التنفس الهوائي مقابل التخمر: الفرق والمقارنة

موضوع الكيمياء الحيوية المهم هو "التنفس" ، والذي من خلاله يقوم جسمك بتحويل العناصر الغذائية إلى جزيئات أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) للحصول على الطاقة.

نوعان مختلفان من التنفس هما التنفس الهوائي والتخمير. نوع آخر من التنفس هو التنفس اللاهوائي ، والذي يشبه التخمر ولكنه لا يزال مختلفًا تمامًا.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. يتطلب التنفس الهوائي الأكسجين ويولد كمية كبيرة من ATP ، بينما يحدث التخمير بدون أكسجين وينتج كمية محدودة من ATP.
2. المنتجات النهائية للتنفس الهوائي هي ثاني أكسيد الكربون والماء ، بينما ينتج التخمير منتجات نهائية مختلفة ، مثل الإيثانول وحمض اللاكتيك ، اعتمادًا على الكائن الحي.
3. يحدث التنفس الهوائي في الميتوكوندريا للخلايا حقيقية النواة ، بينما يحدث التخمر في السيتوبلازم.

التنفس الهوائي مقابل التخمير

التنفس الهوائي ينتج ATP ويطلق ثاني أكسيد الكربون والماء كمخلفات. التخمير هو عملية لا هوائية تتضمن تكسير الجلوكوز لإطلاق الطاقة على شكل ATP. على عكس التنفس الهوائي ، لا يتطلب التخمير الأكسجين ويحدث في سيتوبلازم الخلية.

يحدث التنفس الهوائي في وجود الأكسجين ويولد جزيئات أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) التي تستخدم كطاقة لمختلف وظائف الجسم.

يمر بثلاث مراحل في المجموع. هذه هي تحلل السكر ، دورة كريبس ، وتمر كذلك عبر الفسفرة المؤكسدة. إنه شكل من أشكال التنفس الخلوي.

من ناحية أخرى ، أثناء عملية التخمير ، يتم تقسيم جزيئات السكر إلى مركبات أبسط لإنتاج جزيئات ATP لتنفيذ العمليات البيولوجية.

يحدث في غياب الأكسجين. يحتوي على خطوتين ، وهما تحلل السكر وتجديد NADH ، اللذان يعملان على تكسير حمض البيروفيك.

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	التنفس الهوائي	تخمير
الكائنات الحية	الحيوانات والنباتات	الخميرة والبكتيريا بشكل رئيسي
أكسجين	يستخدم الأكسجين لتحطيم مواد الجهاز التنفسي.	لا يستخدم الأكسجين.
المنتجات النهائية	ثاني أكسيد الكربون والماء.	كحول الإيثيل وثاني أكسيد الكربون
مواد الجهاز التنفسي.	مؤكسد تماما	لم ينكسر تماما.
تكوين الماء	يتم تشكيلها.	لم يتم تشكيلها.
استمرار	يحدث إلى أجل غير مسمى.	لا يمكن أن يحدث إلى أجل غير مسمى.
شكلت الطاقة	686 كيلوكالوري	39-59 سعر حراري
جزيئات ATP	يتم إنتاج 36 جزيء ATP.	يتم إنتاج 2 جزيء ATP.
خطوات	تتكون من 3 خطوات.	تتكون من 2 خطوات.

ما هو التنفس الهوائي؟

يستخدم التنفس الهوائي الأكسجين لإنتاج الطاقة على شكل جزيئات ATP عن طريق تكسير المواد التنفسية.

إنه أكثر شيوعًا في الكائنات الحية المعقدة مثل الحيوانات والبشر والنباتات والثدييات ، وما إلى ذلك. إنه نوع من التنفس الخلوي.

المنتجات النهائية الرئيسية المتكونة هي ثاني أكسيد الكربون والماء. ويحدث في مصفوفة الميتوكوندريا في الخلية.

إنه مهم للغاية لأنه يوفر طاقة كافية للكائنات لأداء الوظائف والعمليات الأساسية.

هناك مراحل مختلفة من التنفس الهوائي. المرحلة الأولى هي تحلل الجلوكوز الذي يحدث في العصارة الخلوية للخلية.

أثناء تحلل السكر ، ينقسم الجلوكوز إلى جزيئين ATP و 2 NADH. ثم يتم تكوين أنزيم الأسيتيل أ.

تحدث دورة كريبس (المعروفة أيضًا باسم دورة حمض الستريك) في الخطوة التالية.

خلال المرحلة الأخيرة من التنفس الهوائي ، تتشكل كميات كبيرة من جزيئات ATP من خلال نقل الإلكترونات من FADH و NADH. في النهاية ، يتم تشكيل حوالي 36 جزيء ATP من خلاله.

يتم إنتاج جزيئات ATP من ADP والفوسفات غير العضوي باستخدام سينسيز ATP.

ما هو التخمير؟

التخمير هو عملية لا هوائية لتحطيم الجلوكوز للحصول على جزيئات ATP ، مما يعني أنه يمكن أن يحدث في غياب الأكسجين.

يحدث في أنواع مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة في معظم الأحيان ، مثل حقيقيات النوى وبدائيات النوى. يحدث بشكل شائع في الخميرة والبكتيريا.

يمكن أن يحدث أيضًا عند البشر ، ولكن فقط إذا كان إمداد الأكسجين محدودًا للغاية وكان هناك طلب كبير على الطاقة ، على سبيل المثال ، أثناء التدريبات المكثفة.

عند البشر ، يحدث التخمير في خلايا العضلات عندما يكون هناك نقص في الأكسجين. يمكن لهذه الخلايا أن تستهلك الأكسجين الخاص بها إذا كانت تتقلص بشكل متكرر.

في حالة عدم وجود الأكسجين ، فإنها تمر عبر تحلل السكر لإنتاج جزيئات ATP. هذه الخلايا العضلية تصنع حمض البيروفيك من خلال الجلوكوز ، وبعد ذلك يقوم الإنزيم الموجود في خلايا العضلات بتحويله إلى حمض البيروفيك.

في عملية التخمير ، يتم استقلاب الجلوكوز (أي ، يتحلل إلى) حمض البيروفيك من خلال عملية التحلل السكري. يتم تحويل حمض البيروفيك هذا إلى أسيتالديهيد.

ثم يتم تحويله إلى كحول إيثيلي. يتم إنتاج 2 جزيئات ATP في المتوسط ​​من خلال عملية التخمير.

الاختلافات الرئيسية بين التنفس الهوائي والتخمير

1. يميل التنفس الهوائي إلى الحدوث في الحيوانات والنباتات ، مما يعني في الكائنات الحية متعددة الخلايا والمعقدة. من ناحية أخرى ، يحدث التخمير في الكائنات الحية الدقيقة مثل الخميرة والبكتيريا بشكل أساسي.
2. يحدث التنفس الهوائي بمساعدة الأكسجين ، والذي يستخدم بعد ذلك لتحطيم مادة الجهاز التنفسي إلى مواد أبسط. التخمير لا يستخدم الأكسجين في تفتيت مادته التنفسية.
3. تنتج عملية التنفس الهوائي ثاني أكسيد الكربون والماء كمنتج نهائي ، في حين أن المنتجات النهائية للتخمير تتكون من مادة عضوية واحدة على الأقل ، وقد يتم إنتاج المواد غير العضوية وقد لا يتم إنتاجها. يعتبر كحول الإيثيل وثاني أكسيد الكربون أكثر المنتجات النهائية شيوعًا هنا.
4. تتأكسد مادة الجهاز التنفسي تمامًا في التنفس الهوائي ، حيث تنكسر بشكل غير كامل أثناء عملية التخمير.
5. يتكون الماء أثناء التنفس الهوائي ، بينما لا يتشكل الماء أثناء التخمير.
6. يمكن أن يستمر التنفس الهوائي إلى أجل غير مسمى ، في حين أن التخمير لا يمكن أن يستمر إلى أجل غير مسمى لأنه يمكن أن يؤدي إلى توفر أقل للطاقة وتراكم المركبات السامة.
7. من خلال التنفس الهوائي، يتم إنتاج 686 كيلو كالوري من الطاقة لكل جرام مول من الجلوكوز، بينما عن طريق التخمير، تكون الطاقة المنتجة حوالي 39 إلى 59 كيلو كالوري.
8. يتم إنتاج حوالي 36 جزيء ATP أثناء التنفس الهوائي. من ناحية أخرى ، يتم إنتاج جزيئين فقط من ATP أثناء التخمير.
9. يحتوي التنفس الهوائي على 3 خطوات: دورة كريبس ، والتحلل السكري ، والفسفرة التأكسدية. يحتوي التخمير على خطوتين فقط: تحلل السكر وانهيار غير كامل لحمض البيروفيك.

مراجع حسابات

1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jctb.5030320607
2. https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-food-022811-101255