Unterschied zwischen Fermentation und Atmung

Hauptunterschied - Fermentation vs. Atmung

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

Dieser Artikel betrachtet, 

1. Was ist Fermentation?
      - Merkmale, Prozess
2. Was ist Atmung?
      - Merkmale, Prozess
3. Was ist der Unterschied zwischen Fermentation und Atmung?

Was ist Fermentation?

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

Es gibt zwei Arten der Fermentation, die als Ethanolfermentation und Milchsäuregärung bekannt sind. Ethanol-Fermentation tritt in Hefe in Abwesenheit von Sauerstoff auf. Daher werden sie als fakultative Anaerobier bezeichnet. Milchsäuregärung tritt in Bakterien auf. In Abwesenheit von Sauerstoff produzieren Tiere auch Milchsäure hauptsächlich in ihren Muskeln. Milchsäure ist giftig für Gewebe. Die Glykolyse ist für beide Fermentationen gleich. Während der Glykolyse wird Glukose in zwei Pyruvatmoleküle zerlegt, wobei 2 ATPs als Nettogewinn erzeugt werden. Abgesehen davon werden zwei Moleküle von NADH gebildet, indem Elektronen aus Glyceraldehyd-3-phosphat erhalten werden. Während der Ethanolfermentation wird Pyruvat durch Entfernung von Kohlendioxid in 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 in dem Medium auf. Während der Milchsäuregärung wird Pyruvat in Milchsäure umgewandelt, die dann zu Laktat oxidiert wird. Die chemische Gesamtreaktion für die Ethanolfermentation und die Milchsäurefermentation sind unten angegeben.

Ethanol Fermentation:

C₆H₁₂O₆  → 2C₂H₅OH + 2CO₂  + 2ATP

Milchsäure-Fermentation:                                     

C₆H₁₂O₆  → 2C₃H₆O₃  +  2ATP

Abbildung 1: Ethanol- und Milchsäuregärung

Was ist Atmung?

Bei der Atmung handelt es sich um eine Reihe chemischer Reaktionen, die an der Energieproduktion beteiligt sind, indem Lebensmittel vollständig oxidiert werden. Es setzt Kohlendioxid und Wasser als Nebenprodukte frei. Die Atmung ist der am häufigsten vorkommende und effizienteste Prozess unter den Energieerzeugungsprozessen. Es kommt in höheren Pflanzen und Tieren vor, die komplexe zelluläre Prozesse mit hohem Energieverbrauch verwenden. Während der Atmung werden 36 ATP 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 auf, wie sie während der Fermentation auftritt. Die bei der Glykolyse erzeugten zwei Pyruvatmoleküle werden in die Mitochondrienmatrix überführt. Sie setzen jeweils zwei Kohlendioxidmoleküle frei und werden während der oxidativen Decarboxylierung zu Acetyl-CoA. Dieses Acetyl-CoA tritt in den Zitronensäurezyklus ein, der auch als Krebszyklus bezeichnet wird. Während der Zitronensäurezyklus, Ein einzelnes Glucosemolekül wird 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, das in der inneren Mitochondrienmembran auftritt. Während der oxidativen Phosphorylierung werden Elektronen in NADH und FADH₂ werden durch eine Reihe von genannten Elektronenträgern übertragen Elektronentransportkette. Der Nettoertrag von ATPs beträgt sechsunddreißig bei der Atmung. Die gesamte chemische Reaktion ist unten gezeigt.   

Atmung:

C₆H₁₂O₆  +  6O₂  → 6CO₂  +  6H₂O + 36ATP

Abbildung 2: Atmung

Unterschied zwischen Fermentation und Atmung

Definition

Fermentation: Bei der Fermentation handelt es sich um den chemischen Abbau eines organischen Substrats wie Glukose durch Mikroorganismen wie Bakterien und Hefe, die typischerweise Aufschäumen und Hitze abgeben.

Atmung: Bei der Atmung handelt es sich um eine Reihe chemischer Reaktionen, die an der Energieproduktion beteiligt sind, indem Lebensmittel vollständig oxidiert werden. Es setzt Kohlendioxid und Wasser als Nebenprodukte frei.

Sauerstoff

Fermentation: Sauerstoff ist für die Fermentation nicht erforderlich.

Atmung: Sauerstoff ist für die Atmung erforderlich.

Wasser

Fermentation: Während der Fermentation wird kein Wasser produziert.

Atmung: Bei der Atmung entsteht Wasser als Nebenprodukt.

Auftreten

Fermentation: Die Fermentation erfolgt im Zytoplasma.

Atmung: Die Atmung erfolgt in Zytoplasma und Mitochondrien.

Nettoertrag von ATP

Fermentation: Die Fermentation erzeugt nur zwei ATPs, indem ein einzelnes Glucosemolekül abgebaut wird.

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

Substratoxidation

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

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

Typen

Fermentation: Die Ethanolgärung und die Milchsäuregärung sind die zwei Arten von Fermentationen, die in Organismen vorkommen.

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

Final Electron Acceptor

Fermentation: Der letzte Elektronenakzeptor in der Fermentation ist ein organisches Molekül, üblicherweise Acetaldehyd in der Ethanolfermentation und Pyruvat in der Milchsäuregärung.

Atmung: Der letzte Elektronenakzeptor besteht hauptsächlich aus Sauerstoff.

Endprodukte

Fermentation: Die Ethanolfermentation erzeugt Ethanol und Kohlendioxid. Milchsäuregärung erzeugt Milchsäure als Endprodukt.

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

NAD⁺ Regeneration

Fermentation: Während der Regeneration von NAD wird kein ATP produziert⁺ in der Gärung.

Atmung: Während der Regeneration von NAD werden drei ATPs erzeugt⁺ in der Atmung.

Oxidative Phosphorylierung

Fermentation: Während der Fermentation tritt keine oxidative Phosphorylierung auf.

Atmung: In der Atmung werden ATP durch oxidative Phosphorylierung aus NADH und FADH2 erzeugt.

Art des Organismus

Fermentation: Fermentation findet sich normalerweise in Mikroorganismen wie Hefe.

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.

Fazit

Fermentation und Atmung sind zwei Prozesse, die in den Katabolismus organischer Substrate involviert sind, die als Nahrungsmittel während der Erzeugung von Energie verwendet werden, die von den zellulären Prozessen benötigt wird. Während der Fermentation und Atmung wird die in organischen Molekülen gespeicherte potentielle Energie in Form von ATP in kinetische chemische Energie umgewandelt. Beide Prozesse beginnen mit der Glykolyse und führen zu zwei Pyruvatmolekülen. Die Glykolyse findet im Zytoplasma aller Zellen der Erde statt. Sauerstoff ist an der Glykolyse nicht beteiligt. In Gegenwart von Sauerstoff gelangt Pyruvat im Zytoplasma jedoch in die Mitochondrienmatrix, um einen Zitronensäurezyklus zu durchlaufen, der Pyruvat vollständig oxidiert. Diese vollständige Oxidation tritt nur bei der Atmung auf. NADH und FADH₂ werden auch durch den Zitronensäurezyklus erzeugt. Sie werden durch oxidative Phosphorylierung in der inneren Membran der Mitochondrien reduziert. Im Gegensatz dazu findet die Fermentation in Abwesenheit von Sauerstoff statt, wobei Pyruvat unvollständig entweder zu Ethanol oder Lactat oxidiert. Während der Ethanolfermentation wird Pyruvat in Acetaldehyd umgewandelt, das dann in Ethanol umgewandelt wird. Das bei der Glykolyse der Fermentation erzeugte NADH gibt während der Regeneration seine Elektronen an Acetaldehyd ab. Daher ist der Hauptunterschied zwischen Fermentation und Atmung die Fähigkeit, ATP während des Regenerationsprozesses von NAD zu produzieren⁺.

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.

Bildhöflichkeit:
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