Sự khác biệt giữa quá trình lên men và hô hấp kỵ khí là gì?

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


Các sinh vật sống, từ đơn giản nhất như vi khuẩn đến phức tạp nhất như động vật có xương sống, phụ thuộc vào các phản ứng hóa học vô tận cần năng lượng. Năng lượng này được lấy từ môi trường. Hầu như luôn luôn, năng lượng đó đến từ một phân tử gọi là adenosine triphosphate, hay ATP. Tuy nhiên, ATP không được tìm thấy trong môi trường, vì vậy các sinh vật sống đã tiến hóa để chuyển đổi các nguồn năng lượng khác (chẳng hạn như ánh sáng mặt trời, nhiệt và chất dinh dưỡng) thành ATP. Hai cách phổ biến nhất để thực hiện quá trình biến đổi đó là hô hấp tế bào và lên men.

Những sinh vật sống đầu tiên tiến hóa để tạo ra ATP bằng cách lên men các loại carbohydrate khác nhau. Sau đó, sinh vật nhân chuẩn đã phát triển khả năng khai thác nhiều năng lượng dự trữ trong carbohydrate thông qua hô hấp kỵ khí. Cuối cùng, các sinh vật cao cấp hơn khác bắt đầu tận dụng một trong những sản phẩm thải ra của quá trình quang hợp, oxy, tạo ra quá trình hô hấp tế bào hiếu khí.

Bởi vì chúng là hai quá trình kỵ khí nên nhiều người nhầm lẫn quá trình hô hấp kỵ khí với quá trình lên men. Tuy nhiên, chúng là hai quá trình rất khác nhau về cơ chế, sản phẩm cuối cùng và sản lượng năng lượng của chúng.

Trong các phần tiếp theo, chúng tôi sẽ đề cập đến quá trình lên men và hô hấp kỵ khí là gì, sau đó so sánh chúng để làm nổi bật những khác biệt quan trọng nhất giữa cái này và cái kia.

hô hấp kỵ khí

Hô hấp kỵ khí là một loại hô hấp tế bào xảy ra khi không có oxy hoặc khi nồng độ oxy rất thấp (do đó có thuật ngữ kỵ khí, nghĩa đen là không có không khí). Kiểu hô hấp tế bào này chỉ được thực hiện bởi một số loài vi khuẩn và các sinh vật nhân sơ khác.

Hô hấp tế bào kỵ khí ở sinh vật nhân sơ

Là một loại hô hấp tế bào, quá trình này bắt đầu bằng quá trình đường phân, trong đó một phân tử glucose được biến đổi thành hai phân tử axit pyruvic, tạo ra hai phân tử ATP ròng. Axit pyruvic sau đó đi vào chu trình Krebs, còn được gọi là chu trình axit citric hoặc chu trình axit tricarboxylic, trong đó một loạt các phản ứng hóa học sẽ oxy hóa axit pyruvic thành carbon dioxide.

Trong giai đoạn tiếp theo của quá trình, các phân tử gọi là chất mang điện tử mang chúng vào chuỗi vận chuyển điện tử nơi thế năng dự trữ trong các chất mang này được chuyển thành gradien nồng độ proton di chuyển một enzym tạo ATP gọi là ATP-synth.

Trong giai đoạn này của quá trình, phần lớn năng lượng hóa học được tạo ra dưới dạng các phân tử ATP; Nó phổ biến đối với tất cả các quá trình hô hấp, dù là hiếu khí hay kỵ khí. Điều khác biệt giữa cái này với cái kia là phân tử nào chịu trách nhiệm nhận và mang các electron để chúng không tích tụ ở cuối chuỗi vận chuyển điện tử.

Với sự có mặt của oxy, phân tử này là chất nhận cuối cùng của các electron và quá trình khử của nó tạo ra các phân tử nước. Mặt khác, trong hô hấp kỵ khí, chất nhận điện tử cuối cùng là một phân tử không phải oxy và phụ thuộc vào vi sinh vật cụ thể được đề cập.

Chất nhận điện tử cuối cùng trong hô hấp kỵ khí

Bảng sau đây cho thấy ba ví dụ về các chất nhận điện tử cuối cùng khác nhau trong hô hấp kỵ khí cùng với sản phẩm khử của chúng và một số vi sinh vật sử dụng nó làm nguồn năng lượng:

người chấp nhận Sản phẩm cuối cùng vi sinh vật
lưu huỳnh sunfua nhiệt tương
nitrat Nitrit, oxit nitơ và N2 Pseudomonas , trực khuẩn
sunfat sunfua Desulfovibrio, Clostridium

Sản xuất năng lượng trong hô hấp kỵ khí

Hô hấp kỵ khí sử dụng các cơ chế sản xuất ATP giống như hô hấp hiếu khí, tức là quá trình đường phân, chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử. Vì lý do này, việc sản xuất năng lượng là như nhau trong cả hai loại hô hấp, có nghĩa là tổng số từ 36 đến 38 phân tử ATP được tạo ra. Sau khi chiết khấu những thứ được tiêu thụ, sản lượng ròng là từ 30 đến 32 phân tử ATP cho mỗi phân tử glucose bị oxy hóa.

lên men

Quá trình lên men, giống như hô hấp tế bào, cũng là một quá trình được thiết kế để sử dụng năng lượng chứa trong các chất dinh dưỡng như carbohydrate và biến nó thành năng lượng hóa học mà tế bào có thể sử dụng dưới dạng các phân tử ATP. Đó là một quá trình kỵ khí hoàn toàn, nghĩa là nó không cần oxy và có thể xảy ra khi không có không khí. Trên thực tế, trong hầu hết các khóa học sinh học cơ bản, quá trình lên men được coi là phương pháp kỵ khí thay thế cho hô hấp tế bào, do đó loại bỏ sự tồn tại của hô hấp kỵ khí.

Tuy nhiên, có một sự khác biệt cơ bản giữa quá trình lên men và hô hấp kỵ khí, đó là quá trình trước không sử dụng chu trình axit citric, ít hơn nhiều chuỗi vận chuyển điện tử, vì vậy nó không thể được coi là một loại hô hấp tế bào.

Quá trình lên men bắt đầu giống như quá trình hô hấp, nghĩa là với quá trình đường phân của các loại đường sáu carbon khác nhau được gọi là hexose, trong đó glucose là loại phổ biến nhất. Tuy nhiên, sau quá trình đường phân, pyruvate được chuyển hóa thành các sản phẩm cuối cùng khác tùy thuộc vào sinh vật thực hiện quá trình lên men.

các loại lên men

Tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men, đây có thể là các loại khác nhau:

Lên men rượu: Trong một số trường hợp, chẳng hạn như nấm men, quá trình lên men sau quá trình đường phân tạo ra rượu etylic hoặc etanol. Loại lên men này được gọi là lên men rượu. Đây là kiểu lên men được sử dụng trong sản xuất đồ uống có cồn.

Lên men axetic: Các tế bào khác tiếp tục oxy hóa etanol thành axit axetic, như xảy ra trong quá trình sản xuất giấm.

Lên men lactic: là quá trình tạo ra axit lactic là sản phẩm cuối cùng. Các vi khuẩn lên men sữa để sản xuất sữa chua sẽ lên men đường lactoza (đường trong sữa) thành axit lactic, khiến protein sữa bị đông lại. Trong trường hợp các mô cơ của động vật có xương sống, chúng có khả năng lên men glucose thành axit lactic khi nồng độ oxy thấp.

Glucose lên men thành axit lactic trong khi tập thể dục

sản xuất năng lượng

Lên men là một quá trình không hiệu quả về sản xuất năng lượng. Giai đoạn đầu tiên, đường phân, chỉ tạo ra 2 phân tử ATP ròng (nó tạo ra tổng cộng 4 nhưng cũng tiêu thụ 2). Quá trình lên men tiếp theo đúng cách sẽ tạo ra hai phân tử NADH ròng, đây cũng là một phân tử năng lượng cao, mặc dù không có năng lượng cao như ATP.

Sự khác biệt giữa lên men và hô hấp kỵ khí

Có thể thấy, giữa lên men và hô hấp kị khí có những điểm giống và khác nhau. Điểm giống nhau chính là cả hai đều bắt đầu bằng quá trình đường phân, cả hai đều xảy ra khi không có oxy và một số loài sinh vật nhân sơ có thể thực hiện cả hai. Tuy nhiên, những điểm tương đồng kết thúc ở đó. Bảng sau đây tóm tắt những điểm khác biệt chính giữa hai cách lấy ATP này:

lên men hô hấp kỵ khí
Nó có thể được thực hiện bởi cả sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn, bao gồm cả các sinh vật đa bào như động vật có xương sống. Chỉ một số loài sinh vật nhân sơ có thể thực hiện nó.
Các kiểu lên men khác nhau tạo ra các sản phẩm cuối cùng khác nhau của quá trình oxy hóa glucose, bao gồm axit lactic, axit axetic và etan, trong số những loại khác. Nó oxy hóa hoàn toàn glucose thành carbon dioxide và chuyển các electron đến các loại chất nhận electron cuối cùng khác nhau, chẳng hạn như lưu huỳnh nguyên tố, sunfat hoặc nitrat.
Nó tạo ra tương đối ít năng lượng có thể sử dụng cho tế bào. Chỉ cần hai phân tử mạng ATP và hai phân tử NADH. Nó tạo ra một lượng lớn ATP, tận dụng tối đa năng lượng chứa trong glucose. Đối với mỗi phân tử glucose, hơn 30 phân tử ATP được tạo ra.
Nó xảy ra độc quyền trong tế bào chất. Nó bắt đầu trong tế bào chất và kết thúc bên trong ty thể.
Đó là một quá trình tương đối đơn giản bao gồm một số lượng nhỏ các phản ứng enzym. Đó là một quá trình rất phức tạp đòi hỏi sự can thiệp của nhiều enzym khác nhau cả trong tế bào chất và trong ma trận, không gian liên màng và màng trong của ty thể.
Nó có thể được thực hiện trong ống nghiệm . Chỉ cần các enzym chịu trách nhiệm cho quá trình lên men, chúng có thể hoạt động trong môi trường ngoại bào phù hợp. Nó phụ thuộc vào sự hiện diện của ti thể nên không thể tiến hành trong ống nghiệm .

Người giới thiệu

-Quảng cáo-

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

Artículos relacionados