Hauptunterschied – Fermentation vs. Atmung

Fermentation und Atmung sind zwei Arten von zellulären Prozessen, die am Abbau von Glukose in der Zelle beteiligt sind. Sowohl Fermentation als auch Atmung sind katabole Prozesse, die Energie in Form von ATP erzeugen. Die Hauptunterschied zwischen Gärung und Atmung ist das während der Fermentation wird NADH bei der oxidativen Phosphorylierung nicht verwendet, um ATP zu erzeugen, während während der Atmung NADH bei der oxidativen Phosphorylierung verwendet wird, um drei ATPs pro NADH zu erzeugen.

Dieser Artikel befasst sich mit,

1. Was ist Fermentation? – Eigenschaften, Prozess 2. Was ist Atmung? – Eigenschaften, Prozess 3. Was ist der Unterschied zwischen Fermentation und Atmung?

Was ist Fermentation?

Fermentation ist der chemische Abbau organischer Substrate wie Glukose durch Mikroorganismen wie Bakterien und Hefen, die typischerweise Aufschäumen und Wärme abgeben. Es kommt in Mikroorganismen wie einigen Bakterien, Hefen und parasitären Würmern vor. Die Fermentation ist im Zytoplasma der Zellen dieser Organismen lokalisiert. Die Nettoausbeute der Fermentation beträgt nur 2 ATPs. Der Fermentationsprozess erfolgt in zwei Schritten: Glykolyse und partielle Oxidation von Pyruvat.

Es gibt zwei Arten der Gärung, die als Ethanolgärung und Milchsäuregärung bekannt sind. Ethanol-Fermentation kommt in Hefe in Abwesenheit von Sauerstoff vor. Daher werden sie als fakultative Anaerobier bezeichnet. Milchsäuregärung kommt in Bakterien vor. In Abwesenheit von Sauerstoff produzieren Tiere Milchsäure hauptsächlich in ihren Muskeln. Milchsäure ist gewebetoxisch. Die Glykolyse ist bei beiden Fermentationen gleich. Während der Glykolyse wird Glukose in zwei Pyruvatmoleküle zerlegt, wodurch 2 ATPs als Nettogewinn erzeugt werden. Abgesehen davon werden zwei NADH-Moleküle gebildet, indem Elektronen aus Glycerinaldehyd-3-phosphat gewonnen werden. Bei der Ethanolfermentation wird Pyruvat durch Entfernung von Kohlendioxid zu Acetaldehyd decarboxyliert. Acetaldehyd wird unter Verwendung der Wasserstoffatome des NADH in Ethanol umgewandelt. Das Aufschäumen tritt aufgrund der Freisetzung von Kohlendioxidgas in das Medium durch die Zellen im Medium auf. Bei der Milchsäuregärung wird Pyruvat in Milchsäure umgewandelt, die dann zu Laktat oxidiert wird. Die gesamte chemische Reaktion für die Ethanolfermentation und die Milchsäurefermentation sind unten angegeben.

Ethanol-Fermentation:

C₆h₁₂Ö₆ → 2C₂h₅OH + 2CO₂ + 2ATP

Milchsäuregärung:

C₆h₁₂Ö₆ → 2C₃h₆Ö₃ + 2ATP

Abbildung 1: Ethanol- und Milchsäuregärung

Was ist Atmung

Atmung ist die Reihe von chemischen Reaktionen, die an der Energieerzeugung durch vollständige Oxidation von Nahrung beteiligt sind. Es setzt Kohlendioxid und Wasser als Nebenprodukte frei. Die Atmung ist der am häufigsten vorkommende und effizienteste Prozess unter den Prozessen der Energieerzeugung. Es kommt bei höheren Pflanzen und Tieren vor, die komplexe zelluläre Prozesse mit hohem Energieverbrauch nutzen. Während der Atmung werden 36 ATPs produziert. Der gesamte Prozess findet im Zytoplasma und in den Mitochondrien statt.

Die Atmung erfolgt in drei Schritten: Glykolyse, Zitronensäurezyklus und Elektronentransportkette. Glykolyse tritt im Zytoplasma der Zelle auf die gleiche Weise wie während der Fermentation auf. Die beiden bei der Glykolyse produzierten Pyruvatmoleküle werden in die mitochondriale Matrix überführt. Sie setzen zwei Kohlendioxidmoleküle, jeweils eines, frei und werden während der oxidativen Decarboxylierung zu Acetyl-CoA. Dieses Acetyl-CoA tritt in den Zitronensäurezyklus ein, der auch als Krebszyklus bekannt ist. Während der Zitronensäurezyklus, ein einzelnes Glucosemolekül wird vollständig in sechs Kohlendioxidmoleküle oxidiert, wodurch 2 GTPs, 6 NADH und 2 FADH. entstehen₂. Diese NADH und FADH₂ werden mit Sauerstoff kombiniert und erzeugen ATP während der oxidativen Phosphorylierung, die in der inneren Mitochondrienmembran stattfindet. Während der oxidativen Phosphorylierung werden Elektronen in NADH und FADH₂ werden durch eine Reihe von Elektronenträgern übertragen, genannt Elektronentransportkette. Die Nettoausbeute an ATPs beträgt sechsunddreißig beim Atmen. Die gesamte chemische Reaktion ist unten gezeigt.

Atmung:

C₆h₁₂Ö₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 36ATP

Abbildung 2: Atmung

Unterschied zwischen Fermentation und Atmung

Definition

Fermentation: Fermentation ist der chemische Abbau eines organischen Substrats wie Glukose durch Mikroorganismen wie Bakterien und Hefen, die typischerweise Aufschäumen und Wärme abgeben.

