Differenza tra fermentazione e respirazione

Differenza principale - Fermentazione vs Respirazione

La fermentazione e la respirazione sono due tipi di processi cellulari, coinvolti nella decomposizione del glucosio nella cellula. Sia la fermentazione che la respirazione sono processi catabolici, che generano energia sotto forma di ATP. Il differenza principale tra fermentazione e respirazione è quello durante la fermentazione, NADH non viene utilizzato nella fosforilazione ossidativa per generare ATP mentre durante la respirazione NADH viene utilizzato nella fosforilazione ossidativa per generare tre ATP per NADH.

Questo articolo guarda, 

1. Cos'è la fermentazione
      - Caratteristiche, processo
2. Cos'è la respirazione
      - Caratteristiche, processo
3. Qual è la differenza tra la fermentazione e la respirazione

Cos'è la fermentazione

La fermentazione è la scomposizione chimica di substrati organici come il glucosio da parte di microrganismi come batteri e lieviti, che in genere emettono effervescenza e calore. Si verifica in microrganismi come alcuni batteri, lieviti e vermi parassiti. La fermentazione è localizzata nel citoplasma delle cellule di quegli organismi. La resa netta della fermentazione è di soli 2 ATP. Il processo di fermentazione avviene in due fasi: glicolisi e ossidazione parziale del piruvato.

Esistono due tipi di fermentazione noti come fermentazione di etanolo e fermentazione dell'acido lattico. Fermentazione di etanolo si verifica nel lievito in assenza di ossigeno. Quindi, sono chiamati anaerobi facoltativi. Fermentazione dell'acido lattico si verifica nei batteri. In assenza di ossigeno, gli animali producono anche acido lattico principalmente nei muscoli. L'acido lattico è tossico per i tessuti. La glicolisi è la stessa per entrambe le fermentazioni. Durante la glicolisi, il glucosio viene scomposto in due molecole di piruvato, generando 2 ATP come guadagno netto. Oltre a questo, due molecole di NADH si formano ottenendo elettroni da gliceraldeide-3-fosfato. Durante la fermentazione con etanolo, il piruvato viene decarbossilato in acetaldeide rimuovendo anidride carbonica. L'acetaldeide è convertita in etanolo usando gli atomi di idrogeno del NADH. L'effervescenza si verifica a causa del rilascio di gas anidride carbonica nel mezzo dalle cellule nel mezzo. Durante la fermentazione dell'acido lattico, il piruvato viene convertito in acido lattico, che viene poi ossidato in lattato. Di seguito sono riportate le reazioni chimiche complessive per la fermentazione di etanolo e la fermentazione dell'acido lattico.

Fermentazione di etanolo:

C₆H₁₂O₆  → 2C₂H₅OH + 2CO₂  + 2ATP

Fermentazione dell'acido lattico:                                     

C₆H₁₂O₆  → 2C₃H₆O₃  +  2ATP

Figura 1: fermentazione con etanolo e acido lattico

Cos'è la respirazione

La respirazione è l'insieme delle reazioni chimiche implicate nella produzione di energia ossidando completamente il cibo. Rilascia anidride carbonica e acqua come sottoprodotti. La respirazione è il processo più abbondante ed efficiente tra i processi di produzione di energia. Si verifica in piante e animali superiori che utilizzano complessi processi cellulari con elevati consumi energetici. Durante la respirazione, vengono prodotti 36 ATP. L'intero processo avviene nel citoplasma e nei mitocondri.

La respirazione avviene attraverso tre fasi: glicolisi, ciclo dell'acido citrico e catena di trasporto degli elettroni. La glicolisi si verifica nel citoplasma della cellula nello stesso modo in cui si verifica durante la fermentazione. Le due molecole piruvate prodotte nella glicolisi vengono trasferite nella matrice mitocondriale. Rilasciano due molecole di anidride carbonica, una da ciascuna e diventano acetil-CoA durante la decarbossilazione ossidativa. Questo acetil-CoA entra nel ciclo dell'acido citrico, noto anche come ciclo di Krebs. Durante ciclo dell'acido citrico, una singola molecola di glucosio è completamente ossidata in sei molecole di anidride carbonica, generando 2 GTP, 6 NADH e 2 FADH₂. Questi NADH e FADH₂ sono combinati con l'ossigeno, generando ATP durante la fosforilazione ossidativa, che si verifica nella membrana mitocondriale interna. Durante la fosforilazione ossidativa, elettroni in NADH e FADH₂ sono trasferiti attraverso una serie di portatori di elettroni chiamati catena di trasporto degli elettroni. La resa netta di ATP è di trentasei nella respirazione. La reazione chimica generale è mostrata sotto.   

Respirazione:

C₆H₁₂O₆  +  6O₂  → 6CO₂  +  6H₂O + 36ATP

Figura 2: Respirazione

Differenza tra fermentazione e respirazione

Definizione

Fermentazione: La fermentazione è la decomposizione chimica di un substrato organico come il glucosio da parte di microrganismi come batteri e lieviti, che di solito emettono effervescenza e calore.

