Przeczytaj
Fermentacja jest sposobem pozyskiwania energii bez udziału tlenu. Obecnie rozróżnia się fermentację od oddychania beztlenowego ze względu na rodzaj związku, który jest ostatecznym akceptorem elektronów. W przypadku fermentacji jest to związek organiczny, natomiast w oddychaniu beztlenowym – związek nieorganiczny. Oddychanie beztlenowe, podobnie jak tlenowe wykorzystuje łańcuch oddechowy do wytworzenia gradientu elektrochemicznego, który następnie napędza syntezę cząsteczek ATPATP.
Znaczenie glikolizy w pozyskiwaniu energii
Mimo że fermentacja i oddychanie tlenoweoddychanie tlenowe to alternatywne szlaki umożliwiające pozyskanie energii z cukrów, glikolizaglikoliza jest pierwszym etapem obu. Glukoza jest wtedy utleniana do pirogronianu. W obu szlakach utleniaczem jest NADIndeks górny ++, a podczas przemian produktów pośrednich glikolizy generuje się zysk energetyczny w postaci dwóch cząsteczek ATP netto.
Różnice w ilości ATP powstałego podczas przemian beztlenowych i tlenowych
Fermentacja i oddychanie tlenowe różnią się sposobem dalszego przetwarzania pirogronianu. Podczas tego drugiego szlaku można pozyskać więcej energii z glukozy niż dwie cząsteczki ATP netto, które uzyskiwane są drogą fermentacji.
Dzieje się tak, gdyż powstały w wyniku glikolizy pirogronian wnika do mitochondrium, gdzie ulega kolejnym przemianom (reakcja pomostowa, cykl Krebsa) aż do całkowitego utlenienia do COIndeks dolny 22 i HIndeks dolny 22O. Dzięki temu energia jest dalej pozyskiwana i magazynowana w uniwersalnych przenośnikach protonów i elektronów oraz ATP, który w cyklu Krebsa powstaje na drodze fosforylacji substratowej. Energia związana w cząsteczkach NADH+HIndeks górny ++ i FADHIndeks dolny 22, powstałych w reakcji pomostowej oraz w cyklu Krebsa, jest przekazywana na łańcuch transportu elektronów (łańcuch oddechowyłańcuch oddechowy), który napędza fosforylację oksydacyjnąfosforylację oksydacyjną. W efekcie powstaną kolejne cząsteczki ATP – 1,5 cząsteczki ATP z każdego FADHIndeks dolny 2 Indeks dolny koniec2 oraz 2,5 cząsteczki ATP z NADH+HIndeks górny ++. Zysk energetyczny z utlenienia jednej cząsteczki glukozy jest więc kilkunastokrotnie większy niż z fermentacji i może wynosić około 32. cząsteczek ATP netto.
Drogi odzyskiwania NADIndeks górny + Indeks górny koniec+ do przemian katabolicznych glukozy
Aby glikolizaglikoliza mogła zachodzić w sposób ciągły, komórka musi mieć dostęp do glukozy oraz NADIndeks górny ++. NADH+HIndeks górny ++, który jest produktem glikolizy, musi być z powrotem utleniany do NADIndeks górny ++ w celu podtrzymania reakcji glikolitycznych. Podczas fermentacji jest to możliwe dzięki redukcji pirogronianu do kwasu mlekowego (fermentacja mlekowafermentacja mlekowa) lub aldehydu octowego do etanolu (fermentacja alkoholowafermentacja alkoholowa), gdzie reduktorem jest
NADH+HIndeks górny ++, ulegający tym samem utlenieniu do NADIndeks górny ++. W oddychaniu tlenowym do regeneracji NADIndeks górny ++ dochodzi podczas transportu elektronów na łańcuchu oddechowym zlokalizowanym na wewnętrznej błonie mitochondrium.
Bilans energetyczny katabolizmu tlenowego i beztlenowego cząsteczki glukozy
Cecha | Oddychanie tlenowe | Fermentacja |
|---|---|---|
Typ fosforylacji | substratowasubstratowa, oksydacyjna | substratowa |
Warunki | tlenowe | beztlenowe |
Umiejscowienie | cytoplazma i mitochondrium | cytoplazma |
Etapy | glikoliza, reakcja pomostowa, cykl Krebsa, łańcuch oddechowy | glikoliza, redukcja pirogronianu lub aldehydu octowego |
Produkty | COIndeks dolny 22, HIndeks dolny 22O | kwas mlekowy, etanol, |
Zysk energetyczny netto | ok. 32 ATP | 2 ATP |
Słownik
organiczny związek chemiczny, nośnik energii zgromadzonej w wiązaniach wysokoenergetycznych, a używanej w metabolizmie komórki
beztlenowy, enzymatyczny rozkład cukrów na etanol i dwutlenek węgla
beztlenowy proces rozkładu cukrów prostych na kwas mlekowy
zachodzi w wewnętrznej błonie mitochondrialnej u wszystkich organizmów tlenowych oraz w wewnątrzkomórkowych wpukleniach błony komórkowej u bakterii; polega na wytwarzaniu ATP przy wykorzystaniu energii uwalnianej w łańcuchu oddechowym
zachodzi w cytozolu komórki w początkowych etapach oddychania komórkowego oraz podczas fermentacji; polega na przyłączeniu do ADP reszty fosforanowej, która została przeniesiona z cząsteczki substratu organicznego; podczas tego procesu wykorzystywana jest energia uwolniona na skutek zerwania wysokoenergetycznego wiązania, które łączy resztę fosforanową z substratem
proces przemiany glukozy w dwie cząsteczki pirogronianu; dostarcza energii w postaci dwóch cząsteczek kwasu adenozynotrifosforowego (ATP) oraz substancji wyjściowych do dalszych przemian metabolicznych (cyklu Krebsa i fosforylacji oksydacyjnej)
łańcuch transportu elektronów, końcowy szlak utleniania cząsteczek różnych substratów energetycznych zlokalizowany w błonie wewnętrznej mitochondrium; jego substratami są bogate energetycznie (zawierające pary elektronów o wysokim potencjale przenoszenia) zredukowane nukleotydy: NADH i FADHIndeks dolny 22 pochodzące z cyklu kwasu cytrynowego, glikolizy i beta‑oksydacji; energia swobodna uwalniana podczas przenoszenia elektronów na tlen cząsteczkowy jest wykorzystywana do syntezy ATP (fosforylacja oksydacyjna); utlenianie sprzężone jest z fosforylacją dzięki gradientowi protonowemu wytworzonemu w poprzek błony mitochondrialnej
enzymatyczny proces kataboliczny, polegający na utlenianiu związków organicznych do dwutlenku węgla i wody w obecności tlenu