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7.5A: Respiração celular anaeróbica - Biologia


Alguns procariotos e eucariotos usam respiração anaeróbica, na qual podem criar energia para uso na ausência de oxigênio.

objetivos de aprendizado

  • Descreva o processo de respiração celular anaeróbica.

Pontos chave

  • A respiração anaeróbica é um tipo de respiração em que o oxigênio não é usado; em vez disso, moléculas orgânicas ou inorgânicas são usadas como aceitadores de elétrons finais.
  • A fermentação inclui processos que usam uma molécula orgânica para regenerar NAD+ do NADH.
  • Os tipos de fermentação incluem a fermentação com ácido lático e a fermentação com álcool, nas quais o etanol é produzido.
  • Todas as formas de fermentação, exceto a fermentação de ácido láctico, produzem gás, que desempenha um papel na identificação laboratorial de bactérias.
  • Alguns tipos de procariotos são facultativamente anaeróbicos, o que significa que eles podem alternar entre a respiração aeróbia e a fermentação, dependendo da disponibilidade de oxigênio.

Termos chave

  • archaea: Um grupo de microrganismos unicelulares. Eles não têm núcleo celular ou qualquer outra organela ligada à membrana dentro de suas células.
  • respiração anaeróbica: Uma forma de respiração que usa aceitadores de elétrons diferentes do oxigênio.
  • fermentação: Uma reação bioquímica anaeróbica. Quando essa reação ocorre na levedura, as enzimas catalisam a conversão dos açúcares em álcool ou ácido acético com a evolução do dióxido de carbono.

Respiração celular anaeróbica

A produção de energia requer oxigênio. A cadeia de transporte de elétrons, onde a maior parte do ATP é formada, requer uma grande entrada de oxigênio. No entanto, muitos organismos desenvolveram estratégias para realizar o metabolismo sem oxigênio ou podem mudar da respiração celular aeróbia para a anaeróbica quando o oxigênio é escasso.

Durante a respiração celular, alguns sistemas vivos usam uma molécula orgânica como o aceptor final de elétrons. Processos que usam uma molécula orgânica para regenerar NAD+ do NADH são chamados coletivamente de fermentação. Em contraste, alguns sistemas vivos usam uma molécula inorgânica como aceptor final de elétrons. Ambos os métodos são chamados de respiração celular anaeróbica, onde os organismos convertem energia para seu uso na ausência de oxigênio.

Certos procariotos, incluindo algumas espécies de bactérias e arquéias, usam respiração anaeróbica. Por exemplo, o grupo de arquéias chamado metanógenos reduz o dióxido de carbono a metano para oxidar o NADH. Esses microrganismos são encontrados no solo e no trato digestivo de ruminantes, como vacas e ovelhas. Da mesma forma, bactérias redutoras de sulfato e arquéias, a maioria das quais são anaeróbicas, reduzem o sulfato a sulfeto de hidrogênio para regenerar o NAD+ do NADH.

Os eucariotos também podem sofrer respiração anaeróbica. Alguns exemplos incluem fermentação de álcool em leveduras e fermentação de ácido láctico em mamíferos.

Fermentação de ácido láctico

O método de fermentação usado por animais e certas bactérias (como as do iogurte) é chamado de fermentação de ácido lático. Esse tipo de fermentação é usado rotineiramente nas hemácias de mamíferos e no músculo esquelético que tem um suprimento de oxigênio insuficiente para permitir que a respiração aeróbica continue (ou seja, em músculos usados ​​a ponto de ficarem cansados). O excesso de lactato nesses músculos é o que causa a sensação de queimação nas pernas durante a corrida. Essa dor é um sinal para descansar os músculos sobrecarregados para que possam se recuperar. Nestes músculos, o acúmulo de ácido láctico deve ser removido pela circulação sanguínea e o lactato levado ao fígado para metabolismo posterior. As reações químicas da fermentação de ácido láctico são as seguintes:

Ácido pirúvico + NADH ↔ ácido lático + NAD+

A enzima usada nesta reação é a lactato desidrogenase (LDH). A reação pode prosseguir em qualquer direção, mas a reação da esquerda para a direita é inibida por condições ácidas. Antigamente, acreditava-se que esse acúmulo de ácido láctico causava rigidez, fadiga e dor muscular, embora pesquisas mais recentes contestem essa hipótese. Uma vez que o ácido láctico foi removido do músculo e circulado para o fígado, ele pode ser reconvertido em ácido pirúvico e posteriormente catabolizado para obter energia.

Fermentação de Álcool

Outro processo de fermentação familiar é a fermentação do álcool, que produz etanol, um álcool. O uso da fermentação de álcool pode ser rastreado na história há milhares de anos. As reações químicas da fermentação alcoólica são as seguintes (Nota: CO2 não participa da segunda reação):

Ácido pirúvico → CO2 + acetaldeído + NADH → etanol + NAD+

A primeira reação é catalisada pela piruvato descarboxilase, uma enzima citoplasmática, com uma coenzima de pirofosfato de tiamina (TPP, derivado da vitamina B1 e também chamada de tiamina). Um grupo carboxila é removido do ácido pirúvico, liberando dióxido de carbono como gás. A perda de dióxido de carbono reduz o tamanho da molécula em um carbono, formando acetaldeído. A segunda reação é catalisada por álcool desidrogenase para oxidar NADH a NAD+ e reduzir o acetaldeído a etanol.

A fermentação do ácido pirúvico pela levedura produz o etanol encontrado nas bebidas alcoólicas. A tolerância da levedura ao etanol é variável, variando de cerca de 5% a 21%, dependendo da cepa de levedura e das condições ambientais.

Outros tipos de fermentação

Vários métodos de fermentação são usados ​​por diversos organismos para garantir um fornecimento adequado de NAD+ para a sexta etapa da glicólise. Sem essas vias, essa etapa não ocorreria e nenhum ATP seria coletado da quebra da glicose. Outros métodos de fermentação também ocorrem em bactérias. Muitos procariontes são facultativamente anaeróbicos. Isso significa que eles podem alternar entre a respiração aeróbica e a fermentação, dependendo da disponibilidade de oxigênio. Certos procariontes, como Clostridia, são anaeróbios obrigatórios. Obrigue os anaeróbios a viver e crescer na ausência de oxigênio molecular. O oxigênio é um veneno para esses microrganismos, matando-os quando expostos.

Deve-se notar que todas as formas de fermentação, exceto a fermentação de ácido lático, produzem gás. A produção de determinados tipos de gás é usada como um indicador da fermentação de carboidratos específicos, que desempenham um papel na identificação laboratorial das bactérias.


Respiração anaeróbica

Patrick leciona Biologia AP há 14 anos e é o vencedor de vários prêmios de ensino.

Respiração anaeróbica é o processo de produção de energia celular sem oxigênio. A respiração anaeróbica é uma reação relativamente rápida e produz 2 ATP, que é muito menos do que a respiração aeróbica. Respiração anaeróbica acontece no citoplasma onde a glicólise libera energia da glicose e a fermentação recicla o NADH de volta para NAD +.

