La glycolyse est la première étape de la respiration cellulaire et elle ne nécessite aucun oxygène pour se dérouler. La glycolyse convertit une molécule de sucre en deux molécules de pyruvate, produisant également deux molécules chacune d'adénosine triphosphate (ATP) et de nicotinamide adénine dinucléotide (NADH). En l'absence d'oxygène, une cellule peut métaboliser les pyruvates par le processus de fermentation.
Le métabolisme énergétique
L'ATP est la molécule de stockage d'énergie de la cellule, tandis que le NADH et sa version oxydée, le NAD+, participent aux réactions cellulaires impliquant le transfert d'électrons, appelées réactions redox. Si de l'oxygène est présent, la cellule peut extraire une énergie chimique substantielle en décomposant le pyruvate par le cycle de l'acide citrique, qui reconvertit le NADH en NAD+. Sans oxydation, la cellule doit utiliser la fermentation pour oxyder le NADH avant qu'il n'atteigne des niveaux malsains.
Fermentation homolactique
Le pyruvate est une molécule à trois carbones que l'enzyme lactate déshydrogénase convertit en lactate par le processus connu sous le nom de fermentation homolactique. Au cours du processus, le NADH est oxydé en NAD+ qui est nécessaire au déroulement de la glycolyse. En l'absence d'oxygène, la fermentation homolactique empêche l'accumulation de NADH, ce qui arrêterait la glycolyse et priverait la cellule de sa source d'énergie. La fermentation ne produit aucune molécule d'ATP, mais elle permet à la glycolyse de se poursuivre et de produire un petit filet d'ATP. En fermentation homolactique, le lactate est le seul produit.
Fermentation hétérolactique
En l'absence d'oxygène, certains organismes comme la levure peuvent convertir le pyruvate en dioxyde de carbone et en éthanol. Les brasseurs capitalisent sur ce processus pour convertir la purée de céréales en bière. La fermentation hétérolactique se déroule en deux étapes. Premièrement, l'enzyme pyruvate déshydrogénase convertit le pyruvate en acétaldéhyde. Dans la deuxième étape, l'enzyme alcool déshydrogénase transfère l'hydrogène du NADH à l'acétaldéhyde, le convertissant en éthanol et en dioxyde de carbone. Le processus régénère également le NAD+, ce qui permet à la glycolyse de se poursuivre.
Sentir la brûlure
Si vous avez déjà senti vos muscles brûler pendant une activité physique intense, vous ressentez l'effet de la fermentation homolactique dans vos cellules musculaires. Un exercice intense épuise temporairement l'approvisionnement en oxygène d'une cellule. Dans ces conditions, les muscles métabolisent le pyruvate en acide lactique, ce qui produit la sensation de brûlure familière. Cependant, il s'agit d'une réaction provisoire aux faibles niveaux d'oxygène. Sans oxygène, les cellules peuvent rapidement mourir.
Chou et Yaourt
La fermentation anaérobie est utilisée pour créer plusieurs aliments en plus de la bière. Par exemple, le chou bénéficie de la fermentation pour donner des mets délicats tels que le kimchee et la choucroute. Certaines souches de bactéries, dont Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophiles, transforment le lait en yaourt par fermentation homolactique. Le processus fige le lait, donne la saveur du yaourt et augmente l'acidité du lait, ce qui le rend désagréable pour de nombreuses bactéries nocives.