagazzinata nelle molecole organiche viene convertita in energia chimica cinetica sotto forma di ATP. Entrambi i processi iniziano con la glicolisi, risultando in due molecole di piruvato. La glicolisi si verifica nel citoplasma di tutte le cellule della terra. L'ossigeno non è coinvolto nella glicolisi. Ma in presenza di ossigeno, il piruvato nel citoplasma entra nella matrice mitocondriale per subire il ciclo dell'acido citrico, che ossida completamente il piruvato. Questa ossidazione completa si verifica solo nella respirazione. NADH e FADH₂ sono prodotti anche dal ciclo dell'acido citrico. Sono ridotti dalla fosforilazione ossidativa nella membrana interna dei mitocondri. Al contrario, la fermentazione avviene in assenza di ossigeno, ossidando in modo incompleto il piruvato in etanolo o lattato. Durante la fermentazione dell'etanolo, il piruvato viene convertito in acetaldeide, che viene quindi convertita in etanolo. Il NADH prodotto nella glicolisi della fermentazione, dona i suoi elettroni all'acetaldeide durante la rigenerazione. Pertanto, la principale differenza tra fermentazione e respirazione è la capacità di produrre ATP durante il processo di rigenerazione di NAD⁺.

Riferimento: 1. Cooper, Geoffrey M. "Energia metabolica". La cellula: un approccio molecolare. 2a edizione. Biblioteca nazionale di medicina degli Stati Uniti, 1 gennaio 1970. Web. 07 aprile 2017. 2. Jurtshuk, Peter e Jr. "Metabolismo batterico". Microbiologia medica. 4a edizione. Biblioteca nazionale di medicina degli Stati Uniti, 1 gennaio 1996. Web. 07 aprile 2017.

Cortesia dell'immagine: 1. "Heterofermentative Milchsäuregärung" di Yikrazuul - Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. "By Darekk2 - Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia