Glykolýza je prvním krokem v buněčném dýchání a nevyžaduje žádný kyslík. Glykolýza přeměňuje molekulu cukru na dvě molekuly pyruvátu a také produkuje dvě molekuly, a to adenosintrifosfát (ATP) a nikotinamid adenin dinukleotid (NADH). Když kyslík chybí, buňka může metabolizovat pyruváty procesem fermentace.
Energetický metabolismus
ATP je molekula akumulující energii v buňce, zatímco NADH a jeho oxidovaná verze, NAD +, se účastní buněčných reakcí zahrnujících přenos elektronů, známých jako redoxní reakce. Je-li přítomen kyslík, může buňka extrahovat podstatnou chemickou energii rozložením pyruvátu cyklem kyseliny citronové, který přeměňuje NADH zpět na NAD +. Bez oxidace musí buňka použít oxidaci NADH k oxidaci, než se vytvoří na nezdravé úrovni.
Homolaktická fermentace
Pyruvát je molekula se třemi uhlíky, kterou enzym laktátdehydrogenáza převádí na laktát procesem známým jako homolaktická fermentace. V tomto procesu se NADH oxiduje na NAD +, který je potřebný pro pokračování glykolýzy. Při absenci kyslíku brání homolaktická fermentace akumulaci NADH, což by zastavilo glykolýzu a připravilo buňku o její zdroj energie. Fermentace nepřináší žádné molekuly ATP, ale umožňuje pokračovat v glykolýze a produkuje malé množství ATP. Při homolaktické fermentaci je jediným produktem laktát.
Heterolaktická fermentace
Při nedostatku kyslíku mohou určité organismy, jako jsou kvasinky, přeměnit pyruvát na oxid uhličitý a ethanol. Pivovary využívají tohoto procesu k přeměně obilné kaše na pivo. Heterolaktická fermentace probíhá ve dvou krocích. Nejprve enzym pyruvátdehydrogenáza převádí pyruvát na acetaldehyd. Ve druhém kroku enzymalkohol dehydrogenáza přenáší vodík z NADH na acetaldehyd a přeměňuje jej na ethanol a oxid uhličitý. Proces také regeneruje NAD +, což umožňuje pokračovat v glykolýze.
Pocit hoření
Pokud jste někdy cítili, že vaše svaly hoří během těžké fyzické aktivity, pociťujete účinek homolaktické fermentace ve vašich svalových buňkách. Namáhavé cvičení dočasně vyčerpá dodávku kyslíku do buňky. Za těchto podmínek svaly metabolizují pyruvát na kyselinu mléčnou, která vyvolává známý pocit pálení. Jedná se však o stopgapovou reakci na nízkou hladinu kyslíku. Bez kyslíku mohou buňky rychle zemřít.
Zelí a jogurt
Anaerobní fermentace se používá k výrobě několika potravin kromě piva. Například zelí těží z fermentace, aby poskytlo lahůdky, jako je kimchee a kysané zelí. Některé kmeny bakterií, včetně Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophiles, přeměňují mléko na jogurt homolaktickou fermentací. Tento proces ztuhne mléko, dodá jogurtu chuť a zvýší kyselost mléka, což z něj učiní nechutné mnoho škodlivých bakterií.