Производството на енергия от органични съединения, като глюкоза, чрез окисление, използвайки химични (обикновено органични) съединения от клетката като "електронни акцептори", се нарича ферментация.
Това е алтернатива на клетъчното дишане, при което електроните от глюкоза и други окислени съединения се прехвърлят в акцептор, донесен извън клетката, обикновено кислород. Това е алтернатива на клетъчното дишане (без кислород клетъчното дишане не може да възникне).
Ферментация срещу Клетъчно дишане
Докато ферментацията може да протича при анаеробни (липса на кислород) условия, това може да се случи и когато кислородът е в изобилие.
Например, дрождите предпочитат ферментацията пред клетъчното дишане, ако има достатъчно глюкоза, която да поддържа процеса, дори ако има достатъчно кислород.
Гликолиза: Разграждането на захарта преди ферментация
Когато богата на енергия захар - по-специално глюкозата - навлезе в клетката, тя се разгражда в процес, наречен гликолиза. Гликолиза е необходима стъпка както за клетъчно дишане, така и за ферментация.
Това е често срещан път за разграждане на захарта, който може да доведе до ферментация или клетъчно дишане.
Гликолизата не изисква кислород
Гликолизата е древен биохимичен процес, възникнал много рано в еволюционната история. Основните реакции за гликолиза са „измислени“ от микроорганизмите много преди да еволюира фотосинтезата, която се появи приблизително 3,5 преди милиарди години, но това ще отнеме около 1,5 милиарда години, за да се запълнят моретата и атмосферата с някакво значително количество кислород.
По този начин дори сложните еукариоти (биологичният домейн, който включва животни, растения, гъби и протистки царства) са способни да произвеждат енергия без дишане, без кислород и т.н. В дрождите, които принадлежат към царството на гъбите, химичните продукти на гликолизата се ферментират, за да произвеждат енергия за клетката.
От гликолиза до ферментация
В края на гликолизата шествъглеродната структура на глюкозата ще бъде разделена на две молекули от тривъглеродното съединение, наречено пируват. Също така се произвежда химикалът NADH от по-"окислен" химикал, наречен NAD +.
В дрождите пируватът претърпява "редукция", получаването на електрони, които след това се прехвърлят от NADH, произведен по-рано при гликолиза, за да се получат ацеталдехид и въглероден диоксид.
След това ацеталдехидът се редуцира допълнително до етилов алкохол, крайният продукт на ферментация. При животни, включително хора, пируватът може да ферментира, когато наличността на кислород е ниска. Това важи особено за мускулните клетки. Когато това се случи, въпреки че се произвеждат малки количества алкохол, по-голямата част от пирувата от гликолизата се редуцира не до алкохол, а по-скоро до млечна киселина.
Докато млечната киселина може да напусне животинските клетки и да се използва за производство на енергия в сърцето, тя може да се натрупа в мускулите, причинявайки болка и намалени спортни постижения. Това е усещането за "изгаряне", което изпитвате след вдигане на тежести, бягане за дълъг период от време, спринт, вдигане на тежки кутии и т.н.
АТФ и производство на енергия чрез ферментация
Универсалният енергиен носител в клетките е химикал, известен като АТФ (аденозин трифосфат). Ако използват кислород, клетките могат да произвеждат АТФ чрез гликолиза, последвана от клетъчно дишане - така че една молекула глюкозна захар да дава 36-38 молекули АТФ, в зависимост от клетъчния тип.
От тези 36-38 молекули АТФ само две се произвеждат по време на фазата на гликолиза. По този начин, ако се използва ферментацията като алтернатива на клетъчното дишане, клетките произвеждат значително по-малко енергия, отколкото при дишането. Въпреки това, при ниски нива на кислород или анаеробни условия, ферментацията може да поддържа организма да живее и оцелява, тъй като в противен случай няма да диша без кислород.
Използва за ферментация
Хората използват процеса на ферментация за наша собствена полза, особено когато става въпрос за храна и напитки. Производството на хляб, производството на бира и вино, кисели краставички, кисело мляко и комбуча използват всички процес на ферментация.