Hauptunterschied – aerobe vs anaerobe Atmung

Aerobe und anaerobe Atmung sind die zwei Arten der Zellatmung, die in Organismen vorkommen. Zellatmung ist der Prozess des Abbaus von Nahrung, um die potentielle Energie in Form von ATP freizusetzen. Aerobe Atmung kommt bei höheren Tieren und Pflanzen vor. Anaerobe Atmung findet hauptsächlich in Mikroorganismen wie Hefe statt. Beide Verfahren verwenden Glukose als Rohstoff. Die Hauptunterschied zwischen aerober und anaerober Atmung liegt das aerobe Atmung erfolgt in Gegenwart von Sauerstoff wohingegen aerobe Atmung erfolgt in Abwesenheit von Sauerstoff.

Dieser Artikel untersucht,

1. Was ist aerobe Atmung? – Eigenschaften, Prozess 2. Was ist anaerobe Atmung? – Eigenschaften, Prozess 3. Was ist der Unterschied zwischen aerober und anaerober Atmung?

Was ist aerobe Atmung?

Als aerobe Atmung bezeichnet man die Reihe von Reaktionen, die in Gegenwart von Sauerstoff ablaufen, die Nahrung abbauen, um Energie in Form von ATP zu erzeugen. Die häufigste Art der Zellreparatur ist die aerobe Atmung, die bei höheren Pflanzen und Tieren auftritt. Die aerobe Atmung findet sowohl im Zytoplasma als auch in den Mitochondrien statt. Es produziert 36 ATP aus einem einzigen Glukosemolekül. Grundsätzlich sind drei Schritte an der aeroben Atmung beteiligt. Sie sind Glykolyse, Zitronensäurezyklus und die Elektronentransportkette. Das Substrat ist meist Glucose und die anorganischen Endprodukte sind Kohlendioxid und Wasser. Daher ist die aerobe Atmung das Gegenteil der Photosynthese. Die chemische Gesamtreaktion der aeroben Atmung ist unten dargestellt.

Chemische Reaktion der aeroben Atmung

C₆h₁₂Ö₆ + 6Ö₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 2.900 kJ/mol

Glykolyse ist der erste Schritt der aeroben Atmung und erfolgt selbstständig ohne Sauerstoff. Daher ist es auch der erste Schritt des Glukoseabbaus bei der anaeroben Atmung. Die Glykolyse findet im Zytoplasma aller Zellen statt. Während der Glykolyse wird Glukose in zwei Pyruvatmoleküle zerlegt, wodurch 2 ATPs als Nettogewinn erzeugt werden. Darüber hinaus werden zwei Moleküle NADH gebildet, indem Elektronen aus Glycerinaldehyd-3-phosphat gewonnen werden. Das Pyruvat wird in die Matrix der Mitochondrien umgewandelt und bildet Acetyl-CoA aus Pyruvat, indem Kohlendioxid während der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat eliminiert wird. Acetyl-CoA geht dann in die Zitronensäurezyklus, der auch Krebs-Zyklus genannt wird. Während des Zitronensäurezyklus wird ein einzelnes Glucosemolekül vollständig zu sechs Kohlendioxidmolekülen oxidiert, wodurch 2 GTPs, 6 NADH und 2 FADH. entstehen₂. Diese NADH und FADH2 werden mit Sauerstoff kombiniert und erzeugen während der oxidativen Phosphorylierung ATP. Die oxidative Phosphorylierung findet in der inneren Membran der Mitochondrien statt und überträgt Elektronen durch eine Reihe von Trägern in den Elektronentransportkette. Die Gesamtausbeute der aeroben Atmung beträgt 36 ATP. Ein schematisches Diagramm der aeroben Atmung ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Aerobe Atmung

Was ist anaerobe Atmung?

Anaerobe Atmung ist eine Reihe von Reaktionen, die in Abwesenheit von Sauerstoff ablaufen, die Nahrung in einfache organische Verbindungen zerlegt und Energie in Form von ATP erzeugt. Anaerobe Atmung tritt in Mikroorganismen wie einigen Bakterien, Hefen und parasitären Würmern auf. Es kommt im Zytoplasma der Zellen dieser Organismen vor und liefert nur 2 ATPs.

Zwei Kategorien der aeroben Atmung werden identifiziert. Die erste Kategorie der anaeroben Atmung erfolgt durch Glykolyse und unvollständige Oxidation von Pyruvat entweder zu Milchsäure oder Ethanol. Der Vorgang wird Fermentation genannt. Der letzte Elektronenakzeptor und der Wasserstoffakzeptor ist das einfache organische Endprodukt. Die Endprodukte werden als Abfallmetaboliten in das Medium sezerniert. Während der Fermentation findet als erster Schritt die Glykolyse statt. Das entstehende Pyruvat wird in Hefe und einigen Bakterien in Ethanol umgewandelt. In Pflanzen wird bei Abwesenheit von Sauerstoff Ethanol durch anaerobe Atmung produziert. Diese Art der Fermentation wird als Ethanolfermentation bezeichnet. Die chemische Gesamtreaktion der Ethanolfermentation ist unten dargestellt.

Chemische Reaktion der Ethanolfermentation

C₆h₁₂Ö₆ → 2C₂h₅OH + 2CO₂ + 118 kJ/mol

Bei Tieren wird bei fehlendem Sauerstoff Milchsäure durch anaerobe Atmung produziert. Dies wird als Milchsäuregärung bezeichnet. Die chemische Gesamtreaktion für die Milchsäuregärung ist unten gezeigt.

Chemische Reaktion der Milchsäurefermentation

C₆h₁₂Ö₆ → 2C₃h₆Ö₃ + 120 kJ/mol

Die Effizienz der Fermentation ist im Vergleich zur aeroben Atmung sehr gering. Milchsäure, die bei der Milchsäuregärung entsteht, ist gewebetoxisch. Der Unterschied zwischen aerober Atmung und anaerober Atmung im Sinne einer Milchsäuregärung ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Unterschied zwischen aerober Atmung und Milchsäuregärung

Während der zweiten Kategorie der anaeroben Atmung ist der letzte Elektronenakzeptor Sulfat oder Nitrat am Ende der Elektronentransportkette. Einige Prokaryonten wie Bakterien und Archaeen führen diese Art der anaeroben Atmung durch. Bei der Aufnahme von Elektronen durch Sulfat entsteht als Endprodukt Schwefelwasserstoff. In Methanogenen ist der letzte Elektronenakzeptor Kohlendioxid, das Methan als Endprodukt erzeugt.

Unterschied zwischen aerober und anaerober Atmung

Sauerstoff

Aerobe Atmung: Aerobe Atmung erfolgt in Gegenwart von Sauerstoff.

Anaerobe Atmung: Die anaerobe Atmung erfolgt in Abwesenheit von Sauerstoff.

Arten von Pflanzen und Tieren

Aerobe Atmung: Aerobe Atmung findet sich bei allen höheren Pflanzen und Tieren.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung findet sich meist bei Mikroorganismen, selten aber bei höheren Organismen.

Auftreten

Aerobe Atmung: Die aerobe Atmung findet nur innerhalb der Zelle statt.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung kann überall auftreten.

Lokalisierung innerhalb von Cell

Aerobe Atmung: Die aerobe Atmung erfolgt im Zytoplasma und in den Mitochondrien.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung findet nur im Zytoplasma statt.

Dauerhafte/vorübergehende Natur

Aerobe Atmung: Aerobe Atmung erfolgt kontinuierlich in Gegenwart von Sauerstoffgas.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung findet bei Mikroorganismen kontinuierlich statt. Bei höheren Tieren tritt es jedoch in Abwesenheit von Sauerstoff auf.

Schritte

Aerobe Atmung: Die aerobe Atmung erfolgt durch Glykolyse, Pyruvatoxidation, TCA-Zyklus, Elektronentransportkette und ATP-Synthese.

Anaerobe Atmung: Die anaerobe Atmung erfolgt durch Glykolyse und unvollständigen Abbau von Pyruvat.

Effizienz

Aerobe Atmung: Die aerobe Atmung erzeugt 36 ATPs pro Glukosemolekül.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung erzeugt 2 ATPs pro Glukosemolekül.

Toxizität

Aerobe Atmung: Aerobe Atmung ist für den Organismus ungiftig.

Anaerobe Atmung: Aerobe Atmung ist für höhere Organismen giftig.

Endprodukte

Aerobe Atmung: Endprodukte bei der aeroben Atmung sind Kohlendioxid und Wasser.

Anaerobe Atmung: Endprodukte der Fermentation in Hefe sind Ethanol und Kohlendioxid. Bei Tieren ist das Endprodukt Milchsäure. Bakterien produzieren als Endprodukte Methan und Schwefelwasserstoff.

Oxidation

Aerobe Atmung: Das Substrat wird während der aeroben Atmung vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

Anaerobe Atmung: Substrat wird während der anaeroben Atmung unvollständig oxidiert.

Abschluss

Die Zellatmung erfolgt auf zwei Wegen, die als aerobe Atmung und anaerobe Atmung bekannt sind. Die aerobe Atmung findet hauptsächlich bei höheren Tieren und Pflanzen statt. Anaerobe Atmung tritt bei Mikroorganismen wie parasitären Würmern, Hefen und einigen Bakterien auf. Sowohl bei der aeroben als auch bei der anaeroben Atmung wird Glucose als Substrat verwendet. Die aerobe Atmung erfolgt in Gegenwart von Sauerstoff, wobei das Substrat vollständig oxidiert wird, wobei anorganische Endprodukte, Kohlendioxid und Wasser entstehen. Im Gegensatz dazu erfolgt die anaerobe Atmung in Abwesenheit von Sauerstoff, wodurch das Substrat unvollständig oxidiert wird, was zu organischen Endprodukten wie Ethanol führt. Da die anaerobe Atmung das Substrat unvollständig oxidiert, ist die Ausbeute an ATP im Vergleich zu ihrer Ausbeute bei der aeroben Atmung sehr gering. Aerobe Atmung liefert 36 ATPs, aber anaerobe Atmung liefert nur 2 ATPs pro Glukosemolekül. Dies ist der Unterschied zwischen aerober Atmung und anaerober Atmung.

Referenz:1. Cooper, Geoffrey M. „Stoffwechselenergie“. Die Zelle: Ein molekularer Ansatz. 2. Auflage. U.S. National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 07.04.2017.2. Jurtshuk, Peter und Jr. „Bakterischer Stoffwechsel“. Medizinische Mikrobiologie. 4. Auflage. U.S. National Library of Medicine, 01. Januar 1996. Web. 07.04.2017.3. „Aerobische Atmung und anaerobe Atmung – Bestehen Sie meine Prüfungen: Einfache Prüfungsnotizen für die GSCE-Biologie.“ Aerobe Atmung und anaerobe Atmung – Pass My Exams: Einfache Prüfungsüberarbeitungshinweise für GSCE Biology. N.S., N.D. Netz. 07. April 2017.

Bildhöflichkeit: 1. „Aerobische Wege“ Von Boumphreyfr – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia2. „2505 Aerobic versus Anaerobic Respiration“ von OpenStax College – Anatomy & Physiology, Connexions-Website. 19. Juni 2013. (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia