主な違い – 発酵と嫌気性呼吸の違い

発酵と嫌気性呼吸は、細胞の働きに必要なATPを生産するための細胞呼吸の仕組みの2種類です。

発酵と嫌気性呼吸は、どちらも酸素がない状態で行われます。

これらは六糖類を基質としている。

六炭糖はまず解糖が行われる。

発酵と嫌気性呼吸の主な違いは、発酵ではクエン酸サイクル（クレブスサイクル）と電子輸送系を経由しないのに対し、嫌気性呼吸ではクエン酸サイクルと電子輸送系を経由する点です。

発酵とは

発酵とは、微生物が糖を二酸化炭素とエタノールに変換する一連の化学反応を指す。

糖質はまず解糖反応を起こす。

解糖反応では、六炭糖のグルコースが2つのピルビン酸に分解される。

ピルビン酸は炭素3つの化合物です。

解糖では、グルコースから放出されるエネルギーから4個のATP分子が生成される一方で、2個のATP分子が利用される。

ピルビン酸は、エタノールまたは乳酸に酸化される。

発酵は、最終生成物の種類によって、それぞれエタノール発酵と乳酸発酵の2つの過程に分類される。

発酵を行うのは酵母と一部の細菌です。

エタノール発酵は、ビール、パン、ワインなどの製造に用いられる。

エタノール発酵の正味の化学式は以下の通りです。

C6H12O6（ブドウ糖）→2 C2H5OH（エタノール）＋2 CO2（二酸化炭素）。

図1.エタノール発酵の様子

乳酸発酵は、動物の筋肉や組織で、組織がより多くのエネルギーを必要とするときに起こる。

ヨーグルトの製造では、乳酸発酵により乳糖から乳酸が生成される。

グルコースから乳酸を生成する正味の化学反応は以下の通りです。

C6H12O6（グルコース）→2CH3CHOHCOOH（乳酸）

嫌気性呼吸とは？

嫌気性呼吸とは、酸素がない状態で行われる細胞呼吸の一種です。

好気性呼吸と同じように行われる。

嫌気性呼吸は、発酵過程と同様に解糖から始まりますが、発酵のように解糖から止まることはありません。

アセチルコエンザイムAが生成された後、嫌気性呼吸は電子伝達鎖と同様にクエン酸サイクルを継続する。

図2：メタン生成細菌

最終的な電子受容体は、好気性呼吸のような酸素分子ではない。

生物の種類によって、最終的な電子受容体の種類は異なる。

硫酸イオン、硝酸イオン、二酸化炭素などです。

メタン生成細菌は、酸素がない状態で二酸化炭素を最終電子受容体とする生物の一種である。

副産物としてメタンガスを生成する。

  図2にいくつかのメタン生成細菌を示す。

発酵と嫌気性呼吸の類似性

• 発酵も嫌気性呼吸も、酸素がない状態でエネルギーを産生する。
• 発酵と嫌気性呼吸の呼吸基質は、どちらも六炭糖です。
• 発酵も嫌気性呼吸も解糖が行われる。
• 発酵、嫌気性呼吸ともに最終生成物は二酸化炭素とエタノール。
• 発酵と嫌気性呼吸の中間体であるピルビン酸とアセチルコリンは、発酵と嫌気性呼吸の両方で生成されます。
• 発酵も嫌気性呼吸も酵素の働きによるものです。
• 発酵、嫌気性呼吸ともに、無機リン酸塩が存在すると糖の分解速度が速くなる。

発酵と嫌気呼吸の違い

定義

発酵。

発酵とは、微生物が糖を二酸化炭素とエタノールに変換する化学反応の一群を指す。

嫌気性呼吸。

嫌気性呼吸とは、酸素がない状態で起こる細胞呼吸の一種である。

細胞内/細胞外

発酵。

発酵は細胞外プロセスです。

嫌気性呼吸。

嫌気性呼吸は、細胞内プロセスです。

酸素

発酵のこと。

酸素濃度が低い場合に発酵が起こる。

嫌気性呼吸。

酸素がない状態で行われる嫌気性呼吸。

解糖後

発酵。

発酵では、解糖はクエン酸サイクルや電子輸送連鎖に従わない。

 
嫌気性呼吸。

嫌気性呼吸では、解糖はクエン酸サイクルおよび電子輸送連鎖に従う。

総ATP生成量

発酵。

発酵では、総ATP生成量は4です。

嫌気性呼吸。

嫌気性呼吸におけるATPの総生産量は38個です。

In vitro

発酵させる。

発酵細胞から抽出した酵素により、細胞外培地中で反応を処理できる。

嫌気性呼吸。

細胞から抽出された酵素は、細胞外培地中で嫌気性呼吸を処理することができない。

結論

発酵と嫌気性呼吸は、酸素のないところで起こる呼吸の仕組みの2種類です。

発酵と嫌気性呼吸は、どちらも解糖によって起こる。

発酵では、ピルビン酸分子は乳酸またはエタノールに変換される。

嫌気性呼吸では、クエン酸サイクルや電子伝達鎖も行われる。

しかし、最終的な電子受容体は、硫酸塩、硝酸塩、二酸化炭素などの無機分子です。

発酵と嫌気性呼吸の大きな違いは、それぞれの呼吸のメカニズムにある。