O processo metabólico da respiração, que é a liberação da energia dos alimentos, vem em 2 sabores distintos: respiração anaeróbica e respiração aeróbica. A respiração anaeróbica é aquela quebra de alimentos que não requerem oxigênio e de fato o nome anaeróbico se refere a que um meio sem aero significa ar e o que é importante no ar? Gás oxigênio, então este processo tem algumas vantagens sobre a respiração aeróbica, uma vez que você não precisa de oxigênio, duas é muito rápido. Infelizmente, essa velocidade, essa simplicidade tem um custo. Ele vem com um custo que só produz um ganho líquido de um lucro de 2ATP por molécula de glicose.

Vamos dar uma olhada neste diagrama aqui e ver como isso funciona. Aqui vemos a glicose entrando na célula, mas, infelizmente, no estágio inicial da glicólise, você realmente precisa gastar energia da célula, por que fazer isso? Bem, a glicose é uma molécula de 6 carbonos, ao colocar um par de fosfatos em cada extremidade dessa molécula de 6 carbonos, torna-a instável e mais fácil de quebrar. Além disso, ao colocar esses fosfatos em uma das extremidades, ele fica carregado negativamente, de modo que não pode mais sair pelos canais de glicose por onde a glicose entra na célula.

Agora, no final das contas, você acaba convertendo 4 de seus difosfatos de adenosina em 4 ATPs, de modo que dá a você 4 que você já gastou 2 que & # 39s um lucro ou ganho líquido de 2 ATP agora a outra molécula que é produzida durante a glicólise é uma molécula chamada NADH . De onde vem isso? Existe um tipo especial de molécula chamada NAD positivo, o NAD positivo é o que é conhecido como portador de elétrons. É uma molécula que pode absorver elétrons de alta energia e carregá-los para outro lugar. Agora, para criaturas aeróbicas, o NADH é uma grande molécula porque você pode usar a energia dos elétrons de alta energia em sua mitocôndria para gerar uma tonelada de ATP. Mas para as criaturas anaeróbicas que o NADH é, na verdade é um desperdício, não tem sentido.

E vamos dar uma olhada por que, se olharmos para eles, seu NADH é inútil, não pode ser usado para nada e na verdade significa que você não tem mais o NAD positivo para continuar fazendo glicólise. É por isso que anaeróbio as criaturas criaram um sistema chamado fermentação. A fermentação não gera qualquer energia, apenas a glicólise faz uma respiração anaeróbica, mas a fermentação permite que você recicle o NAD positivo para NADH tem outro benefício colateral porque o ácido piruvato que & # 39s produziu no final da glicólise que & # 39s realmente é muito tóxico para a célula. Agora existem 2 versões de fermentação, outras fermentações alcoólicas e lactato.

Agora vamos dar uma olhada naquele que produz lactato, porque é o que suas células fazem se você precisar obter muita energia muito, muito rapidamente. Digamos, por exemplo, que você esteja sendo perseguido por um Tigre e tenha que correr; você só tem energia suficiente reservada em suas células musculares por, digamos, 10 a 15 segundos de operação em velocidade máxima, mas você não pode parar depois 15 segundos e diga, por favor, Sr. Tiger, tempo limite. Porque não há tempo limite nas caçadas de Tiger, então, em vez disso, seus músculos mudarão para a fermentação de ácido lático a fim de gerar pelo menos alguns ATPs para que você possa continuar. Se você já fez um exercício pesado, sabe que isso causa problemas porque, embora o ácido láctico ou o lactato seja menos tóxico que o piruvato, tem alguns problemas, seus músculos começam a doer e começam a se tornar cada vez menos eficientes. Então, vamos ver o que está acontecendo, então fazemos glicólise e produzimos o piruvato, mas depois com o NADH despejamos os elétrons de alta energia que estão no NADH de volta ao piruvato. Ele sofre algumas mudanças e se torna uma molécula diferente de 3 carbonos chamada lactato.

Isso nos dá nosso NAD positivo para que possamos pelo menos continuar fazendo glicólise. É uma forma de reciclar como vocês podem ver aqui o NADH de volta ao NAD positivo. Existem algumas células como o fermento que farão uma forma diferente de fermentação chamada fermentação alcoólica, agora o que eles fazem é, em vez de converter o piruvato em um lactato, eles convertem o piruvato em álcool etílico uma molécula de 2 carbonos e dióxido de carbono em um gás. E é basicamente assim que as pessoas fazem bebida, você pega um monte de comida e mistura com alguma bactéria ou fermento fecha em um barril ou em uma garrafa para que nenhum oxigênio entre e todos eles voltem alegremente para a respiração anaeróbica e fermentação alcoólica, vamos lá, comer toda a glicose e urinar um monte de álcool.

O dióxido de carbono forma as bolhas que você deve ter notado antes no álcool que seus pais estão bebendo, de modo que é a respiração anaeróbica. Começa com a glicólise e termina com a fermentação.


Respiração celular, aeróbia e # 038 respiração anaeróbia

A vida requer energia para realizar suas atividades vitais essenciais. Isso é fornecido pela respiração celular. É um conjunto de reações metabólicas para transformar a energia química das moléculas de oxigênio ou dos alimentos em trifosfato de adenosina e, em seguida, liberar produtos residuais. O combustível mais comum usado pela célula para oferecer energia pela respiração celular é a glicose. A maneira como a glicose é metabolizada depende da disponibilidade de oxigênio.

Essa reação é chamada de glicólise. A partícula de ATP é utilizada pelas células como fonte de energia para várias funções, por exemplo, síntese de substâncias mais complexas, transporte ativo através da membrana celular, contração muscular e condução nervosa, etc. Às vezes, a oxidação biológica inclui a eliminação de hidrogênio, um reação catalisada pelo desidrogenases ligado a coenzimas específicas. A respiração celular é basicamente uma reação de oxidação.

Respiração ao nível da célula

Os organismos vivos precisam de energia para realizar suas atividades vitais essenciais. Essa energia é fornecida dentro das células pelo fenômeno da respiração. A respiração é o procedimento universal pelo qual os organismos decompõem compostos complexos que contêm carbono de uma maneira que permite às células coletar o máximo de energia utilizável.

Em biologia, o termo respiração é usado de duas maneiras. Mais familiarmente, o termo respiração significa a troca de gases respiratórios (CO2 e O2) entre o organismo e seu ambiente. Essa troca é chamada de respiração externa. A respiração celular é o processo pelo qual a energia é fornecida às células em uma quebra passo a passo das moléculas da cadeia C nas células.

Respiração celular

A respiração celular é um conjunto de reações e procedimentos metabólicos que ocorrem nas células dos organismos para transformar a energia química das moléculas de oxigênio ou alimentos em trifosfato de adenosina e, em seguida, liberar produtos residuais.

Tipos de respiração celular

O combustível mais comum usado pela célula para oferecer energia pela respiração celular é a glicose. A maneira como a glicose é metabolizada depende da disponibilidade de oxigênio. Antes de entrar na mitocôndria, a molécula de glicose é dividida para formar duas moléculas de ácido pirúvico (3 moléculas de carbono). Essa reação é chamada de glicólise (a glicólise sugere literalmente a divisão do açúcar) e ocorre no citosol e é representada pela equação:

Essa reação acontece em todas as células e os biólogos pensam que uma reação semelhante pode ter acontecido na primeira célula que foi organizada no mundo.

A célula processa o ácido pirúvico em três métodos significativos: fermentação alcoólica, fermentação láctica e respiração aeróbica. As duas primeiras reações acontecem na ausência de oxigênio e são descritas como anaeróbicas (sem oxigênio). A quebra total da molécula de glicose ocorre apenas na presença de oxigênio, ou seja, na respiração aeróbia. Ao longo da respiração aeróbica, a glicose é oxidada em CO2 e água e energia são liberadas.

Respiração aeróbica

"A respiração aeróbica é o processo de produção de energia celular na presença de oxigênio."

A equação química para a respiração aeróbica é:

A energia é liberada pela divisão das moléculas de glicose com a ajuda do gás oxigênio. No final da reação química, energia, moléculas de água e gás dióxido de carbono são liberados como subprodutos ou produtos finais das reações.

Os 2.900 kJ de energia são liberados durante o procedimento de quebra da molécula de glicose e, por sua vez, essa energia é usada para produzir moléculas de ATP– Adenosina Trifosfato que são utilizadas pelo corpo para diversos fins. O procedimento de respiração aeróbica ocorre em todos os organismos multicelulares que consistem em animais, plantas e outros organismos vivos.

Durante o processo de respiração nas plantas, o gás oxigênio entra nas células vegetais através dos estômatos, que estão presentes na epiderme (células do mesofilo) das folhas e do caule de uma planta. Com a ajuda do procedimento de fotossíntese, todas as plantas verdes fabricam seus alimentos e, portanto, liberam energia.

Papel da Mitocôndria na Respiração Aeróbica

As mitocôndrias são grandes organelas granulares ou filamentosas que estão dispersas por todo o citoplasma das células animais e vegetais. Cada mitocôndria é constituída por uma membrana envolvente externa e uma membrana interna com dobras ou cristas intrincadas que se estendem para o interior da organela.

As mitocôndrias desempenham um papel na respiração celular, transferindo a energia das moléculas orgânicas para as ligações químicas do ATP. Uma grande "Bateria”De enzimas e coenzimas gradualmente liberam energia das moléculas de glicose. Assim, as mitocôndrias são os “Casas de força” que produzem a energia necessária para várias funções celulares.

Trifosfato de adenosina e seu significado

Trifosfato de adenosina, normalmente abreviado como "ATP", é um composto encontrado em todas as células vivas e é um dos produtos químicos necessários à vida. Ele desempenha uma função crucial na maioria das mudanças de energia biológica. Tradicionalmente, 'P' representa todo o grupo fosfato.

O segundo e o terceiro fosfato representam as chamadas ligações de “alta energia”. Se estes forem quebrados por hidrólise, muito mais energia totalmente livre é liberada em comparação com a outra ligação na molécula de ATP. A quebra do fosfato terminal de ATP libera cerca de 7,3 Kcal de energia. A ligação 'P' de alta energia permite que a célula colete uma grande quantidade de energia em uma área muito pequena e a mantém pronta para uso assim que for necessária.

A partícula de ATP é utilizada pelas células como fonte de energia para várias funções, por exemplo, síntese de substâncias mais complexas, transporte ativo através da membrana celular, contração muscular e condução nervosa, etc.

Respiração anaeróbica

A respiração na ausência de oxigênio é chamada de respiração anaeróbica. Pode ser:

  • Fermentação alcoólica: Em células primitivas e em algumas células eucarióticas, como a levedura, o ácido pirúvico é mais decomposto pela fermentação alcoólica em álcool (C2 H5 OH) e CO2.

A fermentação é comumente usada para a produção de álcool e panificação. Quando açúcar, fermento, farinha e água são integrados para formar a massa, o fermento quebra o açúcar e produz dióxido de carbono, que faz o pão crescer.

  • Fermentação de ácido láctico: Na fermentação de ácido lático, cada molécula de ácido pirúvico é convertida em ácido lático C3 H6 O3 na ausência de gás oxigênio:

A fermentação do ácido láctico é usada para dar sabor ou manter os laticínios e vegetais, por exemplo, iogurte e picles.

Esse tipo de respiração anaeróbica ocorre nas células musculares de seres humanos e de outros animais durante atividades físicas extremas e exercícios pesados, como correr quando o oxigênio não pode ser transportado para as células tão rapidamente quanto é necessário. Tanto a fermentação alcoólica quanto a de ácido lático geram menos porcentagens de energia das moléculas de glicose. Apenas cerca de 2% da energia presente nas ligações químicas da glicose é convertida em trifosfato de adenosina (ATP).

Oxidação biológica

A manutenção do sistema vivo requer um suprimento contínuo de energia totalmente livre, que é eventualmente originada de numerosas reações de oxidação-redução. Com exceção dos processos fotossintéticos e de alguns processos quimiossintéticos bacterianos, que são eles próprios reações de redução da oxidação, todas as outras células dependem, em última instância, para seu fornecimento de energia totalmente livre, nas reações de oxidação nos processos respiratórios.

Às vezes, a oxidação biológica inclui a eliminação de hidrogênio, uma reação catalisada pelo desidrogenase ligado a coenzimas específicas. A respiração celular é basicamente uma reação de oxidação.


7.5A: Respiração celular anaeróbica - Biologia

Nesta seção, você explorará a seguinte questão:

  • Qual é a diferença fundamental entre a respiração celular anaeróbica e os diferentes tipos de fermentação?

Conexão para Cursos AP ®

Como foi afirmado anteriormente, em condições aeróbicas, a respiração celular pode produzir 36-38 moléculas de ATP. Se o oxigênio não estiver presente, o ATP é produzido apenas por fosforilação em nível de substrato. Sem oxigênio, os organismos devem usar outro aceptor de elétrons. A maioria dos organismos usará alguma forma de fermentação para realizar a regeneração de NAD + para garantir a continuação da glicólise. Na fermentação do álcool, o piruvato da glicólise é convertido em álcool etílico durante a fermentação do ácido lático, o piruvato é reduzido para formar lactato como produto final. Sem fermentação e respiração anaeróbica, não teríamos iogurte ou molho de soja. Nem nossas células musculares sofreriam cãibras devido ao acúmulo de lactato quando nos exercitamos vigorosamente e o oxigênio é escasso.

As informações apresentadas e os exemplos destacados na seção suportam os conceitos e Objetivos de Aprendizagem descritos na Grande Ideia 2 do AP ® Biology Curriculum Framework, conforme mostrado na tabela. Os Objetivos de Aprendizagem listados na Estrutura Curricular fornecem uma base transparente para o curso AP ® Biologia, uma experiência laboratorial baseada em investigação, atividades instrucionais e questões do exame AP ®. Um objetivo de aprendizagem mescla o conteúdo necessário com uma ou mais das sete práticas científicas.

Grande Ideia 2 Os sistemas biológicos utilizam energia livre e blocos de construção moleculares para crescer, se reproduzir e manter a homeostase dinâmica.
Compreensão Duradoura 2.A O crescimento, a reprodução e a manutenção dos sistemas vivos requerem energia e matéria livres.
Conhecimento Essencial 2.A.2 Os organismos capturam e armazenam energia gratuita para uso em processos biológicos.
Prática de Ciências 1.4 O aluno pode usar representações e modelos para analisar situações ou resolver problemas qualitativa e quantitativamente.
Prática de Ciências 3.1 O aluno pode fazer perguntas científicas.
Objetivo do aprendizado 2.4 O aluno é capaz de usar representações para colocar questões científicas sobre quais mecanismos e características estruturais permitem que os organismos capturem, armazenem e usem energia livre.
Conhecimento Essencial 2.A.2 Os organismos capturam e armazenam energia gratuita para uso em processos biológicos.
Prática de Ciências 6.2 O aluno pode construir explicações de fenômenos com base em evidências produzidas por meio de práticas científicas.
Objetivo do aprendizado 2.5 O aluno é capaz de construir explicações sobre os mecanismos e características estruturais das células que permitem que os organismos capturem, armazenem ou usem energia livre.

As Questões do Desafio da Prática de Ciências contêm questões de teste adicionais para esta seção que o ajudarão a se preparar para o exame AP. Essas questões abordam os seguintes padrões:
[APLO 2.21] [APLO 2.24] [APLO 4.14] [APLO 4.26]

Na respiração aeróbia, o aceptor de elétrons final é uma molécula de oxigênio, O2. Se ocorrer respiração aeróbica, o ATP será produzido usando a energia dos elétrons de alta energia transportados pelo NADH ou FADH2 para a cadeia de transporte de elétrons. Se a respiração aeróbia não ocorrer, o NADH deve ser reoxidado em NAD + para reutilização como um portador de elétrons para que a via glicolítica continue. Como isso é feito? Alguns sistemas vivos usam uma molécula orgânica como o aceptor final de elétrons. Os processos que usam uma molécula orgânica para regenerar o NAD + do NADH são chamados coletivamente de fermentação. Em contraste, alguns sistemas vivos usam uma molécula inorgânica como aceptor final de elétrons. Ambos os métodos são chamados de respiração celular anaeróbica, na qual os organismos convertem energia para seu uso na ausência de oxigênio.

Respiração celular anaeróbica

Certos procariontes, incluindo algumas espécies de bactérias e Archaea, usam respiração anaeróbica. Por exemplo, o grupo de Archaea denominado metanógenos reduz o dióxido de carbono a metano para oxidar o NADH. Esses microrganismos são encontrados no solo e no trato digestivo de ruminantes, como vacas e ovelhas. Da mesma forma, bactérias redutoras de sulfato e Archaea, a maioria das quais são anaeróbicas (Figura 7.14), reduzem o sulfato a sulfeto de hidrogênio para regenerar o NAD + do NADH.

LINK PARA APRENDIZAGEM

Visite este site para ver a respiração celular anaeróbica em ação.

  1. O NAD + é formado na respiração aeróbica por um processo de fermentação e formado na respiração anaeróbica pela oxidação do NADH.
  2. O NAD + é formado por um processo de fermentação em condições anaeróbicas pela conversão do piruvato em lactato e pela simples oxidação do NADH na respiração aeróbia.
  3. Em condições aeróbicas, o aceptor de elétrons é uma molécula diferente de oxigênio para a produção de NAD +, enquanto em condições anaeróbicas o aceptor de elétrons é o oxigênio.
  4. O NAD + é formado por um processo de fermentação em condições anaeróbias, enquanto na respiração aeróbia é formado pela quebra do piruvato em ácido lático ou álcool.

Fermentação de ácido láctico

O método de fermentação usado por animais e certas bactérias, como as do iogurte, é a fermentação de ácido lático (Figura 7.15). Esse tipo de fermentação é usado rotineiramente nas hemácias de mamíferos e no músculo esquelético que tem um suprimento de oxigênio insuficiente para permitir que a respiração aeróbica continue (ou seja, nos músculos usados ​​a ponto de ficarem cansados). Nos músculos, o acúmulo de ácido láctico deve ser removido pela circulação sanguínea e o lactato levado ao fígado para metabolismo posterior. As reações químicas da fermentação de ácido láctico são as seguintes:

A enzima usada nesta reação é a lactato desidrogenase (LDH). A reação pode prosseguir em qualquer direção, mas a reação da esquerda para a direita é inibida por condições ácidas. Antigamente, acreditava-se que esse acúmulo de ácido láctico causava rigidez, fadiga e dor muscular, embora pesquisas mais recentes contestem essa hipótese. Uma vez que o ácido láctico foi removido do músculo e circulado para o fígado, ele pode ser reconvertido em ácido pirúvico e posteriormente catabolizado para obter energia.

CONEXÃO VISUAL

O tremetol, um veneno metabólico encontrado na raiz da planta da cobra branca, impede o metabolismo do lactato. Quando as vacas comem essa planta, ela se concentra no leite que produzem. Os humanos que consomem o leite ficam doentes. Os sintomas desta doença, que incluem vômitos, dor abdominal e tremores, pioram após o exercício. Por que você acha que este é o caso?

  1. O tremetol inibe as enzimas que convertem o lactato em compostos menos prejudiciais. O exercício piora isso ao produzir mais lactato.
  2. O tremetol aumenta a produção de lactato desidrogenase, fazendo com que o ácido láctico se acumule no corpo.
  3. O tremetol inibe a produção de NAD + após o exercício. A falta de oxigênio faz com que o ácido láctico se acumule no corpo.
  4. O tremetol se liga ao ácido láctico, inibindo sua decomposição em outros compostos e fazendo com que ele se acumule após o exercício.

Outro processo de fermentação familiar é a fermentação do álcool (Figura 7.16), que produz etanol, um álcool. A primeira reação química da fermentação do álcool é a seguinte (CO2 não participa da segunda reação):

A primeira reação é catalisada pela piruvato descarboxilase, uma enzima citoplasmática, com uma coenzima de pirofosfato de tiamina (TPP, derivado da vitamina B1 e também chamada de tiamina). Um grupo carboxila é removido do ácido pirúvico, liberando dióxido de carbono como gás. A perda de dióxido de carbono reduz o tamanho da molécula em um carbono, formando acetaldeído. A segunda reação é catalisada pela álcool desidrogenase para oxidar NADH a NAD + e reduzir o acetaldeído a etanol. A fermentação do ácido pirúvico pela levedura produz o etanol. A tolerância da levedura ao etanol é variável, variando de cerca de 5% a 21%, dependendo da cepa de levedura e das condições ambientais.

Outros tipos de fermentação

Outros métodos de fermentação ocorrem em bactérias. Muitos procariontes são facultativamente anaeróbicos. Isso significa que eles podem alternar entre a respiração aeróbica e a fermentação, dependendo da disponibilidade de oxigênio. Certos procariontes, como Clostridia, são anaeróbios obrigatórios. Obrigue os anaeróbios a viver e crescer na ausência de oxigênio molecular. O oxigênio é um veneno para esses microrganismos e os mata quando expostos. Deve-se notar que todas as formas de fermentação, exceto a fermentação de ácido lático, produzem gás. A produção de determinados tipos de gás é usada como um indicador da fermentação de carboidratos específicos, que desempenham um papel na identificação laboratorial das bactérias. Vários métodos de fermentação são usados ​​por diversos organismos para garantir um suprimento adequado de NAD + para a sexta etapa da glicólise. Sem essas vias, essa etapa não ocorreria e nenhum ATP seria coletado da quebra da glicose.

