Energia tootmist orgaanilistest ühenditest, näiteks glükoosist, oksüdeerimise teel, kasutades raku sees olevaid keemilisi (tavaliselt orgaanilisi) ühendeid kui "elektroni aktseptoreid", nimetatakse nn. käärimine.
See on alternatiiv rakuhingamisele, mille korral glükoosi ja teiste oksüdeeruvate ühendite elektronid kantakse rakust väljastpoolt toodud aktseptorile, tavaliselt hapnikule. See on alternatiiv rakuhingamisele (ilma hapnikuta ei saa rakuhingamine toimuda).
Kääritamine vs. Rakuhingamine
Kuigi käärimine võib toimuda anaeroobsetes tingimustes (hapnikupuudus), võib see juhtuda ka siis, kui hapnikku on palju.
Näiteks pärm eelistab fermentatsiooni rakuhingamisele, kui protsessi toetamiseks on saadaval piisavalt glükoosi, isegi kui hapnikku on piisavalt.
Glükolüüs: suhkru lagunemine enne kääritamist
Kui energiarikas suhkur - eriti glükoos - satub rakku, lagundatakse see protsessis, mida nimetatakse glükolüüsiks. Glükolüüs on nii rakuhingamise kui ka kääritamise eelduseks.
See on tavaline tee suhkru lagundamiseks, mis võib viia kas kääritamiseni või rakuhingamine.
Glükolüüs ei vaja hapnikku
Glükolüüs on iidne biokeemiline protsess, mis on tekkinud evolutsiooniajaloos väga vara. Glükolüüsi põhireaktsioonid "leiutasid" mikroorganismid juba ammu enne fotosünteesi arengut, mis tekkis umbes 3,5 miljard aastat tagasi, kuid merede ja atmosfääri täitmine märkimisväärse kogusega hapnik.
Seega on isegi keerukad eukarüoodid (bioloogiline domeen, mis hõlmab looma, taimi, seeni ja protistlikke kuningriike) võimeline tootma energiat ilma hingamiseta, ilma hapnikuta jne. Seeneriiki kuuluvas pärmis kääritatakse glükolüüsi keemilisi saadusi, et toota rakule energiat.
Glükolüüsist kääritamiseni
Glükolüüsi lõpus on glükoosi kuue süsinikusisaldusega struktuur jaotatud püruvaadiks nimetatud kolme süsinikuga ühendi kaheks molekuliks. Samuti toodetakse kemikaali NADH, mis on pärit "oksüdeeritumast" kemikaalist, mida nimetatakse NAD +.
Pärmis läbib püruvaat "redutseerimise", omandades elektronid, mis seejärel kantakse glükolüüsil varem toodetud NADH-st üle, saades atsetaldehüüdi ja süsinikdioksiidi.
Atsetaldehüüd redutseeritakse seejärel etüülalkoholiks, kääritamise lõpproduktiks. Loomadel, sealhulgas inimestel, võib püruvaati kääritada, kui hapniku kättesaadavus on madal. Seda eriti lihasrakkudes. Kui see juhtub, ei redutseeru kuigi väike kogus alkoholi, enamus glükolüüsil tekkivast püruvaadist alkoholiks, vaid pigem piimhape.
Kui piimhape võib loomarakkudest lahkuda ja seda saab kasutada energia tootmiseks südames, võib see koguneda lihastesse, põhjustades valu ja vähendades sportlikku jõudlust. See on "põletav" tunne, mida tunnete pärast raskuste tõstmist, pikka aega jooksmist, sprinti, raskete kastide tõstmist jne.
ATP ja energia tootmine kääritamise teel
Rakkude universaalne energiakandja on kemikaal, mida nimetatakse ATP (adenosiinitrifosfaat). Hapniku kasutamisel võivad rakud toota glükolüüsi ja sellele järgneva rakuhingamise teel ATP-d - nii, et üks glükoosisuhkru molekul annab sõltuvalt rakutüübist 36-38 ATP molekuli.
Nendest 36-38 ATP molekulist toodetakse glükolüüsi faasis ainult kaks. Seega, kui rakkude hingamise alternatiivina kasutada kääritamist, annavad rakud palju vähem energiat kui hingamise korral. Madal hapnikusisaldusega või anaeroobsetes tingimustes võib käärimine organismi elada ja ellu jääda, kuna muidu poleks neil hapnikuta hingamist.
Kasutamine kääritamiseks
Inimesed kasutavad käärimisprotsessi enda huvides, eriti toidu ja joogi osas. Leiva valmistamine, õlle ja veini tootmine, marineeritud kurgid, jogurt ja kombucha kasutavad seda kõike käärimisprotsess.
