主な違い – 有酸素呼吸と嫌気呼吸
生物に見られる細胞呼吸には、好気性呼吸と嫌気性呼吸の 2 種類があります。細胞呼吸は、ATP の形で位置エネルギーを放出するために食物を分解するプロセスです。好気呼吸は、高等動物や植物で発生します。嫌気呼吸は、主に酵母などの微生物で行われます。どちらのプロセスも原料としてブドウ糖を使用します。 主な違い 好気呼吸と嫌気呼吸の違いは、酸素の存在下で好気呼吸が起こることです。 一方、酸素がない場合は好気呼吸が行われます .
この記事では、
1.好気呼吸とは
– 特性、プロセス
2.嫌気呼吸とは
– 特性、プロセス
3.好気呼吸と嫌気呼吸の違いは何ですか
有酸素呼吸とは
酸素の存在下で起こる一連の反応は、食物を分解して ATP の形でエネルギーを生成するもので、好気呼吸として知られています。細胞修復の最も豊富なタイプは好気呼吸であり、これは高等植物や動物で発生します。好気呼吸は、細胞質だけでなくミトコンドリアでも発生します。それは、単一のグルコース分子から 36 の ATP を生成します。基本的に、好気呼吸には3つのステップが含まれます。それらは、解糖系、クエン酸回路、電子伝達系です。基質は主にグルコースであり、無機の最終生成物は二酸化炭素と水です。したがって、好気呼吸は光合成の逆です。好気呼吸の全体的な化学反応を以下に示します。
好気呼吸の化学反応
C6 H12 O6 + 6O 2 → 6CO2 + 6H2 O + 2,900 kJ/mol
解糖 好気呼吸の最初のステップであり、酸素なしで独立して発生します。したがって、嫌気呼吸におけるグルコース分解の最初のステップでもあります。解糖はすべての細胞の細胞質で起こります。解糖中、グルコースは 2 つのピルビン酸分子に分解され、正味の増加として 2 つの ATP が生成されます。さらに、グリセルアルデヒド-3-リン酸から電子を得て、2分子のNADHが形成されます。ピルビン酸はミトコンドリアのマトリックスに変換され、ピルビン酸の酸化的脱炭酸中に二酸化炭素を除去することにより、ピルビン酸からアセチル-CoAを形成します。その後、アセチル CoA はクエン酸回路に入ります 、クレブス回路とも呼ばれます。クエン酸回路では、1 つのグルコース分子が 6 つの二酸化炭素分子に完全に酸化され、2 つの GTP、6 つの NADH、および 2 つの FADH2 が生成されます。 .これらの NADH と FADH2 は酸素と結合し、酸化的リン酸化中に ATP を生成します。酸化的リン酸化はミトコンドリアの内膜で発生し、電子伝達鎖の一連のキャリアを介して電子を移動します .好気呼吸の総収量は 36 ATP です。 図 1 は、有酸素呼吸の概略図です。 .
図 1:有酸素呼吸
無酸素呼吸とは
嫌気性呼吸は、酸素がない状態で起こる一連の反応で、食物を単純な有機化合物に分解し、ATP の形でエネルギーを生成します。嫌気性呼吸は、一部のバクテリア、酵母、寄生虫などの微生物で発生します。それらの生物の細胞の細胞質で発生し、2 つの ATP しか生成しません。
有酸素呼吸には 2 つのカテゴリがあります。嫌気性呼吸の最初のカテゴリーは、解糖およびピルビン酸の乳酸またはエタノールへの不完全な酸化によって発生します。このプロセスは発酵と呼ばれます。最終的な電子受容体と水素受容体は、単純な有機最終生成物です。最終生成物は廃棄代謝物として培地に分泌されます。発酵中、最初のステップとして解糖が起こります。その後のピルビン酸は、酵母と一部の細菌でエタノールに変換されます。植物では、酸素が存在しない場合、嫌気呼吸によってエタノールが生成されます。このタイプの発酵は、エタノール発酵と呼ばれます。エタノール発酵の全体的な化学反応を以下に示します。
エタノール発酵の化学反応
C6 H12 O6 → 2C2 H5 ああ + 2CO2 + 118 kJ/モル
動物では、酸素がない場合、嫌気呼吸によって乳酸が生成されます。これを乳酸発酵といいます。乳酸発酵の全体的な化学反応を以下に示します。
乳酸発酵の化学反応
C6 H12 O6 → 2C3 H6 O3 + 120 kJ/mol
発酵の効率は、好気呼吸に比べて非常に低いです。乳酸発酵中に生成される乳酸は、組織に有毒です。乳酸発酵における好気呼吸と嫌気呼吸の違いを図2に示します。 .
図 2:好気呼吸と乳酸発酵の違い
嫌気呼吸の 2 番目のカテゴリでは、最終的な電子受容体は、電子伝達系の末端にある硫酸塩または硝酸塩です。細菌や古細菌などの一部の原核生物は、このタイプの嫌気性呼吸を行います。硫酸塩が電子を受け取ると、最終生成物として硫化水素が生成されます。メタン生成菌では、最終的な電子受容体は二酸化炭素であり、最終生成物としてメタンを生成します。
好気呼吸と嫌気呼吸の違い
酸素
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸は、酸素の存在下で発生します。
無酸素呼吸: 嫌気呼吸は、酸素のない状態で発生します。
動植物の種類
好気呼吸: 好気呼吸はすべての高等植物や動物に見られます。
無酸素呼吸: 嫌気呼吸は通常、微生物に見られますが、高等生物にはめったに見られません。
発生
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸は細胞内でのみ発生します。
無酸素呼吸: 嫌気呼吸はどこでも起こります。
セル内のローカリゼーション
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸は、細胞質とミトコンドリアで発生します。
無酸素呼吸: 嫌気呼吸は細胞質でのみ発生します。
永続的/一時的な性質
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸は、酸素ガスの存在下で継続的に発生します。
無酸素呼吸: 嫌気呼吸は、微生物の中で継続的に行われています。しかし、高等動物では、酸素がない状態で発生します。
手順
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸は、解糖、ピルビン酸酸化、TCA サイクル、電子伝達鎖、および ATP 合成を通じて発生します。
無酸素呼吸: 嫌気性呼吸は、解糖とピルビン酸の不完全な分解によって発生します。
効率
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸は、グルコース分子あたり 36 の ATP を生成します。
無酸素呼吸: 嫌気呼吸は、グルコース分子あたり 2 つの ATP を生成します。
毒性
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸は生物にとって無毒です。
無酸素呼吸: 好気呼吸は高等生物にとって有毒です。
最終製品
有酸素運動 呼吸: 好気呼吸の最終生成物は二酸化炭素と水です。
無酸素呼吸: 酵母の発酵の最終生成物は、エタノールと二酸化炭素です。動物では、最終産物は乳酸です。細菌は、最終生成物としてメタンと硫化水素を生成します。
酸化
有酸素運動 呼吸: 基質は、好気呼吸中に二酸化炭素と水に完全に酸化されます。
無酸素呼吸: 基質は嫌気呼吸中に不完全に酸化されます。
結論
細胞呼吸は、好気呼吸と嫌気呼吸として知られる 2 つの経路で発生します。好気呼吸は、主に高等動物や植物で発生します。嫌気性呼吸は、寄生虫、酵母、および一部の細菌などの微生物で発生します。好気呼吸と嫌気呼吸の両方が基質としてグルコースを使用します。好気呼吸は酸素の存在下で起こり、基質を完全に酸化し、無機の最終生成物、二酸化炭素、および水を生成します。対照的に、嫌気呼吸は酸素の非存在下で発生し、基質を不完全に酸化し、エタノールのような有機最終生成物を生成します。嫌気呼吸は基質を不完全に酸化するため、ATPの収率は好気呼吸の収率と比較して非常に低くなります。好気呼吸では 36 の ATP が得られますが、嫌気呼吸ではグルコース 1 分子あたり 2 ATP しか得られません。これが好気呼吸と嫌気呼吸の違いです。
参考:
1.クーパー、ジェフリー M.「代謝エネルギー」。セル:分子アプローチ。第2版。米国国立医学図書館、1970 年 1 月 1 日。ウェブ。 2017.04.07.
2. Jurtshuk、Peter、および Jr.「細菌代謝」。医療微生物学。第4版。米国国立医学図書館、1996 年 1 月 1 日。ウェブ。 2017.04.07.
3. 「好気呼吸と嫌気呼吸 – 試験に合格:GSCE 生物学の簡単な試験改訂ノート」。好気性呼吸と嫌気性呼吸 – 試験に合格:GSCE 生物学の簡単な試験改訂ノート。 N.p.、n.d.ウェブ。 2017 年 4 月 7 日。
画像提供:
1. 「好気性経路」バウンフリーフ著 – Commons Wikimedia 経由の自身の作品 (CC BY-SA 3.0)
2. 「2505 Aerobic Versus Anaerobic Respiration」OpenStax College – Anatomy &Physiology、Connexions Web サイト。 2013 年 6 月 19 日。 (CC BY 3.0) コモンズ ウィキメディア経由
