Belangrijkste verschil - Aërobe versus anaërobe ademhaling

Aërobe en anaërobe ademhaling zijn de twee soorten cellulaire ademhaling die in organismen worden aangetroffen. Cellulaire ademhaling is het proces van het afbreken van voedsel om de potentiële energie in de vorm van ATP vrij te maken. Aërobe ademhaling komt voor bij hogere dieren en planten. Anaërobe ademhaling komt vooral voor in micro-organismen zoals gist. Beide processen gebruiken glucose als grondstof. De grootste verschil tussen aërobe en anaërobe ademhaling is dat: aërobe ademhaling vindt plaats in aanwezigheid van zuurstof terwijl aërobe ademhaling vindt plaats in afwezigheid van zuurstof.

Dit artikel onderzoekt,

1. Wat is aërobe ademhaling? – Kenmerken, proces 2. Wat is anaërobe ademhaling? – Kenmerken, proces 3. Wat is het verschil tussen aërobe en anaërobe ademhaling?

Wat is aerobe ademhaling?

De reeks reacties die optreedt in de aanwezigheid van zuurstof, die voedsel afbreekt om energie te genereren in de vorm van ATP, staat bekend als aerobe ademhaling. Het meest voorkomende type cellulaire reparatie is aerobe ademhaling, die voorkomt bij hogere planten en dieren. Aërobe ademhaling vindt zowel in het cytoplasma als in de mitochondriën plaats. Het produceert 36 ATP uit een enkel glucosemolecuul. In principe zijn er drie stappen betrokken bij aërobe ademhaling. Dit zijn glycolyse, citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen. Het substraat is meestal glucose en de anorganische eindproducten zijn kooldioxide en water. Daarom is aërobe ademhaling het omgekeerde van fotosynthese. De algemene chemische reactie van aërobe ademhaling wordt hieronder weergegeven.

Chemische reactie van aërobe ademhaling

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 2, 900 kJ/mol

Glycolyse is de eerste stap van aërobe ademhaling en vindt onafhankelijk plaats zonder zuurstof. Daarom is het ook de eerste stap van glucoseafbraak bij anaërobe ademhaling. Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma van alle cellen. Tijdens glycolyse wordt glucose afgebroken tot twee pyruvaatmoleculen, waarbij 2 ATP's worden gegenereerd als de nettowinst. Bovendien worden twee moleculen NADH gevormd door elektronen te verkrijgen uit glyceraldehyde-3-fosfaat. Het pyruvaat wordt omgezet in de matrix van mitochondriën en vormt acetyl-CoA uit pyruvaat door koolstofdioxide te elimineren tijdens oxidatieve decarboxylering van pyruvaat. Acetyl-CoA komt dan in de citroenzuur cyclus, ook wel de Krebs-cyclus genoemd. Tijdens de citroenzuurcyclus wordt een enkel glucosemolecuul volledig geoxideerd tot zes koolstofdioxidemoleculen, waarbij 2 GTP's, 6 NADH en 2 FADH worden gegenereerd.₂. Deze NADH en FADH2 worden gecombineerd met zuurstof, waardoor ATP wordt gegenereerd tijdens oxidatieve fosforylering. De oxidatieve fosforylering vindt plaats in het binnenmembraan van mitochondriën, waarbij elektronen door een reeks dragers in de elektronentransportketen. De totale opbrengst van aërobe ademhaling is 36 ATP. Een schematisch diagram van aërobe ademhaling wordt getoond in figuur 1.

Figuur 1: Aërobe ademhaling

Wat is anaërobe ademhaling?

Anaërobe ademhaling is de reeks reacties die plaatsvinden in afwezigheid van zuurstof, die voedsel afbreekt in eenvoudige organische verbindingen, waarbij energie wordt gegenereerd in de vorm van ATP. Anaërobe ademhaling komt voor in micro-organismen zoals sommige bacteriën, gisten en parasitaire wormen. Het komt voor in het cytoplasma van de cellen van die organismen en levert slechts 2 ATP's op.

Er worden twee categorieën aërobe ademhaling onderscheiden. De eerste categorie van anaërobe ademhaling vindt plaats door glycolyse en onvolledige oxidatie van pyruvaat tot melkzuur of ethanol. Het proces wordt fermentatie genoemd. De uiteindelijke elektronenacceptor en de waterstofacceptor is het eenvoudige organische eindproduct. De eindproducten worden als afvalmetabolieten in het medium uitgescheiden. Tijdens de fermentatie vindt glycolyse als eerste stap plaats. Het resulterende pyruvaat wordt in gist en sommige bacteriën omgezet in ethanol. In planten, wanneer zuurstof afwezig is, wordt ethanol geproduceerd door anaërobe ademhaling. Dit type fermentatie wordt ethanolfermentatie genoemd. De algemene chemische reactie van ethanolfermentatie wordt hieronder weergegeven.

Chemische reactie van ethanolfermentatie

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 118 kJ/mol

Bij dieren, wanneer zuurstof afwezig is, wordt melkzuur geproduceerd door anaërobe ademhaling. Dit wordt melkzuurfermentatie genoemd. De algemene chemische reactie voor melkzuurfermentatie wordt hieronder weergegeven.

Chemische reactie van melkzuurfermentatie

C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ + 120 kJ/mol

De efficiëntie van fermentatie is erg laag in vergelijking met aerobe ademhaling. Melkzuur, dat wordt geproduceerd tijdens de melkzuurfermentatie, is giftig voor weefsels. Het verschil tussen aërobe ademhaling en anaërobe ademhaling in de zin van melkzuurfermentatie is weergegeven in figuur 2.

Figuur 2: Verschil tussen aerobe ademhaling en melkzuurfermentatie

Tijdens de tweede categorie van anaërobe ademhaling is de laatste elektronenacceptor sulfaat of nitraat aan het einde van de elektronentransportketen. Sommige prokaryoten zoals bacteriën en archaea voeren dit type anaërobe ademhaling uit. Het accepteren van elektronen door sulfaat produceert waterstofsulfide als het eindproduct. In methanogenen is de uiteindelijke elektronenacceptor koolstofdioxide, dat methaan als eindproduct produceert.

Verschil tussen aërobe en anaërobe ademhaling

Zuurstof

Aërobe ademhaling: Aerobe ademhaling vindt plaats in aanwezigheid van zuurstof.

Anaërobe ademhaling: Anaërobe ademhaling vindt plaats in afwezigheid van zuurstof.

Soort planten en dieren

Aërobe ademhaling: Aërobe ademhaling wordt gevonden in alle hogere planten en dieren.

Anaërobe ademhaling: Anaërobe ademhaling wordt meestal gevonden in micro-organismen, maar zelden in hogere organismen.

Voorval

Aërobe ademhaling: Aërobe ademhaling vindt alleen plaats in de cel.

Anaërobe ademhaling: Anaërobe ademhaling kan overal voorkomen.

Lokalisatie binnen cel

Aërobe ademhaling: Aerobe ademhaling vindt plaats in het cytoplasma en de mitochondriën.

Anaërobe ademhaling: Anaërobe ademhaling vindt alleen plaats in het cytoplasma.

Permanente/tijdelijke aard

Aërobe ademhaling: Aërobe ademhaling vindt continu plaats in aanwezigheid van zuurstofgas.

Anaërobe ademhaling: Anaërobe ademhaling vindt continu plaats in micro-organismen. Maar bij hogere dieren komt het voor in afwezigheid van zuurstof.

Stappen

Aërobe ademhaling: Aërobe ademhaling vindt plaats door glycolyse, pyruvaatoxidatie, TCA-cyclus, elektronentransportketen en ATP-synthese.

Anaërobe ademhaling: Anaërobe ademhaling vindt plaats door glycolyse en onvolledige afbraak van pyruvaat.

efficiëntie

Aërobe ademhaling: Aerobe ademhaling genereert 36 ATP's per glucosemolecuul.

Anaërobe ademhaling: Anaërobe ademhaling genereert 2 ATP's per glucosemolecuul.

Toxiciteit

Aërobe ademhaling: Aërobe ademhaling is niet giftig voor het organisme.

Anaërobe ademhaling: Aërobe ademhaling is giftig voor hogere organismen.

Eindproducten

Aërobe ademhaling: Eindproducten in de aërobe ademhaling zijn koolstofdioxide en water.

Anaërobe ademhaling: Eindproducten van de fermentatie in gist zijn ethanol en koolstofdioxide. Bij dieren is het eindproduct melkzuur. Bacteriën produceren methaan en waterstofsulfide als eindproducten.

Oxidatie

Aërobe ademhaling: Substraat wordt tijdens aërobe ademhaling volledig geoxideerd tot koolstofdioxide en water.

Anaërobe ademhaling: Substraat wordt onvolledig geoxideerd tijdens anaërobe ademhaling.

Conclusie

Cellulaire ademhaling vindt plaats in twee routes die bekend staan ​​​​als aërobe ademhaling en anaërobe ademhaling. Aërobe ademhaling komt vooral voor bij hogere dieren en planten. Anaërobe ademhaling komt voor in micro-organismen zoals parasitaire wormen, gisten en sommige bacteriën. Zowel aërobe als anaërobe ademhaling gebruiken glucose als substraat. Aërobe ademhaling vindt plaats in aanwezigheid van zuurstof, waardoor het substraat volledig wordt geoxideerd, waardoor anorganische eindproducten, koolstofdioxide en water ontstaan. Daarentegen vindt anaërobe ademhaling plaats in afwezigheid van zuurstof, waardoor het substraat onvolledig wordt geoxideerd, wat organische eindproducten zoals ethanol oplevert. Omdat anaërobe ademhaling het substraat onvolledig oxideert, is de opbrengst aan ATP erg laag in vergelijking met de opbrengst aan aerobe ademhaling. Aërobe ademhaling levert 36 ATP's op, maar anaërobe ademhaling levert slechts 2 ATP's per glucosemolecuul op. Dit is het verschil tussen aërobe ademhaling en anaërobe ademhaling.

Referentie:1. Cooper, Geoffrey M. "Metabolische energie." De cel: een moleculaire benadering. 2e editie. Amerikaanse National Library of Medicine, 1 januari 1970. Web. 07 april 2017.2. Jurtshuk, Peter en Jr. "Bacterieel metabolisme." Medische Microbiologie. 4e editie. Amerikaanse National Library of Medicine, 1 januari 1996. Web. 07 april 2017.3. "Aërobe ademhaling en anaërobe ademhaling - slaag voor mijn examens: eenvoudige aantekeningen voor examenrevisies voor GSCE Biology." Aërobe ademhaling en anaërobe ademhaling - slaag voor mijn examens: eenvoudige aantekeningen voor examenrevisies voor GSCE Biology. n.p., n.d. Web. 07 april 2017.

Afbeelding Hoffelijkheid:1. "Aërobe paden" door Boumphreyfr - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia2. "2505 Aerobe versus anaërobe ademhaling" door OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions-website. 19 juni 2013. (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia