Cơ chế hô hấp kỵ khí và quá trình lên men của nó
Cơ chế hô hấp kỵ khí và quá trình lên men của nó!
Hô hấp kỵ khí đồng nghĩa với quá trình lên men. Nó cũng được gọi là hô hấp liên phân tử.
Ở đây các carbohydrate được phân giải thành hai hoặc nhiều phân tử đơn giản mà không cần oxy được sử dụng làm chất oxy hóa. Trong hô hấp kị khí (lên men) bộ xương carbon của phân tử glucose không bao giờ được giải phóng hoàn toàn dưới dạng CO 2 và trong một số trường hợp, nó có thể không xuất hiện chút nào. Nó không cần ty thể và được hoàn thành trong tế bào chất.
Lý do để tin rằng hai quá trình, lên men và hô hấp yếm khí là giống hệt nhau, là:
1. Đường hexose là chất nền hô hấp ở cả hai.
2. Các sản phẩm cuối cùng là giống nhau (CO 2 và C 2 H g OH) trong cả hai trường hợp.
3. Các hệ thống enzyme giống nhau điều khiển cả hai quá trình.
4. Axit pyruvic và acetaldehyd được tạo thành các chất trung gian trong cả hai quá trình.
5. Cả hai quá trình được tăng tốc bằng cách thêm phốt phát.
Nhưng phải đề cập rằng lên men là một quá trình in vitro, đề cập đến một sự xuất hiện bên ngoài hệ thống sống trong khi hô hấp kị khí là một quá trình tế bào, xảy ra in vivo. Ngoài ra, năng lượng được tạo ra trong quá trình lên men hoàn toàn bị mất dưới dạng nhiệt nhưng năng lượng được tạo ra trong quá trình hô hấp yếm khí, ít nhất là một phần, bị giữ lại trong ATP.
Thuật ngữ hô hấp kỵ khí thường được sử dụng liên quan đến các sinh vật bậc cao, nơi nó xuất hiện trong rễ của cây ngập nước, cơ bắp của động vật và là phương thức hô hấp bổ sung trong các vấn đề lớn. Hô hấp kỵ khí là nút hô hấp độc quyền ở một số loại giun ký sinh và vi sinh vật (ví dụ: vi khuẩn, nấm mốc). Trong các vi sinh vật, thuật ngữ lên men được sử dụng phổ biến hơn trong đó hô hấp yếm khí được biết đến sau tên của sản phẩm như lên men rượu, lên men axit lactic.
1. Lên men rượu Ethyl:
Nó khá phổ biến ở nấm (ví dụ, Rhizopns, nấm men) và vi khuẩn. Nấm men có thể hô hấp cả trên không và yếm khí. Hô hấp kị khí xảy ra trong dung dịch đường nếu nấm không tiếp xúc với không khí. Nó gây lên men. Với sự hiện diện của pyruvate decarboxylase và TPP (thiamine pyrophosphate), pyruvate bị phá vỡ để tạo thành acetaldehyd. Carbon dioxide được giải phóng.
Trong bước thứ hai, acetaldehyd bị khử thành rượu bởi rượu dehydrogenase. Hydrogen thu được từ NADH-, được tạo ra trong quá trình oxy hóa glyceraldehyd 3-phosphate thành axit 1, 3-diphospho-glvceric trong quá trình glycolysis.
Do đó, từ 1 phân tử glucose, 2 phân tử axit pyruvic được hình thành và từ 2 phân tử pyruvate (axit pyruvic) 2 phân tử rượu etylic và 2 phân tử C0 2 được tạo ra. Phương trình tổng thể như sau:
2. Lên men axit lactic:
Ít quen thuộc hơn ở thực vật bậc cao nhưng khá phổ biến trong mô động vật, con đường này dẫn đến sự hình thành axit lactic. Một lactic dehydrogenase cần NADH mang lại phản ứng này. NADH cần thiết cho phản ứng được tạo ra trong quá trình đường phân.
Hô hấp kỵ khí thay thế:
Con đường EMP của glycolysis không nghi ngờ gì là kỵ khí chính nhưng không phải là kênh chuyển hóa glucose duy nhất. Có những con đường khác mà glucose được chuyển hóa yếm khí trong cả thực vật và mô động vật. Hai hệ thống như vậy được phát hiện làm việc trong các tế bào là con đường Pentose phosphate và con đường Entner Duodoroff.
I. Con đường Pentose Phosphate:
Được gọi là Con đường oxy hóa trực tiếp, Con đường Pentose Phosphate, Con đường Warburg-Dickens và Hexose Monophosphate Shunt, con đường trao đổi chất này đã được phát hiện thông qua một số thí nghiệm của Lippman, Warburg (1935) và Dickens (1938). Sau này Horacker (1955) và Racker (1954) đã tìm ra chuỗi các sự kiện trên con đường.