Atmung: Atmung ist die Reihe von chemischen Reaktionen, die an der Energieerzeugung durch vollständige Oxidation von Nahrung beteiligt sind. Es setzt Kohlendioxid und Wasser als Nebenprodukte frei.

Sauerstoff

Fermentation: Für die Fermentation wird kein Sauerstoff benötigt.

Atmung: Für die Atmung wird Sauerstoff benötigt.

Wasser

Fermentation: Bei der Gärung entsteht kein Wasser.

Atmung: Bei der Atmung entsteht als Nebenprodukt Wasser.

Auftreten

Fermentation: Die Fermentation erfolgt im Zytoplasma.

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

Nettorendite von ATP

Fermentation: Bei der Fermentation entstehen nur zwei ATPs durch den Abbau eines einzelnen Glukosemoleküls.

Atmung: Die Atmung erzeugt 36 ATPs durch den Abbau eines einzelnen Glukosemoleküls.

Substratoxidation

Fermentation: Das Substrat Glucose wird während der Fermentation nicht vollständig abgebaut.

Atmung: Das Substrat Glukose wird während der Atmung vollständig abgebaut.

Typen

Fermentation: Ethanolfermentation und Milchsäurefermentation sind die beiden Arten von Fermentationen, die in Organismen vorkommen.

Atmung: Aerobe und anaerobe Atmung sind zwei Arten der Atmung, die in Organismen vorkommen.

Endgültiger Elektronenakzeptor

Fermentation: Der letzte Elektronenakzeptor bei der Fermentation ist ein organisches Molekül, normalerweise Acetaldehyd bei der Ethanolfermentation und Pyruvat bei der Milchsäurefermentation.

Atmung: Der letzte Elektronenakzeptor ist hauptsächlich Sauerstoff.

Endprodukte

Fermentation: Die Ethanol-Fermentation erzeugt Ethanol und Kohlendioxid. Bei der Milchsäuregärung entsteht als Endprodukt Milchsäure.

Atmung: Bei der Atmung entstehen anorganische Endprodukte, Kohlendioxid und Wasser.

NAD⁺ Regeneration

Fermentation: Bei der Regeneration von NAD. wird kein ATP produziert⁺ bei der Gärung.

Atmung: Während der Regeneration von NAD. werden drei ATPs gebildet⁺ bei der Atmung.

Oxidative Phosphorylierung

Fermentation: Während der Fermentation tritt keine oxidative Phosphorylierung auf.

Atmung: Bei der Atmung werden ATPs aus NADH und FADH2 durch oxidative Phosphorylierung gebildet.

Art des Organismus

Fermentation: Fermentation findet normalerweise in Mikroorganismen wie Hefe statt.

Atmung: Die Atmung findet sich in höheren Organismen.

Beitrag

Fermentation: Die Fermentation trägt weniger zur Energiegewinnung für die zellulären Prozesse auf der Erde bei.

Atmung: Die Atmung hat den höchsten Beitrag zur Energiegewinnung für die zellulären Prozesse auf der Erde.

Abschluss

Fermentation und Atmung sind zwei Prozesse, die am Abbau organischer Substrate beteiligt sind, die als Nahrung bei der Produktion von Energie verwendet werden, die von den zellulären Prozessen benötigt wird. Bei der Gärung und Atmung wird die in organischen Molekülen gespeicherte potentielle Energie in kinetische chemische Energie in Form von ATP umgewandelt. Beide Prozesse beginnen mit der Glykolyse, was zu zwei Pyruvatmolekülen führt. Die Glykolyse findet im Zytoplasma aller Zellen der Erde statt. Sauerstoff ist an der Glykolyse nicht beteiligt. In Gegenwart von Sauerstoff dringt Pyruvat im Zytoplasma jedoch in die mitochondriale Matrix ein, um einen Zitronensäurezyklus zu durchlaufen, der Pyruvat vollständig oxidiert. Diese vollständige Oxidation findet nur bei der Atmung statt. NADH und FADH₂ werden auch durch den Zitronensäurezyklus produziert. Sie werden durch oxidative Phosphorylierung in der inneren Membran der Mitochondrien reduziert. Im Gegensatz dazu erfolgt die Fermentation in Abwesenheit von Sauerstoff, wobei Pyruvat entweder zu Ethanol oder Laktat unvollständig oxidiert wird. Bei der Ethanolfermentation wird Pyruvat in Acetaldehyd umgewandelt, das dann in Ethanol umgewandelt wird. Das bei der Glykolyse der Fermentation produzierte NADH gibt seine Elektronen während der Regeneration an Acetaldehyd ab. Daher besteht der Hauptunterschied zwischen Fermentation und Atmung in der Fähigkeit, während des Regenerationsprozesses von NAD. ATP zu produzieren⁺.

Referenz: 1. Cooper, Geoffrey M. „Stoffwechselenergie“. Die Zelle: Ein molekularer Ansatz. 2. Auflage. U.S. National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 7. April 2017. 2. Jurtshuk, Peter und Jr. „Bakterischer Stoffwechsel“. Medizinische Mikrobiologie. 4. Auflage. U.S. National Library of Medicine, 01. Januar 1996. Web. 07. April 2017.

Bild mit freundlicher Genehmigung: 1. „Heterofermentative Milchsäuregärung“ Von Yikrazuul – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 2. „Von Darekk2 – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia