Belangrijkste verschil - fermentatie versus ademhaling

Fermentatie en ademhaling zijn twee soorten cellulaire processen die betrokken zijn bij het afbreken van glucose in de cel. Zowel fermentatie als ademhaling zijn katabole processen, waarbij energie wordt opgewekt in de vorm van ATP. De grootste verschil tussen fermentatie en ademhaling is dat: tijdens de fermentatie wordt NADH niet gebruikt bij de oxidatieve fosforylering om ATP te genereren, terwijl NADH tijdens de ademhaling wordt gebruikt bij de oxidatieve fosforylering om drie ATP's per NADH te genereren.

Dit artikel kijkt naar,

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

Wat is fermentatie?

Fermentatie is de chemische afbraak van organische substraten zoals glucose door micro-organismen zoals bacteriën en gisten, die doorgaans bruisen en warmte afgeven. Het komt voor in micro-organismen zoals sommige bacteriën, gisten en parasitaire wormen. Fermentatie is gelokaliseerd in het cytoplasma van de cellen van die organismen. De netto opbrengst van fermentatie is slechts 2 ATP's. Het fermentatieproces verloopt in twee stappen: glycolyse en gedeeltelijke oxidatie van pyruvaat.

Er zijn twee soorten fermentatie bekend als ethanolfermentatie en melkzuurfermentatie. Ethanolfermentatie komt voor in gist in afwezigheid van zuurstof. Daarom worden ze facultatieve anaëroben genoemd. Melkzuurfermentatie komt voor bij bacteriën. Bij afwezigheid van zuurstof produceren dieren ook melkzuur, voornamelijk in hun spieren. Melkzuur is giftig voor weefsels. Glycolyse is hetzelfde voor beide fermentaties. Tijdens glycolyse wordt glucose afgebroken tot twee pyruvaatmoleculen, waarbij 2 ATP's worden gegenereerd als de nettowinst. Verder worden twee moleculen NADH gevormd door elektronen te verkrijgen uit glyceraldehyde-3-fosfaat. Tijdens ethanolfermentatie wordt pyruvaat gedecarboxyleerd tot aceetaldehyde door koolstofdioxide te verwijderen. Aceetaldehyde wordt omgezet in ethanol door gebruik te maken van de waterstofatomen van het NADH. Het bruisen treedt op als gevolg van het vrijkomen van kooldioxidegas in het medium door de cellen in het medium. Tijdens de melkzuurfermentatie wordt pyruvaat omgezet in melkzuur, dat vervolgens wordt geoxideerd tot lactaat. De algemene chemische reactie voor ethanolfermentatie en melkzuurfermentatie wordt hieronder gegeven.

Ethanol fermentatie:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP

Melkzuurfermentatie:

C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ + 2ATP

Figuur 1: Ethanol- en melkzuurfermentatie

Wat is ademhaling?

Ademhaling is de reeks chemische reacties die betrokken zijn bij de productie van energie door voedsel volledig te oxideren. Het geeft koolstofdioxide en water af als bijproducten. Ademhaling is het meest voorkomende en meest efficiënte proces onder de processen van energieproductie. Het komt voor bij hogere planten en dieren die gebruikmaken van complexe cellulaire processen met een hoog energieverbruik. Tijdens de ademhaling worden 36 ATP's geproduceerd. Het hele proces vindt plaats in het cytoplasma en de mitochondriën.

Ademhaling vindt plaats via drie stappen: glycolyse, citroenzuurcyclus en elektronentransportketen. Glycolyse komt voor in het cytoplasma van de cel op dezelfde manier als tijdens de fermentatie. De twee pyruvaatmoleculen die bij de glycolyse worden geproduceerd, worden overgebracht naar de mitochondriale matrix. Ze geven twee koolstofdioxidemoleculen af, één van elk, en worden acetyl-CoA tijdens oxidatieve decarboxylering. Dit acetyl-CoA komt terecht in de citroenzuurcyclus, ook wel bekend als Krebs-cyclus. Tijdens de citroenzuur cyclus, wordt een enkel glucosemolecuul volledig geoxideerd tot zes koolstofdioxidemoleculen, waarbij 2 GTP's, 6 NADH en 2 FADH worden gegenereerd₂. Deze NADH en FADH₂ worden gecombineerd met zuurstof, waardoor ATP wordt gegenereerd tijdens oxidatieve fosforylering, die optreedt in het binnenste mitochondriale membraan. Tijdens de oxidatieve fosforylering worden elektronen in NADH en FADH₂ worden overgedragen via een reeks elektronendragers genaamd elektronentransportketen. De netto opbrengst van ATP's is zesendertig in ademhaling. De algemene chemische reactie wordt hieronder getoond.

Ademhaling:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 36ATP

Figuur 2: Ademhaling

Verschil tussen fermentatie en ademhaling

Definitie

Fermentatie: Fermentatie is de chemische afbraak van een organisch substraat zoals glucose door micro-organismen zoals bacteriën en gisten, die doorgaans bruisen en warmte afgeven.

