Produkce energie z organických sloučenin, jako je glukóza, oxidací pomocí chemických (obvykle organických) sloučenin z buňky jako „akceptory elektronů“ se nazývá kvašení.
Toto je alternativa k buněčnému dýchání, při kterém se elektrony z glukózy a dalších oxidovaných sloučenin přenášejí na akceptor přivedený z vnějšku buňky, obvykle kyslík. Toto je alternativa k buněčnému dýchání (bez kyslíku k buněčnému dýchání nemůže dojít).
Kvašení vs. Buněčné dýchání
Zatímco kvašení může probíhat za anaerobních podmínek (nedostatek kyslíku), může se to stát i při velkém množství kyslíku.
Kvasinky například upřednostňují fermentaci před buněčným dýcháním, pokud je k dispozici dostatek glukózy pro podporu procesu, i když je k dispozici dostatek kyslíku.
Glykolýza: Rozpad cukru před fermentací
Když cukr bohatý na energii - zejména glukóza - vstoupí do buňky, rozloží se v procesu zvaném glykolýza. Glykolýza je nezbytným krokem jak pro buněčné dýchání, tak pro fermentaci.
Jedná se o běžnou cestu štěpení cukru, která může vést buď k fermentaci, nebo buněčné dýchání.
Glykolýza nevyžaduje žádný kyslík
Glykolýza je starodávný biochemický proces, který se objevil velmi brzy v evoluční historii. Základní reakce pro glykolýzu byly „vynalezeny“ mikroorganismy dlouho předtím, než se vyvinula fotosyntéza, která se objevila zhruba 3,5 před miliardami let, ale naplnění moří a atmosféry jakýmkoli znatelným množstvím by trvalo zhruba 1,5 miliardy let kyslík.
I složité eukaryoty (biologická doména zahrnující živočišné, rostlinné, plísňové a protistické království) jsou tedy schopné produkovat energii bez dýchání, bez kyslíku atd. V kvasinkách, které patří do říše hub, se fermentují chemické produkty glykolýzy, které produkují energii pro buňku.
Od glykolýzy po fermentaci
Na konci glykolýzy bude šesti uhlíková struktura glukózy rozdělena na dvě molekuly tříuhlíkové sloučeniny zvané pyruvát. Vyrábí se také chemická látka NADH z „více oxidované“ chemické látky zvané NAD +.
V kvasinkách prochází pyruvát „redukcí“, ziskem elektronů, které jsou poté přeneseny z NADH produkovaného dříve v glykolýze za vzniku acetaldehydu a oxidu uhličitého.
Acetaldehyd se poté dále redukuje na ethylalkohol, hlavní produkt fermentace. U zvířat, včetně lidí, může být pyruvát fermentován, když je dostupnost kyslíku nízká. To platí zejména ve svalových buňkách. Když k tomu dojde, ačkoli se vyrábí malé množství alkoholu, většina pyruvátu z glykolýzy se neomezuje na alkohol, ale spíše na kyselina mléčná.
Zatímco kyselina mléčná může opustit zvířecí buňky a použít ji k výrobě energie v srdci, může se hromadit ve svalech, což způsobuje bolest a sníženou sportovní výkonnost. Toto je pocit „pálení“, který pociťujete po zvedání závaží, dlouhodobém běhu, sprintování, zvedání těžkých beden atd.
ATP a výroba energie fermentací
Univerzálním nosičem energie v buňkách je chemická látka známá jako ATP (adenosintrifosfát). Pokud využívají kyslík, mohou buňky produkovat ATP glykolýzou následovanou buněčným dýcháním - tak, že jedna molekula glukózového cukru poskytuje 36-38 molekul ATP, v závislosti na typu buňky.
Z těchto 36-38 molekul ATP se během fáze glykolýzy produkují pouze dvě. Pokud tedy použijí fermentaci jako alternativu k buněčnému dýchání, buňky vyprodukují mnohem méně energie než pomocí dýchání. Avšak při nízkém obsahu kyslíku nebo v anaerobních podmínkách může fermentace udržet organismus naživu a přežít, protože bez kyslíku by jinak neměl dýchání.
Používá pro kvašení
Lidé využívají proces fermentace pro vlastní prospěch, zejména pokud jde o jídlo a pití. Výroba chleba, výroba piva a vína, nakládaná zelenina, jogurt a kombucha - to vše využívá proces fermentace.
