Verschil tussen aërobe en anaërobe ademhaling

Belangrijkste verschil - Aerobe vs Anaerobe ademhaling

Aërobe en anaerobe ademhaling zijn de twee soorten cellulaire ademhaling die in organismen worden aangetroffen. Cellulaire ademhaling is het proces waarbij voedsel wordt afgebroken om de potentiële energie in de vorm van ATP vrij te maken. Aërobe ademhaling komt voor bij hogere dieren en planten. Anaërobe ademhaling komt vooral voor in micro-organismen zoals gist. Beide processen gebruiken glucose als grondstof. De grootste verschil tussen aërobe en anaerobe ademhaling is dat aërobe ademhaling vindt plaats in de aanwezigheid van zuurstof terwijl aërobe ademhaling vindt plaats in afwezigheid van zuurstof.

Dit artikel onderzoekt,

1. Wat is aerobe ademhaling
      - Kenmerken, Proces
2. Wat is Anaërobe ademhaling
      - Kenmerken, Proces
3. Wat is het verschil tussen Aerobe en Anaërobe Ademhaling

Wat is Aerobic Respiration

De reeks reacties die optreedt in de aanwezigheid van zuurstof, die voedsel afbreekt om energie te genereren in de vorm van ATP, staat bekend als aerobe ademhaling. Het meest voorkomende type cellulaire herstelling is aerobe ademhaling, die voorkomt bij hogere planten en dieren. Aërobe ademhaling vindt zowel in het cytoplasma als in de mitochondriën plaats. Het produceert 36 ATP uit een enkele glucosemolecule. In principe zijn drie stappen betrokken bij aerobe ademhaling. Het zijn glycolyse, citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen. Het substraat is meestal glucose en de anorganische eindproducten zijn koolstofdioxide en water. Vandaar dat aerobe ademhaling het tegenovergestelde is van fotosynthese. De algemene chemische reactie van aerobe ademhaling wordt hieronder weergegeven.

Chemische reactie van aerobe ademhaling

C₆H₁₂O₆  +  6O₂  → 6CO₂  +  6H₂O + 2.900 kJ / mol

glycolyse is de eerste stap van aerobe ademhaling en vindt onafhankelijk plaats zonder zuurstof. Daarom is het ook de eerste stap van de afbraak van glucose bij anaerobe ademhaling. Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma van alle cellen. Tijdens glycolyse wordt glucose opgesplitst in twee pyruvaatmoleculen, waarbij 2 ATP's worden gegenereerd als netto winst. Bovendien worden twee moleculen NADH gevormd door het verkrijgen van elektronen uit glyceraldehyde-3-fosfaat. Het pyruvaat wordt getransformeerd in de matrix van mitochondriën, waardoor acetyl-CoA wordt gevormd uit pyruvaat door kooldioxide te elimineren tijdens oxidatieve decarboxylatie van pyruvaat. Acetyl-CoA komt dan in de citroenzuur cyclus, wat ook de Krebs-cyclus wordt genoemd. Tijdens de citroenzuurcyclus wordt een enkel glucosemolecuul volledig geoxideerd tot zes koolstofdioxidemoleculen, waardoor 2 GTP's, 6 NADH en 2 FADH worden gegenereerd₂. Deze NADH en FADH2 worden gecombineerd met zuurstof, waarbij ATP wordt gegenereerd tijdens oxidatieve fosforylering. De oxidatieve fosforylering vindt plaats in het binnenmembraan van mitochondria, waarbij elektronen door een reeks dragers in de elektronentransportketen. De totale opbrengst van aerobe ademhaling is 36 ATP. Een schematisch diagram van aërobe ademhaling wordt getoond in Figuur 1.

Figuur 1: Aerobe ademhaling

Wat is Anaërobe ademhaling

Anaërobe ademhaling is de reeks reacties die optreedt in afwezigheid van zuurstof, waardoor voedsel wordt afgebroken tot eenvoudige organische verbindingen en energie wordt gegenereerd in de vorm van ATP. Anaërobe ademhaling vindt plaats in micro-organismen zoals sommige bacteriën, gist en parasitaire wormen. Het komt voor in het cytoplasma van de cellen van die organismen, wat slechts 2 ATP's oplevert.

Twee categorieën van aërobe ademhaling worden geïdentificeerd. De eerste categorie anaerobe ademhaling vindt plaats door glycolyse en onvolledige oxidatie van pyruvaat in melkzuur of ethanol. Het proces wordt fermentatie genoemd. De uiteindelijke elektronenacceptor en de waterstofacceptor is het eenvoudige organische eindproduct. De eindproducten worden als afvalmetabolieten in het medium uitgescheiden. Tijdens de fermentatie treedt glycolyse op als eerste stap. Het resulterende pyruvaat wordt omgezet in ethanol in gist en sommige bacteriën. In planten, wanneer zuurstof afwezig is, wordt ethanol geproduceerd door anaerobe ademhaling. Dit type fermentatie wordt ethanol-fermentatie genoemd. De algemene chemische reactie van ethanolfermentatie wordt hieronder getoond.

Chemische reactie van ethanolfermentatie

C₆H₁₂O₆  → 2C₂H₅OH + 2CO₂  + 118 kJ / mol

Bij dieren, wanneer zuurstof afwezig is, wordt melkzuur geproduceerd door anaerobe ademhaling. Dit wordt melkzuurvergisting genoemd. De algemene chemische reactie voor melkzuurgisting is hieronder weergegeven.

Chemische reactie van melkzuur. Vergisting

C₆H₁₂O₆  → 2C₃H₆O₃  +  120 kJ / mol

De efficiëntie van fermentatie is erg laag in vergelijking met aerobe ademhaling. Melkzuur, dat wordt geproduceerd tijdens de melkzuurgisting, is toxisch voor weefsels. Het verschil tussen aërobe ademhaling en anaerobe ademhaling in de zin van melkzuurgisting is weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2: Verschil tussen aerobe ademhaling en melkzuurgisting

Tijdens de tweede categorie van anaerobe ademhaling is de laatste elektronenacceptor sulfaat of nitraat aan het einde van de elektronentransportketen. Sommige prokaryoten zoals bacteriën en archaea voeren dit type van anaërobe ademhaling uit. Het accepteren van elektronen door sulfaat produceert waterstofsulfide als het eindproduct. In methanogenen is de laatste elektronenacceptor kooldioxide, die methaan als het eindproduct produceert.  

Verschil tussen aërobe en anaërobe ademhaling

Zuurstof

aerobic Ademhaling: Aërobe ademhaling vindt plaats in de aanwezigheid van zuurstof.

Anaerobe ademhaling: Anaërobe ademhaling vindt plaats in afwezigheid van zuurstof.

Type planten en dieren

Aerobe ademhaling: Aërobe ademhaling wordt gevonden in alle hogere planten en dieren.

Anaerobe ademhaling: Anaerobe ademhaling wordt meestal gevonden in micro-organismen, maar zelden in hogere organismen.

voorval

aerobic Ademhaling: Aërobe ademhaling treedt alleen op in de cel.

Anaerobe ademhaling: Anaërobe ademhaling kan overal voorkomen.

Lokalisatie binnen de cel

aerobic Ademhaling: Aërobe ademhaling vindt plaats in het cytoplasma en mitochondriën.

Anaerobe ademhaling: Anaërobe ademhaling vindt alleen plaats in het cytoplasma.

Permanente / tijdelijke aard

aerobic Ademhaling: Aërobe ademhaling vindt continu plaats in de aanwezigheid van zuurstofgas.

Anaerobe ademhaling: Anaerobe ademhaling vindt continu plaats in micro-organismen. Maar bij hogere dieren komt het voor in de afwezigheid van zuurstof.

Stappen

aerobic Ademhaling: Aërobe ademhaling vindt plaats door glycolyse, pyruvaatoxidatie, TCA-cyclus, elektronentransportketen en ATP-synthese.

Anaerobe ademhaling: Anaërobe ademhaling vindt plaats door glycolyse en onvolledige afbraak van pyruvaat.

rendement

aerobic Ademhaling: Aërobe ademhaling genereert 36 ATP's per glucosemolecuul.

Anaerobe ademhaling: Anaërobe ademhaling genereert 2 ATP's per glucosemolecuul.

toxiciteit

aerobic Ademhaling: Aërobe ademhaling is niet giftig voor het organisme.

Anaerobe ademhaling: Aërobe ademhaling is giftig voor hogere organismen.

Eindproducten

aerobic Ademhaling: Eindproducten in de aerobe ademhaling zijn koolstofdioxide en water.

Anaerobe ademhaling: Eindproducten van de fermentatie in gist zijn ethanol en koolstofdioxide. Bij dieren is het eindproduct melkzuur. Bacteriën produceren methaan en waterstofsulfide als eindproducten.

oxydatie

aerobic Ademhaling: Substraat wordt volledig geoxideerd tot koolstofdioxide en water tijdens aerobe ademhaling.

Anaerobe ademhaling: Substraat is onvolledig geoxideerd tijdens anaerobe ademhaling.

Conclusie

Cellulaire ademhaling vindt plaats in twee routes bekend als aerobe ademhaling en anaërobe ademhaling. Aërobe ademhaling komt vooral voor bij hogere dieren en planten. Anaerobe ademhaling vindt plaats in micro-organismen zoals parasitaire wormen, gist en sommige bacteriën. Zowel aërobe als anaerobe ademhaling gebruiken glucose als substraat. Aërobe ademhaling vindt plaats in de aanwezigheid van zuurstof, waarbij het substraat volledig wordt geoxideerd, waardoor anorganische eindproducten, koolstofdioxide en water worden verkregen. Daarentegen vindt anaërobe ademhaling plaats in afwezigheid van zuurstof, onvolledig oxiderend het substraat, waardoor organische eindproducten zoals ethanol worden verkregen. Omdat anaerobe ademhaling het substraat onvolledig oxideert, is de opbrengst aan ATP zeer laag in vergelijking met de opbrengst van aërobe ademhaling. Aërobe ademhaling levert 36 ATP's op, maar anaerobe ademhaling levert slechts 2 ATP's per glucosemolecuul op. Dit is het verschil tussen aerobe ademhaling en anaerobe ademhaling.

Referentie:
1. Cooper, Geoffrey M. "Metabolic Energy." The Cell: A Molecular Approach. 2e editie. U.S. National Library of Medicine, 01 januari 1970. Web. 07 apr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter en Jr. "Bacterial Metabolism." Medical Microbiology. 4e editie. U.S. National Library of Medicine, 1 januari 1996. Web. 07 apr. 2017.
3. "Aerobic Respiration and Anaerobic Respiration - Pass My Examens: eenvoudige examenrevisie-aantekeningen voor GSCE Biology." Aerobic Respiration and Anaerobic Respiration - Pass My Examens: eenvoudige examenherzieningen voor GSCE Biology. N.p., n.d. Web. 07 apr. 2017.

Afbeelding met dank aan:
1. "Aërobe paden" door Boumphreyfr - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "2505 Aerobic versus anaerobe ademhaling" door OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions-website. 19 juni 2013. (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia