If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Dacă sunteţi în spatele unui filtru de web, vă rugăm să vă asiguraţi că domeniile *. kastatic.org şi *. kasandbox.org sunt deblocate.

Conţinutul principal

Fermentare și respirație anaerobă

Cum extrag celulele energie din glucoză fără oxigen. În drojdie, reacţiile anaerobe produc alcool, în timp ce în muşchi produc acid lactic.

Introducere

Te-ai gândit vreodată cum fermentează drojdia și malțul pentru a forma bere? Sau cum mușchii tău continuă să funcționeze chiar și când faci sport atât de intens încât mai au foarte puțin oxigen?
Ambele procese menționate anterior se pot produce datorită căilor alternative de descompunere a glucozei care se petrec când respirația celulară normală, consumatoare de oxigen (aerobă) nu este posibilă-adică, în momentul în care nu există oxigen prin preajmă pentru a fi folosit ca acceptor la finalul lanțului transportator de electroni. Aceste căi de fermentație sunt alcătuite din glicoliză împreună cu alte câteva reacții la final. În cazul drojdiei, reacțiile suplimentare formează alcool, iar în mușchii tăi-acid lactic.
Fermentația este o cale larg răspândită, dar nu este singura metodă de a obține anaerobic (în absența oxigenului) energie din combustibili. Unele sisteme vii folosesc o moleculă anorganică în afară de start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, precum sulful, ca receptor final al electronilor pentru lanțul transportator de electroni. Acest proces, numit respirația celulară anaerobă, este realizat de unele bacterii și arhee.
În acest articol, vom analiza respirația celulară anaerobă și diversele tipuri de fermentație.

Respirația celulară anaerobă

Respirația celulară anaerobă se aseamănă cu respirația celulară aerobă în sensul în care electronii extrași din molecule de combustibil sunt pasați printr-un lanț transportator de electroni, determinând sinteza de start text, A, T, P, end text. Unele organisme folosesc sulfat left parenthesis, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, right parenthesis cu rol de acceptor la finalul lanțului transportator, în timp ce altele folosesc azotat left parenthesis, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, right parenthesis, sulf, sau o varietate de alte moleculestart superscript, 1, end superscript.
Ce fel de organisme utilizează respirația celulară anaerobă? Unele procariote - bacterii și arhee - care trăiesc în medii puțin oxigenate se bazează pe respirația anaerobă pentru a descompune combustibilul. De exemplu, unele arhee numite metanogeni folosesc dioxidul de carbon cu rol de acceptor terminal de electroni, producând metan ca produs secundar. Metanogenii se găsesc în pământ și în sistemul digestiv al rumegătoarelor, un subordin de animale care include vacile și oile.
Similar, bacteriile care reduc sulfatul și arheele folosesc sulfatul drept acceptor teminal de electroni, producând hidrogen sulfurat left parenthesis, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, end text, right parenthesis ca produs secundar. Imaginea de mai jos este o fotografie aeriană a apelor costiere, iar petele verzi indică o creștere excesivă a bacteriilor reducătoare de sulf.
Fotografie aeriană a apelor costiere cu înfloriri ale bacteriiloe reducătoare de sulfat care apar ca pete mari verzi în apă.
Credit imagine: "Metabolism without oxygen: Figure 1," OpenStax College, Biology, CC BY 3.0; Modificare de la NASA/Jeff Schmaltz, MODIS Land Rapid Response Team at NASA GSFC, Visible Earth Catalog of NASA images.

Fermentația

Fermentația este o altă cale anaerobă (care nu necesită oxigen) pentru descompunerea glucozei, una care este realizată de multe tipuri de organisme și celule. În cadrul fermentației, singura cale de extragere a energiei este glicoliza, cu una sau două reacții suplimentare adăugate la final.
Fermentația și respirația celulară încep în aceslași mod, cu glicoliza. Însă, în cazul fermentației, piruvatul format în glicoliză nu continuă spre oxidare și ciclul acidului citric, iar lanțul transportator de electroni cu funcționează. Din cauză că lanțul transportator de electroni nu este funcțional, start text, N, A, D, H, end text format în glicoliză nu își poate lăsa electronii acolo pentru a se transforma la loc în start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript.
Atunci, scopul reacțiilor suplimentare din fermentație este de a regenera transportatorul de electroni start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript din start text, N, A, D, H, end text produs în glicoliză. Reacțiile suplimentare reușesc asta permițând start text, N, A, D, H, end text să-și lase electroni la o moleculă organică (precum piruvatul, produsul final al glicolizei). Această predare a electronilor oferă glicolizei posibilitatea de a continua, asigurându-i-se o rezervă constantă de start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript.

