Sự khác biệt giữa các quá trình hiếu khí và kỵ khí là gì?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Quá trình hiếu khí và kỵ khí là hai loại quá trình khác nhau mà các tế bào sử dụng để lấy năng lượng từ thực phẩm chúng ăn, tùy thuộc vào điều kiện xung quanh. Sự khác biệt chính giữa hai loại này là lần đầu tiên được thực hiện bởi các tế bào khi chúng ở trong môi trường giàu oxy, trong khi lần thứ hai được thực hiện khi không có hoặc khi nồng độ của khí này không đủ cao.

Ngoài sự khác biệt cơ bản này, các phản ứng sinh hóa xảy ra khi có hoặc không có oxy cũng khác nhau, do đó, quá trình hiếu khí và kỵ khí thường dẫn đến các sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng khác nhau, cũng như mức độ sử dụng năng lượng khác nhau. chất dinh dưỡng. Mặt khác, cũng có những khác biệt về loại sinh vật có khả năng sử dụng từng quá trình và phần tế bào mà chúng xảy ra.

Sự khác biệt giữa các quá trình tế bào hiếu khí và kỵ khí

Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt quan trọng nhất giữa hai quá trình trao đổi chất này. Chúng được giải thích sâu hơn sau này.

quá trình hiếu khí quá trình kỵ khí
Khi chúng xảy ra: Chúng xảy ra với sự có mặt của oxy. Chúng xảy ra khi không có oxy hoặc khi nồng độ oxy thấp.
Chất nền ban đầu: glucôzơ và ôxi. Chỉ cần đường.
Sản phẩm cuối cùng: CO 2 , nước và năng lượng dưới dạng ATP Năng lượng ở dạng ATP và, tùy thuộc vào loại quy trình cụ thể, sản phẩm cuối cùng có thể là axit lactic hoặc etanol và CO 2 .
Các giai đoạn tham gia: • Đường phân
• Quá trình oxy hóa pyruvate
• Chu trình axit citric hoặc chu trình Krebs.
• Oxy hóa phosphoryl.
• Đường phân
• Oxy hóa pyruvate
• Hầu hết không liên quan đến chu trình Krebs.
• Hầu hết không liên quan đến quá trình phosphoryl oxy hóa.
Nó liên quan đến chuỗi vận chuyển điện tử. Trong trường hợp lên men, nó không liên quan đến chuỗi vận chuyển điện tử.
Hiệu quả sản xuất điện: Nó tạo ra một lượng lớn năng lượng dưới dạng ATP. Đối với mỗi phân tử glucose, tổng số 30-32 phân tử ATP ròng được tạo ra. Nó tạo ra ít năng lượng dưới dạng ATP. Đối với mỗi phân tử glucose được lên men, chỉ có 2 phân tử ATP ròng được tạo ra.
Một phần của tế bào nơi nó xảy ra: Một phần xảy ra trong tế bào chất và một phần khác trong ty thể. Nó xảy ra trong tế bào chất và, trong một số trường hợp, trên màng tế bào.
Loại tổ chức sử dụng nó: Nó xảy ra ở các sinh vật hiếu khí và kỵ khí tùy nghi.
Nó không xảy ra trong các vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt hoặc trong các vi khuẩn kỵ khí dung nạp.
Nó xảy ra trong các vi sinh vật kỵ khí nghiêm ngặt, tùy tiện và chịu đựng được.
Sự khác biệt trong quá trình tiến hóa: Đó là một quá trình trao đổi chất gần đây hơn. Nó được cho là quá trình trao đổi chất carbohydrate lâu đời nhất.

ATP: Nhiên liệu tế bào

Ngay cả sau khi tiêu hóa, các tế bào không thể sử dụng các chất mà thực phẩm chúng ta ăn được chuyển hóa trực tiếp thành nguồn năng lượng. Điều này phải xử lý chúng và chuyển đổi chúng thành một phân tử đặc biệt gọi là adenosine triphosphate, adenosine triphosphate hoặc ATP, viết tắt bằng tiếng Anh.

Đây là nơi các quá trình trao đổi chất hiếu khí và kỵ khí phát huy tác dụng, vì cả hai đều thể hiện những cách khác nhau để biến glucose và các chất dinh dưỡng khác thành ATP. Nói cách khác, các quá trình hiếu khí và kỵ khí có thể được coi là những cách khác nhau để tinh chế thực phẩm nhằm tạo ra các tế bào nhiên liệu thực sự cần.

quá trình hiếu khí

Các quá trình hiếu khí đề cập đến quá trình hô hấp tế bào với sự có mặt của oxy. Chúng là một loạt các phản ứng sinh hóa có oxy là chất nhận cuối cùng của các điện tử được tạo ra bởi quá trình oxy hóa glucose. Phản ứng cuối cùng của hô hấp hiếu khí là:

C 6 H 12 O 6 (glucozơ) + 6O 2 + 32ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32ATP

Trong phương trình hóa học này, ADP đại diện cho adenosine monophosphate, Pi đề cập đến phốt phát vô cơ và ATP là adenosine triphosphate.

Các điện tử từ quá trình oxy hóa glucose được vận chuyển lên chuỗi vận chuyển điện tử thông qua một loạt các phản ứng oxy hóa-khử được gọi chung là quá trình phosphoryl oxy hóa. Quá trình này xảy ra trong ty thể và tạo ra một lượng lớn năng lượng dưới dạng ATP.

Không giống như quá trình kỵ khí, hô hấp tế bào điển hình của quá trình hiếu khí xảy ra trong ty thể.

Quá trình hô hấp hiếu khí bắt đầu bằng một giai đoạn không cần oxy được gọi là quá trình đường phân . Trong giai đoạn đầu tiên này, xảy ra trong tế bào chất của tế bào, phân tử glucose được chia làm hai thông qua các phản ứng khác nhau để tạo ra hai phân tử của một hợp chất gọi là pyruvate, tạo ra hai phân tử ATP ròng.

Pyruvate hình thành trong quá trình đường phân bị oxy hóa và sau đó đi vào ty thể, nơi nó đi vào chu trình Krebs, còn được gọi là chu trình axit tricarboxylic hoặc chu trình axit xitric. Chu trình này được kết hợp với quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và hai quá trình này cùng với quá trình đường phân tạo ra tổng cộng 32 phân tử ATP ròng cho mỗi phân tử glucose được chuyển hóa.

quá trình kỵ khí

Không giống như quá trình hiếu khí, quá trình kỵ khí không sử dụng oxy trong bất kỳ giai đoạn nào của chúng. Trên thực tế, thuật ngữ này bao gồm các quá trình chuyển hóa glucose và các chất dinh dưỡng khác khi không có oxy.

Các quá trình kỵ khí phổ biến nhất là hô hấp kỵ khí và các loại lên men khác nhau.

hô hấp kỵ khí

Nó đề cập đến cách thức mà một số vi sinh vật kỵ khí thực hiện quá trình oxy hóa glucose. Trong những trường hợp này, thay vì oxy là chất nhận electron cuối cùng từ glucose, các hợp chất vô cơ khác như ion nitrat, sulfat, carbon dioxide và thậm chí, trong một số trường hợp, một số cation kim loại như sắt (III), mangan (IV) hoặc uran (VI).

Hô hấp kỵ khí rất giống với hô hấp hiếu khí ở chỗ nó cũng bao gồm giai đoạn đầu của quá trình đường phân và một loạt các phản ứng oxy hóa cùng với chuỗi vận chuyển điện tử, nhưng nó tạo ra ít năng lượng hơn so với hô hấp hiếu khí.

lên men

Lên men là một loại khác của quá trình kỵ khí. Mặc dù nó cũng bắt đầu với sự hình thành pyruvate thông qua quá trình đường phân, nhưng nó không tuân theo chuỗi phản ứng dẫn đến quá trình oxy hóa hoàn toàn như xảy ra trong quá trình hô hấp (dù kỵ khí hay không).

Tùy thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng mà pyruvate được biến đổi, các kiểu lên men khác nhau có thể được thực hiện. Ví dụ, các tế bào cơ có thể lên men pyruvate thành axit lactic nếu không có đủ oxy hoặc nếu có nhiều pyruvate hơn mức mà ty thể có thể xử lý thông qua hô hấp hiếu khí. Điều này có thể xảy ra khi chúng ta tập thể dục liên tục, cường độ cao.

Nhiều vi sinh vật cũng có thể thực hiện các loại lên men khác. Một số, chẳng hạn như men, lên men carbohydrate thành rượu etylic . Quá trình này được sử dụng để sản xuất đồ uống có cồn. Vẫn còn những vi khuẩn khác có thể tạo ra khí mê-tan bằng cách lên men.

Bởi vì quá trình lên men hút hết pyruvate trước khi nó đến chuỗi vận chuyển điện tử, nên nó không được coi là một loại hô hấp mà là một loại quá trình kỵ khí.

Sự khác biệt trong sản xuất năng lượng trong quá trình hiếu khí và kỵ khí

Một trong những điểm khác biệt quan trọng nhất giữa quá trình hiếu khí và kỵ khí là khả năng khai thác năng lượng hóa học có trong glucose và các loại thực phẩm khác của tế bào. Hô hấp hiếu khí tạo ra năng lượng hiệu quả hơn nhiều so với bất kỳ quá trình kỵ khí nào.

Cả quá trình hiếu khí và kỵ khí đều bắt đầu với cùng một giai đoạn ban đầu, đó là quá trình đường phân. Quá trình này chỉ tạo ra 2 phân tử ATP.

Tuy nhiên, những điểm tương đồng kết thúc ở đây. Trong các quá trình kỵ khí, vì không có oxy, pyruvate không đi vào chu trình Krebs mà kết hợp với bộ máy sản xuất ATP do chuỗi vận chuyển điện tử hình thành nên không thể tạo ra nhiều ATP hơn hai phân tử mà chúng có được từ quá trình đường phân.

Vì lý do này, các quá trình hiếu khí tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với các quá trình kỵ khí.

Sự khác biệt trong quá trình tiến hóa của họ

Các quá trình kỵ khí được cho là lâu đời hơn các quá trình hiếu khí, vì bầu khí quyển nguyên thủy không chứa oxy. Nó không được hình thành cho đến khi các sinh vật quang hợp, chủ yếu là cây xanh, tiến hóa, rất lâu sau khi sự sống trên cạn xuất hiện.

Ngay cả những sinh vật nhân chuẩn đơn bào đầu tiên được cho là kỵ khí. Tuy nhiên, bằng cách tiến hóa thông qua nội cộng sinh, đến một lúc nào đó, chúng kết hợp các tế bào quang hợp tạo ra oxy như một sản phẩm phụ, và sau đó tiến hóa để có thể tận dụng hợp chất này nhờ khả năng khử cao của nó.

Khi các sinh vật nhân chuẩn đa bào bắt đầu xuất hiện trên Trái đất, các sinh vật lớn hơn và phức tạp hơn cần tạo ra nhiều năng lượng hơn, vì vậy các quá trình hiếu khí là một lợi thế tiến hóa lớn. Thông qua chọn lọc tự nhiên, các sinh vật có nhiều ty thể nhất có thể trải qua quá trình hô hấp hiếu khí đã sống sót và sinh sản ồ ạt, truyền lại những khả năng thích nghi thuận lợi này cho thế hệ con cháu của chúng. Các phiên bản cũ hơn không còn có thể đáp ứng nhu cầu ATP trong sinh vật phức tạp hơn và đã chết.

-Quảng cáo-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados