好気性プロセスと嫌気性プロセスの主な違いは、好気性プロセスでは分子状酸素が細胞内に発生するのに対し、嫌気性プロセスでは分子状酸素が細胞内に存在しないことである。
さらに、好気性プロセスはATPという形でエネルギーを生産する効率が高いのに対して、嫌気性プロセスはエネルギーの生産効率が低い。
好気性プロセスと嫌気性プロセスは、異なる種類の生物で発生する2つのタイプの細胞呼吸です。
主な対象分野
- 好気性プロセスとは
– 定義、プロセス、意義 - 嫌気性プロセスとは
– 定義、プロセス、意義 - 好気性プロセスと嫌気性プロセスの類似点とは？
– 共通点の概要 - 好気性プロセスと嫌気性プロセスの違いとは？
– 主な違いの比較
好気性プロセスとは何か
有酸素呼吸は、グルコースを完全に酸化して細胞のエネルギー通貨であるATPを生産する細胞プロセスの一種である。
ここで、この反応の副産物として、二酸化炭素と水の2種類があります。
動物や植物を含む高等生物の細胞呼吸は、好気性呼吸が主流です。
図1: 好気性呼吸のプロセス
さらに、好気性呼吸の主要な3つのステップは、解糖、クレブスサイクル、電子輸送鎖です。
解糖は、グルコースを2つのピルビン酸分子に分解し、2つのATPと2つのNADH分子を生成する好気的プロセスの最初のステップです。
次に、このピルビン酸は酸化的脱炭酸を受け、アセチル-CoAとなり、ミトコンドリアマトリックスで発生するクレブスサイクルに入る。
ここでクレブスサイクルは、アセチル-CoAを二酸化炭素で完全に分解し、2 GTP、6 NADH、および2 FADH2分子を生成する。
最後に、NADHとFADH2を含む細胞呼吸で生成された分子の還元エネルギーは、ミトコンドリアの内膜で起こる電子輸送チェーンの酸化的リン酸化によってATPが生成される。
分子状酸素が最終的な電子受容体となり、水を発生させる。
より効率的に、好気性呼吸ではグルコース1分子あたり36個のATP分子が生成される。
嫌気性プロセスとは？
嫌気性プロセスとは、細胞内に酸素分子がない状態で起こるもうひとつの細胞呼吸のことである。
重要なのは、このタイプの細胞呼吸は、バクテリア、酵母、寄生虫などの下等生物で起こることである。
また、嫌気性プロセスの最初のステップは解糖であり、細胞質内で起こる。
しかし、ピルビン酸分子の運命から、嫌気性呼吸はエタノール発酵と乳酸発酵の2種類に分けられる。
ここで、酵母は、ピルビン酸をアルデヒドに変換し、エタノールに変換するエタノール発酵が主体です。
しかし、乳酸発酵は主に細菌で行われる。
ピルビン酸を乳酸に変換するものです。
しかし、どちらの発酵でも、NAD+の再生ではATPは生成されない。
したがって、完全なATPの収量は2であり、解糖で生成される。
図2：細胞呼吸
発酵とは対照的に、もう一つのタイプの嫌気性プロセスが、いくつかの種類の細菌で起こっている。
このタイプの嫌気性呼吸も、解糖、クレブスサイクル、電子輸送連鎖の3つのステップを経て進行する。
ただし、電子伝達連鎖の最終的な電子受容体は酸素分子ではなく、硫酸イオンや硝酸イオンなどの無機化合物や二酸化炭素です。
例えば、メタン生成菌は二酸化炭素を最終電子受容体とし、副産物としてメタンガスを生成する。
好気性プロセスと嫌気性プロセスの類似点
- 好気性プロセスと嫌気性プロセスは、異なる種類の生物で使用される2種類の細胞呼吸法です。
- どちらも単純な有機化合物の結合を切断し、放出されたエネルギーでATPを生産する。
- なお、いずれの細胞呼吸においても、単純有機化合物の主成分はグルコースです。
- また、細胞質内で行われる解糖は、これらの細胞呼吸の最初のステップです。
- さらに、二酸化炭素は両者の副産物です。
好気性プロセスと嫌気性プロセスの違い
定義
酸素がある状態で起こる細胞呼吸を好気的過程、酸素がない状態で起こる細胞呼吸を嫌気的過程という。
これが好気性プロセスと嫌気性プロセスの主な違いです。
生物種
また、好気性プロセスと嫌気性プロセスのもう一つの重要な違いは、好気性プロセスが主に高等生物で起こるのに対し、嫌気性プロセスは主にバクテリア、酵母、寄生虫などの下等生物で起こることである。
セルラーロケーション
さらに、好気性プロセスと嫌気性プロセスのもう一つの違いは、好気性プロセスが細胞質およびミトコンドリア内部で起こるのに対し、嫌気性プロセスは細胞質で起こるということである。
意義
好気性プロセスは解糖、クレブスサイクル、電子輸送連鎖の3段階であり、嫌気性プロセスはエタノール発酵と乳酸発酵の2種類に大別される。
化学反応
さらに、好気性過程の化学反応はC6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP、エタノール発酵の化学反応はC6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP、乳酸発酵の化学反応はC6H12O6 → 2C3H6O3＋2ATPとなる。
分子状酸素
重要なことは、好気性プロセスは細胞内に分子状酸素を必要とし、嫌気性プロセスは分子状酸素を必要としないことである。
基質の酸化
このほか、好気性プロセスが基質の完全な酸化を担うのに対し、嫌気性プロセスは基質の不完全な酸化を担います。
したがって、この点も好気性プロセスと嫌気性プロセスの違いと言える。
NAD+の再生
さらに、好気性プロセスでは電子輸送鎖でNAD+が再生され、嫌気性プロセスではピルビン酸の部分酸化でNAD+が再生される。
NAD+再生時のATP生成について
さらに、好気性プロセスと嫌気性プロセスのもう一つの違いは、好気性プロセスのNAD+再生ではATPが生成されるのに対し、嫌気性プロセスのNAD+再生ではATPが生成されないことである。
生成されるATPの数
好気性プロセスではグルコース1分子あたり36ATP分子が生成されるのに対し、嫌気性プロセスではグルコース1分子あたりわずか2ATPしか生成されません。
これも好気性プロセスと嫌気性プロセスの違いです。
生産水量
また、好気性プロセスと嫌気性プロセスのもう一つの違いは、水の生成量です。
すなわち、好気性プロセスはグルコース1分子あたり6個の水分子を生成するのに対し、嫌気性プロセスは電子伝達系に分子状酸素を使用しないため、水分子を生成しない。
結論
好気性プロセスとは、細胞内に酸素分子が存在することを必要とする細胞内プロセスの一種である。
好気性呼吸は、好気性プロセスの主なタイプで、グルコース分子の結合を分解し、放出されたエネルギーを使ってATPを生成する。
好気性呼吸では、グルコース1分子あたり32個のATP分子が生成される。
これに対し、嫌気性プロセスは、酸素分子がない状態で起こる細胞内プロセスの一種である。
グルコースの不完全な酸化により、より少ないATP分子が生成されます。
したがって、好気性プロセスと嫌気性プロセスの主な違いは、プロセスへの分子状酸素の使用と効率にあります。
