La production d'énergie à partir de composés organiques, tels que le glucose, par oxydation à l'aide de composés chimiques (généralement organiques) à l'intérieur d'une cellule comme « accepteurs d'électrons » est appelée fermentation.
Il s'agit d'une alternative à la respiration cellulaire dans laquelle les électrons du glucose et d'autres composés oxydés sont transférés vers un accepteur amené de l'extérieur de la cellule, généralement l'oxygène. C'est une alternative à la respiration cellulaire (sans oxygène, la respiration cellulaire ne peut pas avoir lieu).
Fermentation vs. Respiration cellulaire
Alors que la fermentation peut avoir lieu dans des conditions anaérobies (manque d'oxygène), elle peut également se produire lorsque l'oxygène est abondant.
La levure, par exemple, préfère la fermentation à la respiration cellulaire si suffisamment de glucose est disponible pour soutenir le processus, même si beaucoup d'oxygène est disponible.
Glycolyse: la décomposition du sucre avant la fermentation
Lorsque le sucre riche en énergie - le glucose en particulier - pénètre dans une cellule, il est décomposé dans un processus appelé glycolyse. Glycolyse est une étape préalable à la fois à la respiration cellulaire et à la fermentation.
C'est une voie courante pour la dégradation du sucre, qui peut conduire à une fermentation ou respiration cellulaire.
La glycolyse ne nécessite pas d'oxygène
La glycolyse est un processus biochimique ancien, apparu très tôt dans l'histoire de l'évolution. Les réactions de base de la glycolyse ont été "inventées" par des micro-organismes bien avant l'évolution de la photosynthèse, qui a émergé environ 3,5 il y a un milliard d'années, mais qui prendrait environ 1,5 milliard d'années pour remplir les mers et l'atmosphère d'une quantité appréciable de oxygène.
Ainsi, même les eucaryotes complexes (le domaine biologique qui comprend les règnes animal, végétal, fongique et protiste) sont capables de produire de l'énergie sans respiration, sans oxygène, etc. Dans la levure, qui appartient au règne des champignons, les produits chimiques de la glycolyse sont fermentés pour produire de l'énergie pour la cellule.
De la glycolyse à la fermentation
À la fin de la glycolyse, la structure à six carbones du glucose aura été divisée en deux molécules du composé à trois carbones appelé pyruvate. Le produit chimique NADH est également produit, à partir d'un produit chimique plus « oxydé » appelé NAD+.
Chez la levure, le pyruvate subit une "réduction", c'est-à-dire un gain d'électrons, qui sont ensuite transférés du NADH produit plus tôt dans la glycolyse pour produire de l'acétaldéhyde et du dioxyde de carbone.
L'acétaldéhyde est ensuite réduit davantage en alcool éthylique, le produit ultime de la fermentation. Chez les animaux, y compris les humains, le pyruvate peut être fermenté lorsque la disponibilité en oxygène est faible. Cela est particulièrement vrai dans les cellules musculaires. Lorsque cela se produit, bien que de minuscules quantités d'alcool soient produites, la majeure partie du pyruvate de la glycolyse est réduite non pas en alcool, mais plutôt en acide lactique.
Alors que l'acide lactique peut quitter les cellules animales et être utilisé pour produire de l'énergie dans le cœur, il peut s'accumuler dans les muscles, provoquant des douleurs et une diminution des performances sportives. C'est la sensation de « brûlure » que vous ressentez après avoir soulevé des poids, couru pendant une longue période, couru, soulevé de lourdes boîtes, etc.
ATP et production d'énergie par fermentation
Le vecteur d'énergie universel dans les cellules est un produit chimique connu sous le nom de ATP (adénosine triphosphate). Si elles utilisent de l'oxygène, les cellules peuvent produire de l'ATP par glycolyse suivie d'une respiration cellulaire, de sorte qu'une molécule de sucre glucose donne 36 à 38 molécules d'ATP, selon le type de cellule.
Sur ces 36-38 molécules d'ATP, seules deux sont produites pendant la phase de glycolyse. Ainsi, si vous utilisez la fermentation comme alternative à la respiration cellulaire, les cellules produisent beaucoup moins d'énergie qu'elles ne le font en utilisant la respiration. Cependant, dans des conditions de faible teneur en oxygène ou anaérobies, la fermentation peut permettre à un organisme de vivre et de survivre, car il n'aurait autrement pas de respiration sans oxygène.
Utilisations pour la fermentation
Les humains utilisent le processus de fermentation à leur propre avantage, en particulier lorsqu'il s'agit de nourriture et de boisson. La fabrication du pain, la production de bière et de vin, les cornichons, le yaourt et le kombucha utilisent tous les processus de fermentation.