Unterschied zwischen aerober und anaerober Atmung

Hauptunterschied - aerobe vs. anaerobe Atmung

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

Dieser Artikel untersucht,

1. Was ist aerobe Atmung?
- Merkmale, Prozess
2. Was ist anaerobe Atmung?
- Merkmale, Prozess
3. Was ist der Unterschied zwischen der aeroben und der anaeroben Atmung?

Was ist aerobe Atmung?

Die in Gegenwart von Sauerstoff ablaufenden Reaktionen, die die Nahrung abbauen, um Energie in Form von ATP zu erzeugen, werden als aerobe Atmung bezeichnet. Die häufigste Form der zellulären Reparatur ist die aerobe Atmung, die bei höheren Pflanzen und Tieren vorkommt. Aerobe Atmung tritt sowohl im Zytoplasma als auch in den Mitochondrien auf. Es produziert 36 ATP aus einem einzelnen Glucosemolekül. Grundsätzlich sind drei Schritte in die aerobe Atmung involviert. Sie sind Glykolyse, Zitronensäurezyklus und die Elektronentransportkette. Das Substrat besteht hauptsächlich aus Glucose und die anorganischen Endprodukte sind Kohlendioxid und Wasser. Daher ist die aerobe Atmung die Umkehrung der Photosynthese. Die chemische Gesamtreaktion der aeroben Atmung ist unten dargestellt.

Chemische Reaktion der aeroben Atmung

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 2.900 kJ / mol

Glykolyse ist der erste Schritt der aeroben Atmung und tritt unabhängig von Sauerstoff auf. Daher ist es auch der erste Schritt des Glukoseabbaus bei anaerober Atmung. Die Glykolyse findet im Zytoplasma aller Zellen statt. Während der Glykolyse wird Glukose in zwei Pyruvatmoleküle zerlegt, wobei 2 ATPs als Nettogewinn erzeugt werden. Zusätzlich werden zwei NADH-Moleküle gebildet, indem Elektronen aus Glycerinaldehyd-3-phosphat gewonnen werden. Das Pyruvat wird in die Matrix der Mitochondrien umgewandelt, wobei aus Pyruvat Acetyl-CoA gebildet wird, indem während der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat Kohlendioxid entfernt wird. Acetyl-CoA geht dann in die Zitronensäurezyklus, das wird auch Krebszyklus genannt. 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, wobei während der oxidativen Phosphorylierung ATP entsteht. Die oxidative Phosphorylierung findet in der inneren Membran der Mitochondrien statt und überträgt Elektronen durch eine Reihe von Ladungsträgern in der Elektronentransportkette. Die Gesamtausbeute an aerober Atmung beträgt 36 ATP. Ein schematisches Diagramm der aeroben Atmung ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Aerobe Atmung

Was ist anaerobe Atmung?

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

Es werden zwei Kategorien der aeroben Atmung unterschieden. Die erste Kategorie der anaeroben Atmung erfolgt durch Glykolyse und unvollständige Oxidation von Pyruvat in Milchsäure oder Ethanol. Der Prozess wird Fermentation genannt. Der endgültige Elektronenakzeptor und der Wasserstoffakzeptor ist das einfache organische Endprodukt. Die Endprodukte werden als Abfallstoffwechselprodukte in das Medium abgegeben. Während der Fermentation tritt die Glykolyse als erster Schritt auf. Das resultierende Pyruvat wird in Hefe und einigen Bakterien in Ethanol umgewandelt. In Pflanzen wird Ethanol durch anaerobe Atmung produziert, wenn kein Sauerstoff vorhanden ist. Diese Art der Fermentation wird als Ethanolfermentation bezeichnet. Die chemische Gesamtreaktion der Ethanolfermentation ist unten gezeigt.

Chemische Reaktion der Ethanolfermentation

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 118 kJ / mol

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

Chemische Reaktion der Milchsäuregärung

C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ + 120 kJ / mol

Die Fermentationseffizienz ist im Vergleich zur aeroben Atmung sehr gering. Milchsäure, die während der Milchsäuregärung entsteht, ist für das Gewebe toxisch. Der Unterschied zwischen aerober Atmung und anaerober Atmung im Sinne einer Milchsäuregärung ist in dargestellt Figur 2.