CONEXÃO DE PRÁTICAS CIENTÍFICAS PARA CURSOS AP®

Investigação de Laboratório: Respiração de Açúcares por Levedura. Você tem a oportunidade de projetar e conduzir experimentos para investigar se as leveduras são capazes de metabolizar uma variedade de açúcares, usando sensores de pressão de gás ou outros meios para medir CO2 Produção.

PENSE NISSO

O tremetol, um veneno metabólico encontrado na raiz da planta da cobra branca, impede o metabolismo do lactato. Quando as vacas fêmeas comem esta planta, o tremetol fica concentrado no leite. Os humanos que consomem o leite ficam doentes. Explique por que os sintomas desta doença, que incluem vômitos, dor abdominal e tremores, pioram após o exercício.


Músculos doloridos e ácido láctico

Durante o exercício intenso, nossos músculos usam oxigênio para produzir ATP mais rápido do que podemos fornecê-lo.

Quando isso acontece, as células musculares podem realizar a glicólise mais rapidamente do que podem fornecer oxigênio para a cadeia de transporte de elétrons mitocondrial.

O resultado é que a respiração anaeróbica e a fermentação do ácido láctico ocorrem dentro de nossas células - e após exercícios prolongados, o ácido láctico acumulado pode causar dores nos músculos!

Leveduras e bebidas alcoólicas

As bebidas alcoólicas como o vinho e o uísque são normalmente produzidas pelo engarrafamento de leveduras - que realizam a fermentação alcoólica - com uma solução de açúcar e outros compostos aromatizantes.

As leveduras podem usar carboidratos complexos, incluindo aqueles encontrados em batatas, uvas, milho e muitos outros grãos, como fontes de açúcar para realizar a respiração celular.

Colocar o fermento e sua fonte de combustível em uma garrafa hermética garante que não haverá oxigênio suficiente ao redor e, assim, o fermento se converterá em respiração anaeróbica. Isso produz álcool.

O álcool é realmente tóxico para as leveduras que o produzem - quando as concentrações de álcool se tornam altas o suficiente, a levedura começa a morrer.

Por esse motivo, não é possível fabricar vinho ou cerveja com teor alcoólico superior a 30%. No entanto, o processo de destilação, que separa o álcool de outros componentes da bebida, pode ser usado para concentrar o álcool e produzir destilados como a vodka.

Metanogênese e cervejas caseiras perigosas

Infelizmente, a fermentação alcoólica não é o único tipo de fermentação que pode acontecer na matéria vegetal. Um álcool diferente, chamado metanol, pode ser produzido a partir da fermentação da celulose. Isso pode causar envenenamento por metanol.

Os perigos da bebida alcoólica “aguardente” e # 8211 barato, feito em casa, que geralmente contém grandes quantidades de metanol devido a processos de fermentação e destilação inadequados - foram anunciados no século 20 durante a proibição.

Morte e danos aos nervos por envenenamento por metanol ainda são um problema em áreas onde as pessoas tentam preparar álcool de forma barata. Portanto, se você vai se tornar um cervejeiro, certifique-se de fazer sua lição de casa!

Queijo suíço e ácido propiônico

A fermentação do ácido propiônico confere ao queijo suíço seu sabor característico. Os buracos no queijo suíço são, na verdade, feitos por bolhas de gás dióxido de carbono liberado como um produto residual de uma bactéria que usa a fermentação do ácido propiônico.

Após a implementação de padrões de saneamento mais rígidos no século 20, muitos produtores de queijo suíço ficaram intrigados ao descobrir que seu queijo estava perdendo seus buracos - e seu sabor.

Descobriu-se que o culpado era a falta de uma bactéria específica que produz ácido propiônico. Ao longo dos tempos, essa bactéria foi introduzida como contaminante do feno que as vacas comiam. Mas depois que padrões de higiene mais rígidos foram introduzidos, isso não estava mais acontecendo!

Essa bactéria agora é adicionada intencionalmente durante a produção para garantir que o queijo suíço permaneça saboroso e retenha sua aparência furada instantaneamente reconhecível.

Vinagre e Acetogênese

As bactérias que realizam a acetogênese são responsáveis ​​pela fabricação do vinagre, que consiste principalmente de ácido acético.

Na verdade, o vinagre requer dois processos de fermentação, porque as bactérias que produzem o ácido acético precisam do álcool como combustível!

Como tal, o vinagre é primeiro fermentado em uma preparação alcoólica, como o vinho. A mistura alcoólica é então fermentada novamente usando as bactérias acetogênicas.


7.5 Metabolismo sem oxigênio

Nesta seção, você explorará a seguinte questão:

  • Qual é a diferença fundamental entre a respiração celular anaeróbica e os diferentes tipos de fermentação?

Conexão para Cursos AP ®

Como foi afirmado anteriormente, em condições aeróbicas, a respiração celular pode produzir 36-38 moléculas de ATP. Se o oxigênio não estiver presente, o ATP é produzido apenas por fosforilação em nível de substrato. Sem oxigênio, os organismos devem usar outro aceptor de elétrons. A maioria dos organismos usará alguma forma de fermentação para realizar a regeneração de NAD + para garantir a continuação da glicólise. Na fermentação do álcool, o piruvato da glicólise é convertido em álcool etílico durante a fermentação do ácido lático, o piruvato é reduzido para formar lactato como produto final. Sem fermentação e respiração anaeróbica, não teríamos iogurte ou molho de soja. Nem nossas células musculares sofreriam cãibras devido ao acúmulo de lactato quando nos exercitamos vigorosamente e o oxigênio é escasso.

As informações apresentadas e os exemplos destacados na seção suportam os conceitos e Objetivos de Aprendizagem descritos na Grande Ideia 2 do AP ® Biology Curriculum Framework, conforme mostrado na tabela. Os Objetivos de Aprendizagem listados na Estrutura Curricular fornecem uma base transparente para o curso AP ® Biologia, uma experiência laboratorial baseada em investigação, atividades instrucionais e questões do exame AP ®. Um objetivo de aprendizagem mescla o conteúdo necessário com uma ou mais das sete práticas científicas.

Grande Ideia 2 Os sistemas biológicos utilizam energia livre e blocos de construção moleculares para crescer, se reproduzir e manter a homeostase dinâmica.
Compreensão Duradoura 2.A O crescimento, a reprodução e a manutenção dos sistemas vivos requerem energia e matéria livres.
Conhecimento Essencial 2.A.2 Os organismos capturam e armazenam energia gratuita para uso em processos biológicos.
Prática de Ciências 1.4 O aluno pode usar representações e modelos para analisar situações ou resolver problemas qualitativa e quantitativamente.
Prática de Ciências 3.1 O aluno pode fazer perguntas científicas.
Objetivo do aprendizado 2.4 O aluno é capaz de usar representações para colocar questões científicas sobre quais mecanismos e características estruturais permitem que os organismos capturem, armazenem e usem energia livre.
Conhecimento Essencial 2.A.2 Os organismos capturam e armazenam energia gratuita para uso em processos biológicos.
Prática de Ciências 6.2 O aluno pode construir explicações de fenômenos com base em evidências produzidas por meio de práticas científicas.
Objetivo do aprendizado 2.5 O aluno é capaz de construir explicações sobre os mecanismos e características estruturais das células que permitem que os organismos capturem, armazenem ou usem energia livre.

Apoio ao Professor

Discuss with students the role of fermentation in processes such as the production of bread, yogurt, alcohol, and fuels. For example as discussed in this video.

Students may not realize that fermentation functions to regenerate NAD + students may think that fermentation only functions to produce additional ATP. Fermentation can produce ATP as long as there is enough NAD + to accept electrons. Without NAD + regeneration from NADH, glycolysis will deplete NAD + and come to a stop.

As Questões do Desafio da Prática de Ciências contêm questões de teste adicionais para esta seção que o ajudarão a se preparar para o exame AP. Essas questões abordam os seguintes padrões:
[APLO 2.21][APLO 2.24][APLO 4.14][APLO 4.26]

In aerobic respiration, the final electron acceptor is an oxygen molecule, O2. If aerobic respiration occurs, then ATP will be produced using the energy of high-energy electrons carried by NADH or FADH2 to the electron transport chain. If aerobic respiration does not occur, NADH must be reoxidized to NAD + for reuse as an electron carrier for the glycolytic pathway to continue. How is this done? Some living systems use an organic molecule as the final electron acceptor. Processes that use an organic molecule to regenerate NAD + from NADH are collectively referred to as fermentation . In contrast, some living systems use an inorganic molecule as a final electron acceptor. Both methods are called anaerobic cellular respiration in which organisms convert energy for their use in the absence of oxygen.

Anaerobic Cellular Respiration

Certain prokaryotes, including some species of bacteria and Archaea, use anaerobic respiration. For example, the group of Archaea called methanogens reduces carbon dioxide to methane to oxidize NADH. These microorganisms are found in soil and in the digestive tracts of ruminants, such as cows and sheep. Similarly, sulfate-reducing bacteria and Archaea, most of which are anaerobic (Figure 7.14), reduce sulfate to hydrogen sulfide to regenerate NAD + from NADH.

Link para aprendizagem

Visit this site to see anaerobic cellular respiration in action.

  1. ext^ <+>is formed in aerobic respiration by a fermentation process and formed in anaerobic respiration by oxidation of ext .
  2. ext^ <+>is formed by a fermentation process in anaerobic conditions by the conversion of pyruvate into lactate and by simple oxidation of ext in aerobic respiration.
  3. Under aerobic conditions, the electron acceptor is a molecule other than oxygen for ext^ <+>production, whereas under anaerobic conditions the electron acceptor is oxygen.
  4. ext^ <+>is formed by a fermentation process in anaerobic conditions whereas in aerobic respiration it is formed by the breakdown of pyruvate into lactic acid or alcohol.

Lactic Acid Fermentation

The fermentation method used by animals and certain bacteria, like those in yogurt, is lactic acid fermentation (Figure 7.15). This type of fermentation is used routinely in mammalian red blood cells and in skeletal muscle that has an insufficient oxygen supply to allow aerobic respiration to continue (that is, in muscles used to the point of fatigue). In muscles, lactic acid accumulation must be removed by the blood circulation and the lactate brought to the liver for further metabolism. The chemical reactions of lactic acid fermentation are the following:

The enzyme used in this reaction is lactate dehydrogenase (LDH). The reaction can proceed in either direction, but the reaction from left to right is inhibited by acidic conditions. Such lactic acid accumulation was once believed to cause muscle stiffness, fatigue, and soreness, although more recent research disputes this hypothesis. Once the lactic acid has been removed from the muscle and circulated to the liver, it can be reconverted into pyruvic acid and further catabolized for energy.

Conexão Visual

Tremetol, a metabolic poison found in the white snake root plant, prevents the metabolism of lactate. When cows eat this plant, it is concentrated in the milk they produce. Humans who consume the milk become ill. Symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, become worse after exercise. Por que você acha que este é o caso?

  1. Tremetol inhibits enzymes that convert lactate into less harmful compounds. Exercise worsens this by producing more lactate.
  2. Tremetol increases the production of lactate dehydrogenase, causing lactic acid to accumulate in the body.
  3. Tremetol inhibits the production of NAD + after exercise. The lack of oxygen causes lactic acid to accumulate in the body.
  4. Tremetol binds to lactic acid, inhibiting its breakdown into other compounds and causing it to accumulate after exercising.

Fermentação de Álcool

Another familiar fermentation process is alcohol fermentation (Figure 7.16) that produces ethanol, an alcohol. The first chemical reaction of alcohol fermentation is the following (CO2 does not participate in the second reaction):

The first reaction is catalyzed by pyruvate decarboxylase, a cytoplasmic enzyme, with a coenzyme of thiamine pyrophosphate (TPP, derived from vitamin B1 and also called thiamine). Um grupo carboxila é removido do ácido pirúvico, liberando dióxido de carbono como gás. A perda de dióxido de carbono reduz o tamanho da molécula em um carbono, formando acetaldeído. A segunda reação é catalisada pela álcool desidrogenase para oxidar NADH a NAD + e reduzir o acetaldeído a etanol. The fermentation of pyruvic acid by yeast produces the ethanol. A tolerância da levedura ao etanol é variável, variando de cerca de 5% a 21%, dependendo da cepa de levedura e das condições ambientais.

Other Types of Fermentation

Other fermentation methods occur in bacteria. Many prokaryotes are facultatively anaerobic. This means that they can switch between aerobic respiration and fermentation, depending on the availability of oxygen. Certain prokaryotes, like Clostridia, are obligate anaerobes. Obligate anaerobes live and grow in the absence of molecular oxygen. Oxygen is a poison to these microorganisms and kills them on exposure. It should be noted that all forms of fermentation, except lactic acid fermentation, produce gas. The production of particular types of gas is used as an indicator of the fermentation of specific carbohydrates, which plays a role in the laboratory identification of the bacteria. Various methods of fermentation are used by assorted organisms to ensure an adequate supply of NAD + for the sixth step in glycolysis. Without these pathways, that step would not occur and no ATP would be harvested from the breakdown of glucose.

Conexão da prática científica para cursos AP®

Lab Investigation: Respiration of Sugars by Yeast. You are given the opportunity to design and conduct experiments to investigate whether yeasts are able to metabolize a variety of sugars, using gas pressure sensors or other means to measure CO2 production.

Pense nisso

Tremetol, a metabolic poison found in the white snake plant root, prevents the metabolism of lactate. When female cows eat this plant, tremetol becomes concentrated in their milk. Humans who consume the milk become ill. Explain why the symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, becomes worse after exercise.

Apoio ao Professor

This investigation is an application of Learning Objective 2.5 and Science Practice 6.2 because in the course of their investigation, students will collect data and based on the results explain if different sugars can be metabolized in fermentation.

Lab investigation: This lab can be done in one of several ways. A common one involves attaching a balloon to a chamber in which fermentation is occurring, allowing the carbon dioxide to gradually fill up the balloon. Please see this detailed lab description.

The Think About It question is an application of Learning Objective 2.5 and Science Practice 6.2 because students are asked to explain how an environmental variable can interfere with the fermentation pathway.