Con đường Pentose Phosphate có thể được xem xét để tiến hành theo hai giai đoạn, giai đoạn khử carboxyl và giai đoạn tái sinh tiếp theo, chào giai đoạn đầu tiên, hexose được chuyển thành pentose. Hai phản ứng, một khử carboxyl và hai dehydrogen hóa mang lại điều này.
NADP hoạt động như coenzyme trong cả hai phản ứng này. Trong giai đoạn thứ hai, có sự sắp xếp lại các pentose được hình thành trong giai đoạn I để tạo ra một hexose. Do đó, trong con đường này, không có sự phân tách hexose thành các bộ ba như trong glycolysis, và trong PPP, NADP đóng vai trò là coenzyme chứ không phải NAD như trong glycolysis.
Giai đoạn I. Giai đoạn khử carboxyl:
1. Glucose-6-phosphate, là điểm khởi đầu cho hoạt động của con đường này, bị oxy hóa thành axit phospho-gluconic bằng cách trung gian của glucose-6-phosphate dehydrogenase liên kết với NADP. Magiê phục vụ như một chất kích hoạt cho enzyme này. Việc sản xuất NADPH 2 đánh dấu sự khử nước đầu tiên trong phản ứng này.
2. Axit 6-phosphogluconic bị oxy hóa và khử carboxyl bởi axit 6-phosphogluconic dehydrogenase liên kết với NADP. Phản ứng được kích hoạt bởi Mg ++
Việc sản xuất NADPH 2 là quá trình khử hydro cuối cùng xảy ra dọc theo con đường này.
Giai đoạn II. Giai đoạn tái sinh:
3. Ở đây, ribulose-5-phosphate được chuyển đổi thành đồng phân aldopentose của nó, ribose-5-phosphate và được trung gian bởi phosphoriboisomerase.
4. Một số ribulose-5-phosphate hình thành trong phản ứng 2 được đồng phân hóa với xylulose-5-phosphate, ketopentose. Điều này được thực hiện bởi phosphoketopento-epimerase.
5. Ribose-5-phosphate và Xylulose-5-phosphate được tạo ra trong phản ứng 3 và 4 tạo thành chất nền cho phản ứng này. Enzym, transketolase, chuyển nhóm ketol từ xylulose-5-phosate thành ribose-5-phosphate. Kết quả là, một loại đường keto bảy carbon, sedoheptulose-7-phosphate và một bộ ba, glyceraldehyd-3-phosphate được hình thành. TPP và Mg ++ đóng vai trò là đồng yếu tố cho enzyme này.
6. Sedoheptulose-7-phosphate và glyceraldehyd-3-phosphate được chuyển đổi thành fructoses-phosphate và erythrose-4-phosphate bằng cách trung gian của transaldolase.
7. erythrose-4-phosphate của phản ứng 6 và xylulose-5-phosphate của phản ứng 4 phản ứng thông qua cơ quan của transketolase, tạo thành fructose-6-phosphate và glyceraldehyd-3-phosphate.
Cuối cùng, fructose-6-phosphate được hình thành trong các phản ứng 6 và 7 và glyceraldehyd-3-phosphate từ các phản ứng 5 và 7, được chuyển đổi thành glucose-6-phosphate và điều này được tiếp tục sử dụng để thúc đẩy con đường, cho đến khi tất cả các carbon của nó đi tắt như C0 2 . Những phản ứng này không tạo thành một phần của con đường.
Do đó, PPP có thể được tóm tắt như sau:
2Glucose - 6 - phốt phát + 12 NADP + 6H 2 O ủng, > 2 Glyceraldehyd - 3 - phốt phát + 12 NADPH 2 + ATP + 6CO 2
Ý nghĩa của con đường Pentose Phosphate:
(a) Các sản phẩm NADPH 2 tạo ra một số phản ứng dẫn đến việc chuyển glucose thành axit pyruvic sorbitol thành axit malic và phenylalanine thành tyrosine.
(b) NADH 2 cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc sản xuất axit béo và steroid.
(c) Trong chu trình này, một số chất trung gian chuyển hóa quan trọng như ribose-5-phosphate và erythrose-4-phosphate được tạo ra.
II. Con đường Duodoroff Entner:
Ở một số vi khuẩn như Azotobacter, enzyme phosphofurationokinase không có. Các sinh vật như vậy tự nhiên không thể phosphoryl glucose trong con đường EMP thông thường. Chúng hòa tan glucose bằng sự kết hợp của con đường pentose phosphate và một loại phản ứng aldolase như trong glycolysis.
Ở đây, glucose bị oxy hóa thành axit 6-phosphogluconic, theo cách tương tự như trong phản ứng 1 của PPP. Trong bước tiếp theo, axit 6-phophogluconic trải qua quá trình khử nước và thay đổi về hình dạng, dẫn đến một loại deoxysat photphat sau đó được phân cắt thành pyruvate và glyceraldehyd. GAP được chuyển thành axit pyruvic. Con đường này cũng tạo ra 2 axit pyruvic từ một phân tử glucose.