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 Prokaryoten wie Bakterien und Archaeen führen diese Art der anaeroben Atmung durch. Die Aufnahme von Elektronen durch Sulfat erzeugt Schwefelwasserstoff als Endprodukt. In Methanogenen ist der letzte Elektronenakzeptor Kohlendioxid, das als Endprodukt Methan produziert.

Unterschied zwischen aerober und anaerober Atmung

Sauerstoff

Aerobic Atmung: Die aerobe Atmung erfolgt in Gegenwart von Sauerstoff.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung erfolgt in Abwesenheit von Sauerstoff.

Art der Pflanzen und Tiere

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

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung findet sich normalerweise in Mikroorganismen, selten jedoch in höheren Organismen.

Auftreten

Aerobic Atmung: Aerobe Atmung tritt nur innerhalb der Zelle auf.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung kann überall auftreten.

Lokalisierung in der Zelle

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

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung tritt nur im Zytoplasma auf.

Dauerhaft / temporär

Aerobic Atmung: Die aerobe Atmung erfolgt kontinuierlich in Gegenwart von Sauerstoffgas.

Anaerobe Atmung: Die anaerobe Atmung erfolgt kontinuierlich in Mikroorganismen. Bei höheren Tieren tritt es jedoch in Abwesenheit von Sauerstoff auf.

Schritte

Aerobic Atmung: Aerobe Atmung erfolgt durch Glykolyse, Pyruvat-Oxidation, TCA-Zyklus, Elektronentransportkette und ATP-Synthese.

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

Effizienz

Aerobic Atmung: Die aerobe Atmung erzeugt 36 ATPs pro Glucosemolekül.

Anaerobe Atmung: Anaerobe Atmung erzeugt 2 ATPs pro Glucosemolekül.

Toxizität

Aerobic Atmung: Die aerobe Atmung ist für den Organismus nicht toxisch.

Anaerobe Atmung: Aerobe Atmung ist für höhere Organismen toxisch.

Endprodukte

Aerobic Atmung: Endprodukte in 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 Methan und Schwefelwasserstoff als Endprodukte.

Oxidation

Aerobic Atmung: Das Substrat wird während der aeroben Atmung vollständig in Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

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

Fazit

Die Zellatmung erfolgt auf zwei Wegen, die als aerobe und anaerobe Atmung bekannt sind. Aerobe Atmung tritt meistens bei höheren Tieren und Pflanzen auf. Anaerobe Atmung findet in Mikroorganismen wie parasitären Würmern, Hefen und einigen Bakterien statt. Sowohl für die aerobe als auch für die anaerobe Atmung wird Glukose als Substrat verwendet. Die aerobe Atmung erfolgt in Gegenwart von Sauerstoff, wobei das Substrat vollständig oxidiert wird und anorganische Endprodukte, Kohlendioxid und Wasser entstehen. Im Gegensatz dazu erfolgt eine anaerobe Atmung in Abwesenheit von Sauerstoff, wobei das Substrat unvollständig oxidiert wird und organische Endprodukte wie Ethanol entstehen. Da die anaerobe Atmung das Substrat unvollständig oxidiert, ist die ATP-Ausbeute im Vergleich zur aeroben Atmung sehr gering. Aerobe Atmung ergibt 36 ATPs, anaerobe Atmung jedoch nur 2 ATPs pro Glucosemolekül. Dies ist der Unterschied zwischen der aeroben und der anaeroben Atmung.

Referenz:
1. Cooper, Geoffrey M. "Metabolic Energy". Die Zelle: ein molekularer Ansatz. 2. Auflage US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 07 Apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter und Jr. "Bakterieller Stoffwechsel". Medizinische Mikrobiologie. 4. Ausgabe. US National Library of Medicine, 01. Januar 1996. Web. 07 Apr. 2017.
3. „Aerobe Atmung und anaerobe Atmung - Bestehen Sie meine Prüfungen: Einfache Prüfungsrevision für GSCE Biology.“ Aerobe Atmung und anaerobe Atmung - Bestehen Sie meine Prüfungen: Einfache Prüfungsrevision für GSCE Biology. N.p., n. D. Netz. 07 Apr. 2017.

Bildhöflichkeit:
1. "Aerobic pathways" Von Boumphreyfr - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
2. „2505 aerobe versus anaerobe Atmung“ von OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions-Website. 19. Juni 2013. (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia

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