Possible answer:

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    • Autores: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Editor / site: OpenStax
    • Título do livro: Biologia para Cursos AP®
    • Data de publicação: 8 de março de 2018
    • Local: Houston, Texas
    • URL do livro: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/7-5-metabolism-without-oxygen

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    7.5 Metabolism without Oxygen

    Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

    • Discuss the fundamental difference between anaerobic cellular respiration and fermentation
    • Describe the type of fermentation that readily occurs in animal cells and the conditions that initiate that fermentation

    In aerobic respiration, the final electron acceptor is an oxygen molecule, O2. If aerobic respiration occurs, then ATP will be produced using the energy of high-energy electrons carried by NADH or FADH2 to the electron transport chain. If aerobic respiration does not occur, NADH must be reoxidized to NAD + for reuse as an electron carrier for the glycolytic pathway to continue. How is this done? Some living systems use an organic molecule as the final electron acceptor. Processes that use an organic molecule to regenerate NAD + from NADH are collectively referred to as fermentation . In contrast, some living systems use an inorganic molecule as a final electron acceptor. Both methods are called anaerobic cellular respiration , in which organisms convert energy for their use in the absence of oxygen.

    Anaerobic Cellular Respiration

    Certain prokaryotes, including some species in the domains Bacteria and Archaea, use anaerobic respiration. For example, a group of archaeans called methanogens reduces carbon dioxide to methane to oxidize NADH. These microorganisms are found in soil and in the digestive tracts of ruminants, such as cows and sheep. Similarly, sulfate-reducing bacteria, most of which are anaerobic (Figure 7.13), reduce sulfate to hydrogen sulfide to regenerate NAD + from NADH.

    Link para aprendizagem

    Visit this site to see anaerobic cellular respiration in action.

    Lactic Acid Fermentation

    The fermentation method used by animals and certain bacteria, such as those in yogurt, is lactic acid fermentation (Figure 7.14). This type of fermentation is used routinely in mammalian red blood cells, which do not have mitochondria, and in skeletal muscle that has an insufficient oxygen supply to allow aerobic respiration to continue (that is, in muscles used to the point of fatigue). In muscles, lactic acid accumulation must be removed by the blood circulation, and when the lactic acid loses a hydrogen, the resulting lactate is brought to the liver for further metabolism. The chemical reactions of lactic acid fermentation are the following:

    The enzyme used in this reaction is lactate dehydrogenase (LDH). The reaction can proceed in either direction, but the reaction from left to right is inhibited by acidic conditions. Such lactic acid accumulation was once believed to cause muscle stiffness, fatigue, and soreness, although more recent research disputes this hypothesis. Once the lactic acid has been removed from the muscle and circulated to the liver, it can be reconverted into pyruvic acid and further catabolized for energy.

    Conexão Visual

    Tremetol, a metabolic poison found in the white snakeroot plant, prevents the metabolism of lactate. When cows eat this plant, tremetol is concentrated in the milk they produce. Humans who consume the milk can become seriously ill. Symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, become worse after exercise. Por que você acha que este é o caso?

    Fermentação de Álcool

    Another familiar fermentation process is alcohol fermentation (Figure 7.15), which produces ethanol. The first chemical reaction of alcohol fermentation is the following (CO2 does not participate in the second reaction):

    The first reaction is catalyzed by pyruvate decarboxylase, a cytoplasmic enzyme, with a coenzyme of thiamine pyrophosphate (TPP, derived from vitamin B1 and also called thiamine). Um grupo carboxila é removido do ácido pirúvico, liberando dióxido de carbono como gás. The loss of carbon dioxide reduces the size of the molecule by one carbon, producing acetaldehyde. A segunda reação é catalisada pela álcool desidrogenase para oxidar NADH a NAD + e reduzir o acetaldeído a etanol. A fermentação do ácido pirúvico pela levedura produz o etanol encontrado nas bebidas alcoólicas. A tolerância da levedura ao etanol é variável, variando de cerca de 5% a 21%, dependendo da cepa de levedura e das condições ambientais.

    Other Types of Fermentation

    Other fermentation methods take place in bacteria. We should note that many prokaryotes are facultatively anaerobic. This means that they can switch between aerobic respiration and fermentation, depending on the availability of free oxygen. Certain prokaryotes, such as Clostridia, are obligate anaerobes. Obligate anaerobes live and grow in the absence of molecular oxygen. Oxygen is a poison to these microorganisms and kills them on exposure. We should also note that all forms of fermentation, except lactic acid fermentation, produce gas. The production of particular types of gas is used as an indicator of the fermentation of specific carbohydrates, which plays a role in the laboratory identification of the bacteria. Various methods of fermentation are used by assorted organisms to ensure an adequate supply of NAD + for the sixth step in glycolysis. Without these pathways, this step would not occur, and ATP could not be harvested from the breakdown of glucose.


    Other Types of Fermentation

    Other fermentation methods occur in bacteria. Many prokaryotes are facultatively anaerobic. This means that they can switch between aerobic respiration and fermentation, depending on the availability of oxygen. Certain prokaryotes, like Clostridia, are obligate anaerobes. Obligate anaerobes live and grow in the absence of molecular oxygen. Oxygen is a poison to these microorganisms and kills them on exposure. It should be noted that all forms of fermentation, except lactic acid fermentation, produce gas. The production of particular types of gas is used as an indicator of the fermentation of specific carbohydrates, which plays a role in the laboratory identification of the bacteria. Various methods of fermentation are used by assorted organisms to ensure an adequate supply of NAD + for the sixth step in glycolysis. Without these pathways, that step would not occur and no ATP would be harvested from the breakdown of glucose.


    Biologia 171

    Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

    • Discuss the fundamental difference between anaerobic cellular respiration and fermentation
    • Describe the type of fermentation that readily occurs in animal cells and the conditions that initiate that fermentation

    In aerobic respiration, the final electron acceptor is an oxygen molecule, O2. If aerobic respiration occurs, then ATP will be produced using the energy of high-energy electrons carried by NADH or FADH2 to the electron transport chain. If aerobic respiration does not occur, NADH must be reoxidized to NAD + for reuse as an electron carrier for the glycolytic pathway to continue. How is this done? Some living systems use an organic molecule as the final electron acceptor. Processes that use an organic molecule to regenerate NAD + from NADH are collectively referred to as fermentation . In contrast, some living systems use an inorganic molecule as a final electron acceptor. Both methods are called anaerobic cellular respiration , in which organisms convert energy for their use in the absence of oxygen.

    Anaerobic Cellular Respiration

    Certain prokaryotes, including some species in the domains Bacteria and Archaea, use anaerobic respiration. For example, a group of archaeans called methanogens reduces carbon dioxide to methane to oxidize NADH. These microorganisms are found in soil and in the digestive tracts of ruminants, such as cows and sheep. Similarly, sulfate-reducing bacteria, most of which are anaerobic ((Figure)), reduce sulfate to hydrogen sulfide to regenerate NAD + from NADH.

    View Science – Yeast Experiment: Measuring Respiration in Yeast (video) to see anaerobic cellular respiration in action.

    Lactic Acid Fermentation

    The fermentation method used by animals and certain bacteria, such as those in yogurt, is lactic acid fermentation ((Figure)). This type of fermentation is used routinely in mammalian red blood cells, which do not have mitochondria, and in skeletal muscle that has an insufficient oxygen supply to allow aerobic respiration to continue (that is, in muscles used to the point of fatigue). In muscles, lactic acid accumulation must be removed by the blood circulation, and when the lactic acid loses a hydrogen, the resulting lactate is brought to the liver for further metabolism. The chemical reactions of lactic acid fermentation are the following:

    The enzyme used in this reaction is lactate dehydrogenase (LDH). The reaction can proceed in either direction, but the reaction from left to right is inhibited by acidic conditions. Such lactic acid accumulation was once believed to cause muscle stiffness, fatigue, and soreness, although more recent research disputes this hypothesis. Once the lactic acid has been removed from the muscle and circulated to the liver, it can be reconverted into pyruvic acid and further catabolized for energy.

    Tremetol, a metabolic poison found in the white snakeroot plant, prevents the metabolism of lactate. When cows eat this plant, tremetol is concentrated in the milk they produce. Humans who consume the milk can become seriously ill. Symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, become worse after exercise. Por que você acha que este é o caso?

    Fermentação de Álcool

    Another familiar fermentation process is alcohol fermentation ((Figure)), which produces ethanol. The first chemical reaction of alcohol fermentation is the following (CO2 does not participate in the second reaction):

    The first reaction is catalyzed by pyruvate decarboxylase, a cytoplasmic enzyme, with a coenzyme of thiamine pyrophosphate (TPP, derived from vitamin B1 and also called thiamine). Um grupo carboxila é removido do ácido pirúvico, liberando dióxido de carbono como gás. The loss of carbon dioxide reduces the size of the molecule by one carbon, producing acetaldehyde. A segunda reação é catalisada pela álcool desidrogenase para oxidar NADH a NAD + e reduzir o acetaldeído a etanol. A fermentação do ácido pirúvico pela levedura produz o etanol encontrado nas bebidas alcoólicas. A tolerância da levedura ao etanol é variável, variando de cerca de 5% a 21%, dependendo da cepa de levedura e das condições ambientais.

    Other Types of Fermentation

    Other fermentation methods take place in bacteria. We should note that many prokaryotes are facultatively anaerobic. This means that they can switch between aerobic respiration and fermentation, depending on the availability of free oxygen. Certain prokaryotes, such as Clostridia, are obligate anaerobes. Obligate anaerobes live and grow in the absence of molecular oxygen. Oxygen is a poison to these microorganisms and kills them on exposure. We should also note that all forms of fermentation, except lactic acid fermentation, produce gas. The production of particular types of gas is used as an indicator of the fermentation of specific carbohydrates, which plays a role in the laboratory identification of the bacteria. Various methods of fermentation are used by assorted organisms to ensure an adequate supply of NAD + for the sixth step in glycolysis. Without these pathways, this step would not occur, and ATP could not be harvested from the breakdown of glucose.

    Resumo da Seção

    If NADH cannot be oxidized through aerobic respiration, another electron acceptor is used. Most organisms will use some form of fermentation to accomplish the regeneration of NAD + , ensuring the continuation of glycolysis. The regeneration of NAD + in fermentation is not accompanied by ATP production therefore, the potential of NADH to produce ATP using an electron transport chain is not utilized.

    Art Connections

    ((Figure)) Tremetol, a metabolic poison found in the white snake root plant, prevents the metabolism of lactate. When cows eat this plant, tremetol is concentrated in the milk they produce. Humans who consume the milk can become seriously ill. Symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, become worse after exercise. Por que você acha que este é o caso?

    (Figure) The illness is caused by lactate accumulation. Lactate levels rise after exercise, making the symptoms worse. Milk sickness is rare today but was common in the midwestern United States in the early 1800s.

    Resposta livre

    What is the primary difference between fermentation and anaerobic respiration?

    Fermentation uses glycolysis only. Anaerobic respiration uses all three parts of cellular respiration, including the parts in the mitochondria like the citric acid cycle and electron transport it also uses a different final electron acceptor instead of oxygen gas.

    Glossário


    7.5A: Anaerobic Cellular Respiration - Biology

    S4. C1.PO(1,3,4) C5.PO(1-2) S1.C3.PO(3)

    Cellular Respiration:
    the release of chemical energy for cellular use.


    What is the chemical formula for glucose?

    C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

    Glicose stores the sun's energy in chemical form.
    Adenosine triphosphate - ATP the molecule organisms can actually use for energy.
    Respiração the breaking down of pyruvic acid using molecular oxygen.
    Glicolise

    At this point, there are three possibilities:

  • Aerobic respiration -
    1. o Krebs Cycle, também conhecido como Citric Acid Cycle , produces 2 ATP molecules, 10 carrier molecules, and CO2 from each glucose molecule.
    2. o Electron Transport Chain then produces 34 ATP molecules and H2O from the carrier molecules.

    • Aerobic respiration (with oxygen) can produce 36 to 38 ATP molecules from each glucose molecule.
    • Anaerobic respiration (without oxygen) only allows glycolysis to continue which produces 2 ATP molecules from each glucose molecule.
    • Therefore, aerobic respiration is some 19 times as efficient as anaerobic respiration.
    1. Study this website about ATP. Write a paragraph explaining why the three phosphate groups in an ATP molecule are the key to ATP being used for cellular energy.
    2. Write a paragraph explaining what happens when lactic acid builds up in muscles?
    3. How many carbon atoms are in a molecule of pyruvic acid?
    4. What does the term "anaerobic" mean?
    5. What does the term "aerobic" mean?
    6. How many ATP are produced during Glycolysis?
    7. How many ATP are produced during the Krebs Cycle?
    8. How many ATP are produced in the electron transport chain located in the Mitochondria?
    9. How many ATP are produced during Aerobic respiration?
    10. How many ATP are produced during Anaerobic respiration?
    11. Draw a diagram showing the process of cellular respiration in a cell (identify locations & label all parts).
    12. In your words discuss why cellular respiration is so important to living organisms.
    1. Review concept 1 and complete the review (A - H) listing your answer here.
    2. Review concept 2 glycolysis and complete practice 2, listing the 8 output molecules (1-8) in order from start to finish.
    3. Review concept 3 Krebs cycle and complete practice 3.
      1. How many ATP molecules does the Krebs cycle produce in one cycle?
      2. How many CO2 molecules does the Krebs cycle produce in one cycle?
      3. How many electron carrier molecules does the Krebs cycle produce in one cycle?
      4. Where will all of the electron carrier molecules take their electrons?
      1. List all of the items that you must use in order to complete the ETC and chemeosmosis for the blue electron carrier NADH (only do NADN).
      2. Give a short description of what each item does.
      3. Example number one would be: NADN donates electron to the complex one protein
      4. Do this for the remaining 5 steps.
      1. Only complete A, B, C, F

      Part 3 : Honors biology online text book

      1. Complete this assignment using the Honors biology online text book, chapter 6, on, how cells harvest energy.

        - Web MD - University of Minnesota - Carroll College - Carroll College - University of Arizona - sclinks from NSTA - The Biology Corner
    4. Cellular respiration animations - North Harris college biology dept.
    5. Oxidative phosphorylation animation - Wiley publishing
    6. The chemical formula for a glucose molecule is C6H12O6