Respirazione: La respirazione è l'insieme delle reazioni chimiche implicate nella produzione di energia ossidando completamente il cibo. Rilascia anidride carbonica e acqua come sottoprodotti.

Ossigeno

Fermentazione: L'ossigeno non è richiesto per la fermentazione.

Respirazione: L'ossigeno è necessario per la respirazione.

acqua

Fermentazione: Non viene prodotta acqua durante la fermentazione.

Respirazione: L'acqua viene prodotta come sottoprodotto durante la respirazione.

avvenimento

Fermentazione: La fermentazione avviene nel citoplasma.

Respirazione: La respirazione si verifica nel citoplasma e nei mitocondri.

Rendimento netto di ATP

Fermentazione: La fermentazione genera solo due ATP dalla rottura di una singola molecola di glucosio.

Respirazione: La respirazione genera 36 ATP abbattendo una singola molecola di glucosio.

Ossidazione del substrato

Fermentazione: Il substrato, il glucosio non è completamente decomposto durante la fermentazione.

Respirazione: Il substrato, il glucosio è completamente ripartito durante la respirazione.

tipi

Fermentazione: La fermentazione con etanolo e la fermentazione dell'acido lattico sono i due tipi di fermentazione presenti negli organismi.

Respirazione:  La respirazione aerobica e anaerobica sono due tipi di respirazione presenti negli organismi.

Accettatore di elettroni finale

Fermentazione: Accettatore di elettroni finale in fermentazione è una molecola organica, solitamente acetaldeide nella fermentazione di etanolo e piruvato nella fermentazione dell'acido lattico.

Respirazione: L'accettatore di elettroni finale è principalmente ossigeno.

Prodotti finali

Fermentazione: La fermentazione di etanolo genera etanolo e anidride carbonica. La fermentazione dell'acido lattico genera acido lattico come prodotto finale.

Respirazione: La respirazione genera prodotti inorganici, anidride carbonica e acqua.

NAD⁺ Rigenerazione

Fermentazione: Nessun ATP viene prodotto durante la rigenerazione di NAD⁺ in fermentazione.

Respirazione: Tre ATP vengono generati durante la rigenerazione di NAD⁺ nella respirazione.

Fosforilazione ossidativa

Fermentazione: Nessuna fosforilazione ossidativa si verifica durante la fermentazione.

Respirazione: Nella respirazione, gli ATP sono generati da NADH e FADH2 attraverso la fosforilazione ossidativa.

Tipo di organismo

Fermentazione: La fermentazione si trova di solito in microrganismi come il lievito.

Respirazione: La respirazione si trova negli organismi superiori.

Contributo

Fermentazione: La fermentazione ha un minore contributo nella produzione di energia per i processi cellulari sulla terra.

Respirazione: La respirazione ha il più alto contributo nella produzione di energia per i processi cellulari sulla terra.

Conclusione

La fermentazione e la respirazione sono due processi coinvolti nel catabolismo dei substrati organici che vengono utilizzati come cibo durante la produzione di energia richiesta dai processi cellulari. Durante la fermentazione e la respirazione, l'energia potenziale immagazzinata nelle molecole organiche viene convertita in energia chimica cinetica sotto forma di ATP. Entrambi i processi iniziano con la glicolisi, risultante in due molecole di piruvato. La glicolisi si verifica nel citoplasma di tutte le cellule sulla terra. L'ossigeno non è coinvolto nella glicolisi. Ma in presenza di ossigeno, il piruvato nel citoplasma entra nella matrice mitocondriale per sottoporsi al ciclo dell'acido citrico, che completamente ossida il piruvato. Questa completa ossidazione si verifica solo durante la respirazione. NADH e FADH₂ sono anche prodotti dal ciclo dell'acido citrico. Sono ridotti dalla fosforilazione ossidativa nella membrana interna dei mitocondri. Al contrario, la fermentazione avviene in assenza di ossigeno, piruvato non completamente ossidante o in etanolo o lattato. Durante la fermentazione con etanolo, il piruvato viene convertito in acetaldeide, che viene poi convertito in etanolo. Il NADH prodotto nella glicolisi della fermentazione, dona i suoi elettroni all'acetaldeide durante la rigenerazione. Pertanto, la principale differenza tra la fermentazione e la respirazione è la capacità di produrre ATP durante il processo di rigenerazione del NAD⁺.

Riferimento:
1. Cooper, Geoffrey M. "Metabolic Energy." The Cell: A Molecular Approach. 2a edizione. U.S. National Library of Medicine, 01 gennaio 1970. Web. 07 aprile 2017.
2. Jurtshuk, Peter e Jr. "Metabolismo batterico". Microbiologia medica. 4a edizione. U.S. National Library of Medicine, 01 gennaio 1996. Web. 07 aprile 2017.

Cortesia dell'immagine:
1. "Heterofermentative Milchsäuregärung" di Yikrazuul - Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "By Darekk2 - Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia