การหายใจแบบแอโรบิกกับการหมัก: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

หัวข้อทางชีวเคมีที่สำคัญคือ 'การหายใจ' ซึ่งร่างกายของคุณจะแปลงสารอาหารเป็นโมเลกุลอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) เพื่อรับพลังงาน

การหายใจสองประเภทที่แตกต่างกันคือการหายใจแบบใช้ออกซิเจนและการหมัก การหายใจอีกประเภทหนึ่งคือการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งคล้ายกับการหมักแต่ยังคงแตกต่างกันมาก

ประเด็นที่สำคัญ

1. การหายใจแบบใช้ออกซิเจนต้องใช้ออกซิเจนและสร้าง ATP จำนวนมาก ในขณะที่การหมักจะเกิดขึ้นโดยไม่มีออกซิเจนและผลิต ATP ในปริมาณที่จำกัด
2. ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการหายใจแบบใช้ออกซิเจนคือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในขณะที่การหมักจะผลิตผลิตภัณฑ์สุดท้ายต่างๆ เช่น เอทานอลและกรดแลคติก ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต
3. การหายใจแบบใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์ยูคาริโอต ในขณะที่การหมักเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม

การหายใจแบบแอโรบิคกับการหมัก

แอโรบิกหายใจ ผลิต ATP และปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นของเสีย การหมักเป็นกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่เกี่ยวข้องกับการสลายกลูโคสเพื่อปล่อยพลังงานในรูปของ ATP การหมักไม่ต้องการออกซิเจนซึ่งต่างจากการหายใจแบบใช้ออกซิเจนและเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์

การหายใจแบบใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นเมื่อมีออกซิเจนและสร้างโมเลกุลอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งใช้เป็นพลังงานสำหรับการทำงานของร่างกายต่างๆ

มีทั้งหมด 3 ขั้นตอน สิ่งเหล่านี้คือไกลโคไลซิส วัฏจักรเครบส์ และผ่านกระบวนการออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นต่อไป มันเป็นรูปแบบหนึ่งของการหายใจระดับเซลล์

ในทางกลับกัน ในระหว่างกระบวนการหมัก โมเลกุลน้ำตาลจะถูกแบ่งออกเป็นสารประกอบที่ง่ายกว่าเพื่อผลิตโมเลกุล ATP เพื่อดำเนินกระบวนการทางชีวภาพ

มันเกิดขึ้นหากไม่มีออกซิเจน มี 2 ​​ขั้นตอนคือไกลโคไลซิสและการฟื้นฟู NADH ซึ่งสลายกรดไพรูวิก

ตารางเปรียบเทียบ

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	การหายใจแบบแอโรบิก	การหมัก
สิ่งมีชีวิต	สัตว์และพืช	ยีสต์และแบคทีเรียเป็นหลัก
ออกซิเจน	ออกซิเจนถูกใช้เพื่อสลายสารทางเดินหายใจ	ไม่ใช้ออกซิเจน
สิ้นสุดผลิตภัณฑ์	คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ	เอทิลแอลกอฮอล์และคาร์บอนไดออกไซด์
วัสดุทางเดินหายใจ	ออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์	ไม่แตกหักอย่างสมบูรณ์
การก่อตัวของน้ำ	มันถูกสร้างขึ้น	มันไม่ได้เกิดขึ้น
ความต่อเนื่อง	มันเกิดขึ้นอย่างไม่มีกำหนด	ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ตลอดไป
พลังงานที่เกิดขึ้น	686 Kcal	39-59 กิโลแคลอรี
โมเลกุลของ ATP	มีการผลิต ATP 36 โมเลกุล	มีการผลิต ATP 2 โมเลกุล
ขั้นตอน	มี 3 ขั้นตอน	มี 2 ขั้นตอน

การหายใจแบบใช้ออกซิเจนคืออะไร?

การหายใจแบบใช้ออกซิเจนใช้ออกซิเจนเพื่อผลิตพลังงานในรูปของโมเลกุล ATP โดยการทำลายวัสดุทางเดินหายใจ

พบมากที่สุดในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน เช่น สัตว์ มนุษย์ พืช สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เป็นต้น เป็นการหายใจระดับเซลล์ประเภทหนึ่ง

ผลิตภัณฑ์หลักที่เกิดขึ้นคือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ มันเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียลของเซลล์ เมทริกซ์.

มันสำคัญมากเนื่องจากให้พลังงานเพียงพอแก่สิ่งมีชีวิตเพื่อทำหน้าที่และกระบวนการที่จำเป็น

การหายใจแบบแอโรบิกมีขั้นตอนต่างๆ กัน ระยะแรกคือไกลโคไลซิสที่เกิดขึ้นในไซโตโซลของเซลล์

ระหว่างไกลโคไลซิส กลูโคสจะถูกแบ่งออกเป็น ATP 2 โมเลกุล และ NADH 2 โมเลกุล จากนั้นจึงเกิด acetyl coenzyme A

วงจรเครบส์ (หรือที่เรียกว่าวงจรกรดซิตริก) จะเกิดขึ้นในขั้นตอนถัดไป

ในระหว่างขั้นตอนสุดท้ายของการหายใจแบบใช้ออกซิเจน โมเลกุล ATP จำนวนมากจะเกิดขึ้นจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก FADH และ NADH ในท้ายที่สุด ATP ประมาณ 36 โมเลกุลจะถูกสร้างขึ้นผ่านมัน

โมเลกุล ATP ผลิตจาก ADP และอนินทรีย์ฟอสเฟตโดยใช้ ATP synthase

การหมักคืออะไร?

การหมักเป็นกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนในการสลายกลูโคสเพื่อให้ได้โมเลกุล ATP ซึ่งหมายความว่าสามารถเกิดขึ้นได้หากไม่มีออกซิเจน

โดยส่วนใหญ่เกิดขึ้นในจุลินทรีย์ประเภทต่างๆ เช่น ยูคาริโอตและโปรคาริโอต มักเกิดขึ้นในยีสต์และแบคทีเรีย

นอกจากนี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้ในมนุษย์ แต่เฉพาะในกรณีที่ปริมาณออกซิเจนมีจำกัดมากและมีความต้องการพลังงานสูง เช่น ในระหว่างการออกกำลังกายที่เข้มข้น

ในมนุษย์ การหมักจะเกิดขึ้นในเซลล์กล้ามเนื้อเมื่อขาดออกซิเจน เซลล์เหล่านี้สามารถใช้ออกซิเจนได้หากหดตัวบ่อยมาก

ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน พวกมันผ่านกระบวนการไกลโคไลซิสเพื่อผลิตโมเลกุล ATP เซลล์กล้ามเนื้อเหล่านี้สร้างกรดไพรูวิคผ่านกลูโคส หลังจากนั้นเอนไซม์ที่อยู่ในเซลล์กล้ามเนื้อจะเปลี่ยนให้เป็นกรดไพรูวิค

ในการหมัก กลูโคสจะถูกเผาผลาญ (เช่น แตกตัวเป็น) กรดไพรูวิกผ่านกระบวนการไกลโคไลซิส กรดไพรูวิคนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นแอซิตัลดีไฮด์

จากนั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นเอทิลแอลกอฮอล์ต่อไป ATP 2 โมเลกุลถูกผลิตขึ้นโดยเฉลี่ยผ่านกระบวนการหมัก

ความแตกต่างหลักระหว่างการหายใจแบบใช้ออกซิเจนและการหมัก

1. การหายใจแบบใช้ออกซิเจนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในสัตว์และพืช ซึ่งหมายถึงในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์และซับซ้อน ในทางกลับกัน การหมักเกิดขึ้นในจุลินทรีย์เช่นยีสต์และแบคทีเรียเป็นหลัก
2. การหายใจแบบแอโรบิกเกิดขึ้นได้ด้วยความช่วยเหลือของออกซิเจน ซึ่งจะถูกใช้เพื่อสลายวัสดุทางเดินหายใจออกเป็นสารที่ง่ายกว่า การหมักไม่ใช้ออกซิเจนในการสลายสารทางเดินหายใจ
3. กระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจนก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการหมักประกอบด้วยสารอินทรีย์อย่างน้อยหนึ่งชนิด และสารอนินทรีย์อาจผลิตหรือไม่ก็ได้ เอทิลแอลกอฮอล์และคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่พบมากที่สุดที่นี่
4. วัสดุทางเดินหายใจถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ในการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ซึ่งจะถูกทำลายไม่สมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการหมัก
5. น้ำเกิดขึ้นระหว่างการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ในขณะที่น้ำจะไม่เกิดขึ้นระหว่างการหมัก
6. การหายใจแบบใช้ออกซิเจนสามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนด ในขณะที่การหมักไม่สามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนด เนื่องจากอาจทำให้มีพลังงานน้อยลงและเกิดการสะสมของสารพิษ
7. โดยการหายใจแบบใช้ออกซิเจน 686 กิโลแคลอรี พลังงานต่อกรัมโมลของกลูโคสที่ผลิตได้ โดยกระบวนการหมักจะได้พลังงานประมาณ 39 ถึง 59 กิโลแคลอรี
8. ATP ประมาณ 36 โมเลกุลถูกผลิตขึ้นระหว่างการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ในทางกลับกัน จะมีการผลิต ATP เพียง 2 โมเลกุลระหว่างการหมักเท่านั้น
9. การหายใจแบบแอโรบิกมี 3 ขั้นตอน: วงจร Krebs', ไกลโคไลซิส และออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชัน การหมักมีเพียง 2 ขั้นตอนเท่านั้น คือ ไกลโคไลซิส และการสลายกรดไพรูวิกที่ไม่สมบูรณ์

อ้างอิง

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

อัพเดตล่าสุด : 11 มิถุนายน 2023