Fermentația lactică

În cadrul fermentației lactice, start text, N, A, D, H, end text își transferă electronii direct la piruvat, generând lactat ca produs secundar. Lactatul, care este forma deprotonată a acidului lactic, dă numele procesului. Bacteriile care fac iaurtul realizează fermentația lactică, precum și globulele roșii din corpul tău, care nu prezintă mitocondrii și, deci, nu pot efectua respirație celulară.
Diagrama fermentației lactice. Fermentația lactică are doi pași: glicoliza și regenerarea NADH.
În timpul glicolizei, o moleculă de glucoză este convertită în două molecule de piruvat, producând doi ATP net și doi NADH.
În timpul regenerării NADH, cei doi NADH donează electroni și atomi de hidrogen celor două molecule de piruvat, producând două molecule de lactat și regenerând NAD+.
Și celulele musculare efectuează fermentație lactică, deși numai atunci când nu au îndeajuns oxigen pentru ca respirația aerobă să poată continua-de exemplu, când faci mult efort fizic. La un moment dat, se credea că acumularea lactatului în mușchi era motivul pentru durerea cauzată de efort fizic, dar cercetări recente sugerează că acest lucru nu este adevărat.
Acidul lactic produs în celulele musculare este transportat prin sânge la ficat, un este convertit înapoi la piruvat și procesat în mod normal în celelalte reacții ale respirației celulare.

Fermentația alcoolului

Un alt proces de fermentație familiar este fermentația alcoolului, în care start text, N, A, D, H, end text își donează electronii unui derivat al piruvatului, producând etanol.
Transformarea de la piruvat la etanol este un proces format din doi pași, o gruparea carboxil este înlăturată din piruvat și eliberată ca dioxid de carbon, producând o moleculă cu doi carboni numită acetaldehida. În cel de-al doilea pas, start text, N, A, D, H, end text își pasează electronii acetaldehidei, regenerând start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript și formând etanol.
Diagrama fermentației alcoolului. Fermentația alcoolului are doi pași: glicoliza și regenerarea NADH.
În timpul glicolizei, o moleculă de glucoză este convertită în două molecule de piruvat, producând doi ATP net și doi NADH.
În timpul regenerării NADH, cele două molecule sunt convertite inițial la două molecule de acetaldehidă, eliminând două molecule de dioxid de carbon în acest proces. Cei doi NADH apoi oferă electroni și atomi de hidrogen moleculelor de acetaldehidă, producând două molecule de etanol și regenerând NAD+.
Fermentația alcoolului prin intermediul drojdiei produce etanolul din băuturi alcoolice precum berea și vinul. Totuși, alcoolul este toxic pentru drojdii în cantități mari (exact cum este și pentru oameni), fapt ce determină existența unei limite a procentului de alcool din aceste băuturi. Toleranța drojdiilor la etanol variază de la în jur de 5 procente la 21 la sută, în funcție de tulpina de drojdie și condițiile de mediu.

Anaerobele facultative și obligatorii

Multe bacterii și arhee sunt anaerobe facultative, adică pot trece de la respirație aerobă la căi anaerobe (fermentația și respirația anaerobă) în funcție de cât oxigen este disponibil. Acest fapt le oferă posibilitatea de a produce mai mult ATP din moleculele de glucoză când există mult oxigen în jur -deoarece respirația celulară aerobă produce mai mult ATP decât căile anaerobe- dar să-și mențină metabolismul și să supraviețuiască atunci când oxigenul este mai rar.
Alte bacterii și arhee sunt anaerobe obligatorii, adică se pot dezvolta și supraviețui doar în absența oxigenului. Oxigenul este toxic pentru aceste microorganisme, acestea murind sau rănindu-se dacă sunt expuse. De exemplu, bacteriile Clostridium, care sunt responsabile pentru botulism (o formă gravă de intoxicație alimentară) sunt anaerobe obligatoriisquared. Recent, unele animale pluricelulare care trăiesc fără oxigen au fost descoperite în sedimentele adânci ale măriistart superscript, 3, comma, 4, end superscript.

Autoevaluare

Imagine a buteliilor folosite pentru producția de vin prin fermentația strugurilor. Buteliile au valve pentru eliberarea presiunii.
Credit imagine: "Metabolism without oxygen: Figure 3" by OpenStax College, Biology, CC BY 3.0
  1. În aceste butelii, drojdiile fermentează mustul în vin. De ce au nevoie buteliile de vin de valve pentru eliberarea presiunii?
    Alege un răspuns:
    Alege un răspuns: