Mekanisme for anaerob respiration og dets fermenteringsproces

Mekanisme for anaerob respiration og dets fermentationsproces!

Anaerob åndedræt er synonymt med gæringen. Det kaldes også intermolekylær åndedræt.

Her nedbrydes kulhydraterne i to eller flere enkle molekyler, uden at ilt anvendes som oxidant. Ved anaerob respiration (fermentering) er kulstofskeletet af glucosemolekyl aldrig helt frigivet som CO 2, og i nogle forekommer det slet ikke. Det kræver ikke mitokondrier og afsluttes i cytoplasma.

Grunden til at tro på, at de to processer, fermentation og anaerob respiration er identiske, er:

1. Hexose sukker er respiratoriske substrater i begge.

2. De primære slutprodukter er de samme (CO 2 og C 2 H g OH) i begge tilfælde.

3. De samme enzymsystemer driver begge processer.

4. Pyruvinsyre og acetaldehyd dannes som mellemprodukter i begge processer.

5. Begge processer accelereres ved tilsætning af phosphat.

Men det må nævnes, at fermentering er en in vitro-proces, der henviser til en forekomst uden for et levende system, mens anaerob respiration er en cellulær proces, der forekommer in vivo. Også den energi, der produceres under fermentering, går helt tabt som varme, men den energi, der produceres under anaerob åndedræt, hvoraf en del af det er i det mindste, er fanget i ATP.

Betegnelsen anaerob respiration bruges ofte i forbindelse med højere organismer, hvor det forekommer i rødder af vandløgne planter, dyrs muskler og som supplerende vejrtrækning i massive problemer. Anaerob åndedræt er den eksklusive node af respiration i nogle parasitære orme og mikroorganismer (fx bakterier, forme). I mikroorganismer anvendes udtrykket fermentering mere almindeligt, hvor anaerob åndedræt er kendt efter produktets navn som alkoholisk gæring, mælkesyredannelse.

1. Ethylalkohol Fermentering:

Det er meget almindeligt i svampe (f.eks. Rhizopns, Gær) og bakterier. Gær kan respondere både aerobt og anaerobt. Anaerob åndedræt forekommer i sukkerholdig opløsning, hvis svampen ikke er i kontakt med atmosfæren. Det forårsager gæring. I nærværelse af pyruvat-decarboxylase og TPP (thiaminpyrophosphat) nedbrydes pyruvat til dannelse af acetaldehyd. Kuldioxid frigives.

I det andet trin reduceres acetaldehyd til alkohol ved alkoholdehydrogenase. Hydrogen opnås fra NADH-, der produceres under oxidation af glyceraldehyd-3-phosphat til 1, 3-diphosphosylsyre i glycolyse.

Således dannes 2 molekyler pyruvinsyre ud fra 1 molekyle glucose, og der produceres 2 molekyler pyruvat (pyruvinsyre) 2 molekyler ethylalkohol og 2 molekyler CO 2 . Den overordnede ligning er som følger:

2. Melkesyre Fermentering:

Mindre kendte i højere planter, men ganske almindeligt i animalsk væv, fører denne vej til dannelse af mælkesyre. En NADH-krævende mælke-dehydrogenase frembringer denne reaktion. Den NADH, der kræves til reaktionen, fremstilles i glycolyse.

Alternativ Anaerob Respiration:

EMP-vejen for glycolyse er uden tvivl den vigtigste anaerobe, men ikke den eneste kanal i glukosemetabolismen. Der er andre veje, hvorved glucose metaboliseres anaerobt i både planter og dyrevæv. To sådanne systemer opdaget at arbejde i celler er Pentose fosfatbane og Entner Duodoroff-vej.

I. Pentosefosfatbane:

Forskelligt kaldet Direct Oxidation Pathway, Pentose Phosphate Pathway, Warburg-Dickens Pathway og Hexose Monophosphate Shunt, denne metaboliske vej var blevet opdaget gennem en række eksperimenter af Lippman, Warburg (1935) og Dickens (1938). Senere Horacker (1955) og Racker (1954) udarbejdede rækkefølgen af ​​begivenheder i vejen.

Pentose Phosphate Pathway kunne anses for at fortsætte i to faser, en decarboxylativ fase og en efterfølgende regenerativ fase, hi den første fase, hexosen omdannes til en pentose. To reaktioner, en decarboxylering og to dehydrogeneringer bringer dette om.

NADP fungerer som coenzym i begge disse reaktioner. I anden fase er der omorganisering af pentoserne dannet i fase I til fremstilling af en hexose. Derfor er der i denne vej ingen spaltning af hexose til trioser som i glycolyse, og i PPP tjener NADP som coenzym og ikke NAD som i glycolyse.

Fase I. Decarboxyleringsfase:

1. Glucose-6-phosphat, som er udgangspunktet for driften af ​​denne vej, oxideres til phospho-gluconsyre ved mediation af NADP-bundet glucose-6-phosphat dehydrogenase. Magnesium tjener som aktivator til dette enzym. Produktionen af ​​NADPH 2 markerer den første dehydrogenering i denne reaktion.

2. 6-phosphogluconinsyren oxideres og dekarboxyleres af den NADP-bundne 6- phosphogluconinsyre-dehydrogenase. Reaktionen aktiveres ved Mg ++

Produktionen af ​​NADPH 2 er den endelige dehydrogenering der forekommer langs denne vej.

Fase II. Regenerativ fase:

3. Her omdannes ribulose-5-phosphat til dets aldopentose-isomer, ribose-5-phosphat og medieres af phosphoriboisomerase.

4. Nogle af ribulose-5-phosphatet dannet i reaktion 2 er isomeriseret til xylulose-5-phosphat, ketopentose. Dette udføres af phosphoketopento-epimerase.

5. Ribose-5-phosphat og Xylulose-5-phosphat fremstillet i reaktion 3 og 4 danner substraterne for denne reaktion. Enzymet, transketolase, overfører ketolgruppen fra xylulose-5-phosphat til ribose-5-phosphat. Som et resultat dannes der et syv-carbon-keto-sukker, sedoheptulose-7-phosphat og en triose, glyceraldehyd-3-phosphat. TPP og Mg ++ tjener som cofaktorer for dette enzym.

6. Sedoheptulose-7-phosphat og glyceraldehyd-3-phosphat omdannes til fructosephosphat og erythrose-4-phosphat ved mediation af transaldolase.

7. Erythrose-4-phosphat af reaktion 6 og xylulose-5-phosphat af reaktion 4 reagerer gennem organet af transketolase, der danner fructose-6-phosphat og glyceraldehyd-3-phosphat.

Til sidst omdannes fructose-6-phosphatet dannet i reaktionerne 6 og 7 og glyceraldehyd-3-phosphat fra reaktionerne 5 og 7 til glucose-6-phosphat, og dette benyttes yderligere til at fremme banen, indtil hele dets kulstof går slukket som C02. Disse reaktioner udgør ikke en del af banen.

Således kan PPP'en opsummeres som følger:

2Glucose - 6 - phosphat + 12 NADP + 6H20 -> 2 Glyceraldehyd - 3 - phosphat + 12 NADPH 2 + ATP + 6CO 2

Betydningen af ​​Pentose Phosphate Pathway:

(a) De producerede NADPH 2 s driver en række reaktioner, der fører til omdannelsen af ​​glucose til sorbitolpyruvinsyre til æblesyre og phenylalanin til tyrosin.

(b) NADH 2 spiller også en central rolle i produktionen af ​​fedtsyre og steroider.

(c) I denne cyklus genereres flere metabolisk vigtige mellemprodukter, såsom ribose-5-phosphat og erythrose-4-phosphat.

II. Entner Duodoroff Pathway:

I nogle bakterier som Azotobacter er enzymet phosphofructokinase fraværende. Sådanne organismer kan naturligvis ikke phosphorylere glucose i den sædvanlige EMP-vej. De dissimilerer glucose ved en kombination af pentosephosphatvej og en aldolase-type reaktion som i glycolyse.

Her oxideres glucose til 6-phosphogluconinsyre på samme måde som i reaktion 1 af PPP. I det næste trin undergår 6-phophogluconsyre en dehydrering og en konformationsændring, hvilket resulterer i et oc-keto-deoxysugerphosphat, som derefter spaltes i pyruvat og glyceraldehydphosphat. GAP omdannes til pyrodruesyre. Denne vej frembringer også 2 pyruvinsyrer fra et molekyle glucose.