발효와 혐기성 호흡의 차이점은 무엇입니까?

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박테리아와 같이 가장 단순한 것부터 척추동물과 같이 가장 복잡한 것에 이르기까지 생명체는 에너지를 필요로 하는 끝없는 화학 반응에 의존합니다. 이 에너지는 환경에서 얻습니다. 거의 변함없이 그 에너지는 아데노신 삼인산(ATP)이라는 분자에서 나옵니다. 그러나 ATP는 환경에서 발견되지 않기 때문에 생물은 다른 에너지원(햇빛, 열, 영양분 등)을 ATP로 전환하도록 진화했습니다. 이러한 변형을 만드는 가장 일반적인 두 가지 방법은 세포 호흡과 발효입니다.

최초의 생명체는 다양한 유형의 탄수화물을 발효시켜 ATP를 생산하도록 진화했습니다. 나중에 진핵생물은 혐기성 호흡을 통해 탄수화물에 저장된 에너지를 더 많이 활용할 수 있는 능력을 개발했습니다. 마지막으로, 다른 고급 유기체는 광합성의 노폐물 중 하나인 산소를 이용하여 호기성 세포 호흡을 일으키기 시작했습니다.

두 가지 혐기성 과정이기 때문에 많은 사람들이 혐기성 호흡을 발효와 혼동합니다. 그러나 메커니즘, 최종 제품 및 에너지 출력 측면에서 두 가지 매우 다른 프로세스입니다.

다음 섹션에서는 혐기성 호흡과 발효가 무엇인지 다룬 다음 이를 비교하여 가장 중요한 차이점을 강조합니다.

혐기성 호흡

혐기성 호흡은 산소가 없거나 산소 농도가 매우 낮을 때 발생하는 일종의 세포 호흡입니다(따라서 혐기성이라는 용어는 말 그대로 공기가 없는 상태를 의미합니다). 이러한 유형의 세포 호흡은 일부 종의 박테리아와 다른 원핵생물에 의해서만 수행됩니다.

세포 호흡의 한 유형인 이 과정은 포도당 분자가 두 개의 피루브산 분자로 변환되어 두 개의 순 ATP 분자를 생성하는 해당 과정으로 시작됩니다. 그런 다음 피루브산은 일련의 화학 반응이 피루브산을 이산화탄소로 산화시키는 크렙스 회로(시트르산 회로 또는 트리카르복실산 회로라고도 함)에 들어갑니다.

프로세스의 다음 단계에서, 전자 운반체라고 불리는 분자는 이들 운반체에 저장된 포텐셜 에너지가 ATP라는 ATP 생성 효소를 이동시키는 양성자 농도 구배로 변환되는 전자 수송 사슬로 그들을 운반합니다.

공정의 이 단계에서 대부분의 화학 에너지는 ATP 분자의 형태로 생성됩니다. 호기성이든 혐기성이든 모든 호흡 과정에 공통적입니다. 하나를 다른 것과 구별하는 것은 어떤 분자가 전자를 수신하고 운반하여 전자 전달 사슬의 끝에 축적되지 않도록 하는 것입니다.

산소가 있는 상태에서 이 분자는 전자의 최종 수용자이며 환원되면 물 분자가 생성됩니다. 반면에 혐기성 호흡에서 최종 전자 수용체는 산소가 아닌 분자이며 문제의 특정 미생물에 따라 달라집니다.

혐기성 호흡의 최종 전자 수용체

다음 표는 혐기성 호흡에서 서로 다른 최종 전자 수용체의 세 가지 예와 환원 생성물 및 이를 에너지원으로 사용하는 일부 미생물을 보여줍니다.

수락자	최종 제품	미생물
황	황화물	열플라즈마
질산염	아질산염, 질소 산화물 및 N2	슈도모나스 , 바실러스
황산염	황화물	데설포비브리오, 클로스트리디움

혐기성 호흡의 에너지 생산

무산소 호흡은 유산소 호흡과 동일한 ATP 생성 메커니즘, 즉 해당 작용 , 크렙스 주기 및 전자 전달 사슬을 사용합니다. 이러한 이유로 에너지 생산은 두 호흡 유형에서 동일하며 이는 총 36~38개의 ATP 분자가 생산됨을 의미합니다. 소비된 것을 할인한 후, 산화되는 포도당 1분자당 순 생산량은 30~32분자의 ATP입니다.

발효

발효는 세포 호흡과 마찬가지로 탄수화물과 같은 영양소에 포함된 에너지를 ATP 분자 형태로 세포가 사용할 수 있는 화학 에너지로 변환하도록 설계된 과정이기도 합니다. 순전히 혐기성 과정입니다. 즉, 산소가 필요하지 않으며 공기가 없을 때 발생할 수 있습니다. 사실, 대부분의 기본 생물학 과정에서 발효는 세포 호흡에 대한 혐기성 대안으로 인용되어 혐기성 호흡의 존재를 제거합니다.

그러나 발효와 혐기성 호흡 사이에는 근본적인 차이가 있으며, 전자는 구연산 회로를 사용하지 않으며 전자 전달 사슬은 훨씬 적기 때문에 일종의 호흡으로 간주할 수 없습니다.

발효는 호흡과 같은 방식으로 시작됩니다. 즉, 육탄당이라고 하는 여러 유형의 6탄당의 해당 분해로 시작되며 그 중 포도당이 가장 일반적입니다. 그러나 당분해 후 피루브산은 발효를 수행하는 유기체에 따라 다른 최종 생성물로 변환됩니다.

발효의 종류

최종 발효 제품에 따라 다양한 유형이 될 수 있습니다.

알코올 발효: 어떤 경우에는 효모와 같은 경우 해당 분해 후 발효가 에틸 알코올이나 에탄올을 생성합니다. 이러한 유형의 발효를 알코올 발효라고 합니다. 이것은 알코올성 음료 제조에 사용되는 발효 유형입니다.

아세트산 발효: 다른 세포는 식초 제조에서 발생하는 것처럼 에탄올을 아세트산으로 추가로 산화시킵니다.

젖산 발효: 젖산을 최종 제품으로 만드는 것입니다. 요구르트를 생산하기 위해 우유를 발효시키는 박테리아는 유당(우유에 들어 있는 설탕)을 젖산으로 발효시켜 우유 단백질을 응고시킵니다. 척추동물 근육 조직의 경우 산소 농도가 낮을 때 포도당을 젖산으로 발효시킬 수 있습니다.

에너지 생산

발효는 에너지 생산 측면에서 비효율적인 과정입니다. 첫 번째 단계인 해당과정에서는 순 ATP 분자 2개만 생성합니다(총 4개를 생성하지만 2개도 소비함). 후속 발효는 NADH의 2개의 순 분자를 적절하게 생성하며, 이 분자는 ATP만큼 높은 에너지는 아니지만 고에너지 분자이기도 합니다.