Ademhaling: Ademhaling is de reeks chemische reacties die betrokken zijn bij de productie van energie door voedsel volledig te oxideren. Het geeft koolstofdioxide en water af als bijproducten.

Zuurstof

Fermentatie: Voor fermentatie is geen zuurstof nodig.

Ademhaling: Voor de ademhaling is zuurstof nodig.

Water

Fermentatie: Tijdens de fermentatie wordt geen water geproduceerd.

Ademhaling: Bij de ademhaling ontstaat water als bijproduct.

Voorval

Fermentatie: Fermentatie vindt plaats in het cytoplasma.

Ademhaling: Ademhaling vindt plaats in het cytoplasma en de mitochondriën.

Netto opbrengst van ATP

Fermentatie: Fermentatie genereert slechts twee ATP's door het afbreken van een enkel glucosemolecuul.

Ademhaling: Ademhaling genereert 36 ATP's door het afbreken van een enkel glucosemolecuul.

Oxidatie van het substraat

Fermentatie: Het substraat, glucose, wordt tijdens de fermentatie niet volledig afgebroken.

Ademhaling: Het substraat, glucose, wordt volledig afgebroken tijdens de ademhaling.

Types

Fermentatie: Ethanolfermentatie en melkzuurfermentatie zijn de twee soorten fermentaties die in organismen worden aangetroffen.

Ademhaling: Aërobe en anaërobe ademhaling zijn twee soorten ademhaling die in organismen worden aangetroffen.

Laatste elektronenacceptor

Fermentatie: De uiteindelijke elektronenacceptor bij fermentatie is een organisch molecuul, meestal aceetaldehyde bij ethanolfermentatie en pyruvaat bij melkzuurfermentatie.

Ademhaling: De uiteindelijke elektronenacceptor is voornamelijk zuurstof.

Eindproducten

Fermentatie: Ethanolfermentatie genereert ethanol en koolstofdioxide. Bij melkzuurfermentatie ontstaat melkzuur als eindproduct.

Ademhaling: Ademhaling genereert anorganische eindproducten, koolstofdioxide en water.

NAD⁺ regeneratie

Fermentatie: Er wordt geen ATP geproduceerd tijdens de regeneratie van NAD⁺ bij fermentatie.

Ademhaling: Tijdens de regeneratie van NAD. worden drie ATP's gegenereerd⁺ bij de ademhaling.

Oxidatieve fosforylering

Fermentatie: Tijdens de fermentatie vindt geen oxidatieve fosforylering plaats.

Ademhaling: Bij de ademhaling worden ATP's gegenereerd uit NADH en FADH2 door oxidatieve fosforylering.

Soort organisme

Fermentatie: Fermentatie wordt meestal gevonden in micro-organismen zoals gist.

Ademhaling: Ademhaling wordt gevonden in hogere organismen.

Bijdrage

Fermentatie: Fermentatie heeft een kleinere bijdrage in de productie van energie voor de cellulaire processen op aarde.

Ademhaling: Ademhaling heeft de grootste bijdrage in de productie van energie voor de cellulaire processen op aarde.

Conclusie

Fermentatie en ademhaling zijn twee processen die betrokken zijn bij het katabolisme van organische substraten die als voedsel worden gebruikt tijdens de productie van energie die nodig is voor de cellulaire processen. Tijdens fermentatie en ademhaling wordt de potentiële energie die is opgeslagen in organische moleculen omgezet in kinetisch-chemische energie in de vorm van ATP. Beide processen beginnen met glycolyse, wat resulteert in twee pyruvaatmoleculen. Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma van alle cellen op aarde. Zuurstof is niet betrokken bij de glycolyse. Maar in aanwezigheid van zuurstof komt pyruvaat in het cytoplasma de mitochondriale matrix binnen om de citroenzuurcyclus te ondergaan, die pyruvaat volledig oxideert. Deze volledige oxidatie vindt alleen plaats bij de ademhaling. NADH en FADH₂ worden ook geproduceerd door de citroenzuurcyclus. Ze worden gereduceerd door oxidatieve fosforylering in het binnenmembraan van de mitochondriën. Daarentegen vindt fermentatie plaats in afwezigheid van zuurstof, waarbij pyruvaat onvolledig wordt geoxideerd tot ethanol of lactaat. Tijdens ethanolfermentatie wordt pyruvaat omgezet in aceetaldehyde, dat vervolgens wordt omgezet in ethanol. De NADH die wordt geproduceerd bij de glycolyse van fermentatie, doneert zijn elektronen aan aceetaldehyde tijdens de regeneratie. Daarom is het belangrijkste verschil tussen fermentatie en ademhaling het vermogen om ATP te produceren tijdens het regeneratieproces van NAD⁺.

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.

Afbeelding met dank aan: 1. "Heterofermentative Milchsäuregärung" door Yikrazuul - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. "Door Darekk2 - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia