Гликолизата е първата стъпка в дишането на клетките и за нея не е необходим кислород. Гликолизата превръща молекула захар в две молекули пируват, като също така произвежда по две молекули аденозин трифосфат (АТФ) и никотинамид аденин динуклеотид (NADH). Когато кислородът отсъства, клетката може да метаболизира пируватите чрез процеса на ферментация.
Енергиен метаболизъм
АТФ е клетъчната молекула за съхранение на енергия, докато NADH и неговата окислена версия, NAD +, участват в клетъчните реакции, които включват трансфер на електрони, известни като редокс реакции. Ако кислородът присъства, клетката може да извлече значителна химическа енергия чрез разграждане на пирувата през цикъла на лимонената киселина, който превръща NADH обратно в NAD +. Без окисляване, клетката трябва да използва ферментация, за да окисли NADH, преди да нарасне до нездравословни нива.
Хомолактична ферментация
Пируватът е тривъглеродна молекула, която ензимът лактат дехидрогеназа превръща в лактат чрез процеса, известен като хомолактична ферментация. В процеса NADH се окислява в NAD +, който е необходим за протичане на гликолизата. При липса на кислород хомолактичната ферментация предотвратява натрупването на NADH, което би спряло гликолизата и ще лиши клетката от нейния енергиен източник. Ферментацията не дава никакви молекули АТФ, но позволява гликолизата да продължи и произвежда малка струйка АТФ. При хомолактичната ферментация лактатът е единственият продукт.
Хетеролактична ферментация
При липса на кислород някои организми като дрожди могат да превърнат пирувата във въглероден диоксид и етанол. Пивоварите се възползват от този процес, за да превърнат зърнената каша в бира. Хетеролактичната ферментация протича в два етапа. Първо, ензимът пируват дехидрогеназа превръща пирувата в ацеталдехид. Във втория етап ензимът алкохол дехидрогеназа прехвърля водорода от NADH в ацеталдехида, превръщайки го в етанол и въглероден диоксид. Процесът също така регенерира NAD +, което позволява гликолизата да продължи.
Усещане за изгаряне
Ако някога сте усещали как мускулите ви изгарят по време на тежка физическа активност, вие изпитвате ефекта на хомолактичната ферментация в мускулните клетки. Силното упражнение временно изчерпва кислородните запаси на клетката. При тези условия мускулите метаболизират пирувата в млечна киселина, която създава познатото усещане за парене. Това обаче е реакция на спиране на ниските нива на кислород. Без кислород клетките могат бързо да умрат.
Зеле и кисело мляко
Анаеробната ферментация се използва за създаване на няколко храни освен бирата. Например зелето се възползва от ферментацията, за да даде деликатеси като кимчи и кисело зеле. Някои щамове бактерии, включително Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophiles, превръщат млякото в кисело мляко чрез хомолактична ферментация. Процесът заздравява млякото, придава аромат на кисело мляко и повишава киселинността на млякото, което го прави неприятен за много вредни бактерии.