Proizvodnja energije iz organskih spojeva, poput glukoze, oksidacijom pomoću kemijskih (obično organskih) spojeva iz stanice kao "akceptori elektrona" naziva se vrenje.
Ovo je alternativa staničnom disanju u kojem se elektroni iz glukoze i drugih spojeva koji se oksidiraju prenose u akceptor doveden izvan stanice, tipično kisik. Ovo je alternativa staničnom disanju (bez kisika se stanično disanje ne može dogoditi).
Fermentacija vs. Stanično disanje
Iako se fermentacija može odvijati u anaerobnim uvjetima (nedostatak kisika), to se može dogoditi i kad je kisika u izobilju.
Na primjer, kvasac više voli fermentaciju od staničnog disanja ako je na raspolaganju dovoljno glukoze koja podupire proces, čak i ako je na raspolaganju puno kisika.
Glikoliza: razgradnja šećera prije fermentacije
Kada energetski bogat šećer - posebno glukoza - uđe u stanicu, on se razgrađuje u procesu koji se naziva glikoliza. Glikoliza je preduvjet za stanično disanje i fermentaciju.
To je uobičajeni put za razgradnju šećera, što može dovesti do fermentacije ili stanično disanje.
Glikoliza ne zahtijeva kisik
Glikoliza je drevni biokemijski proces koji se pojavio vrlo rano u evolucijskoj povijesti. Ključne reakcije za glikolizu mikroorganizmi su "izmislili" mnogo prije nego što se razvila fotosinteza, koja se pojavila otprilike 3,5 prije milijarde godina, ali za što bi bilo potrebno otprilike 1,5 milijardi godina da se mora i atmosfera napune bilo kojom zamjetnom količinom kisik.
Dakle, čak i složeni eukarioti (biološka domena koja uključuje životinju, biljke, gljive i protistička kraljevstva) sposobni su proizvoditi energiju bez disanja, bez kisika itd. U kvascima, koji pripadaju carstvu gljivica, kemijski proizvodi glikolize fermentiraju se kako bi se proizvela energija za stanicu.
Od glikolize do fermentacije
Na kraju glikolize, šestokarbonska struktura glukoze podijelit će se u dvije molekule tromogljičnog spoja nazvanog piruvat. Također se proizvodi kemikalija NADH iz više "oksidirane" kemikalije nazvane NAD +.
U kvascu, piruvat prolazi kroz "redukciju", dobivajući elektrone, koji se zatim prenose iz NADH proizvedenog ranije u glikolizi, dajući acetaldehid i ugljični dioksid.
Zatim se acetaldehid reducira dalje u etilni alkohol, krajnji produkt fermentacije. U životinja, uključujući ljude, piruvat se može fermentirati kada je dostupnost kisika mala. To se posebno odnosi na mišićne stanice. Kada se to dogodi, iako se stvaraju male količine alkohola, većina piruvata iz glikolize ne reducira se na alkohol, već na mliječna kiselina.
Iako mliječna kiselina može napustiti životinjske stanice i koristiti se za proizvodnju energije u srcu, ona se može nakupljati u mišićima, uzrokujući bol i smanjujući sportske performanse. Ovo je osjećaj "žarenja" koji osjećate nakon dizanja utega, duljeg trčanja, sprintanja, dizanja teških kutija itd.
ATP i proizvodnja energije fermentacijom
Univerzalni nosač energije u stanicama je kemikalija poznata kao ATP (adenozin trifosfat). Ako koriste kisik, stanice mogu proizvesti ATP glikolizom praćenom staničnim disanjem - tako da jedna molekula šećera glukoze daje 36-38 molekula ATP, ovisno o tipu stanice.
Od ovih 36-38 molekula ATP, samo dvije se proizvode u fazi glikolize. Stoga, ako koriste fermentaciju kao alternativu staničnom disanju, stanice proizvode puno manje energije nego što koriste disanje. Međutim, u uvjetima s slabim kisikom ili u anaerobnim uvjetima, fermentacija može održati organizam živim i preživjeti jer inače ne bi disali bez kisika.
Upotrebe za vrenje
Ljudi koriste proces fermentacije u svoju korist, posebno kada je riječ o hrani i piću. Proizvodnja kruha, proizvodnja piva i vina, kiseli krastavci, jogurt i kombuča koriste se u proizvodnji proces fermentacije.