Produksi energi dari senyawa organik, seperti glukosa, dengan oksidasi menggunakan senyawa kimia (biasanya organik) dari dalam sel sebagai "akseptor elektron" disebut fermentasi.
Ini adalah alternatif untuk respirasi seluler di mana elektron dari glukosa dan senyawa lain yang teroksidasi ditransfer ke akseptor yang dibawa dari luar sel, biasanya oksigen. Ini adalah alternatif untuk respirasi seluler (tanpa oksigen, respirasi seluler tidak dapat terjadi).
Fermentasi vs. Respirasi Seluler
Sementara fermentasi dapat berlangsung dalam kondisi anaerobik (kekurangan oksigen), hal itu dapat terjadi ketika oksigen juga berlimpah.
Ragi, misalnya, lebih memilih fermentasi daripada respirasi seluler jika glukosa tersedia cukup untuk mendukung proses, bahkan jika banyak oksigen tersedia.
Glikolisis: Pemecahan Gula Sebelum Fermentasi
Ketika gula yang kaya energi - khususnya glukosa - memasuki sel, ia dipecah dalam proses yang disebut glikolisis. Glikolisis merupakan langkah prasyarat baik untuk respirasi seluler dan fermentasi.
Ini adalah jalur umum untuk pemecahan gula, yang dapat menyebabkan fermentasi atau respirasi seluler.
Glikolisis Tidak Membutuhkan Oksigen
Glikolisis adalah proses biokimia kuno, yang muncul sangat awal dalam sejarah evolusi. Reaksi inti untuk glikolisis "ditemukan" oleh mikroorganisme jauh sebelum fotosintesis berkembang, yang muncul kira-kira 3,5 miliar tahun yang lalu, tetapi yang akan memakan waktu sekitar 1,5 miliar tahun untuk mengisi lautan dan atmosfer dengan jumlah yang cukup besar oksigen.
Jadi, bahkan eukariota kompleks (domain biologis yang mencakup hewan, tumbuhan, jamur, dan kerajaan protista) mampu menghasilkan energi tanpa respirasi, tanpa oksigen, dll. Dalam ragi, yang termasuk dalam kerajaan jamur, produk kimia glikolisis difermentasi untuk menghasilkan energi bagi sel.
Dari Glikolisis ke Fermentasi
Pada akhir glikolisis, struktur enam karbon glukosa akan dipecah menjadi dua molekul senyawa tiga karbon yang disebut piruvat. Juga dihasilkan bahan kimia NADH, dari bahan kimia yang lebih "teroksidasi" yang disebut NAD+.
Dalam ragi, piruvat mengalami "reduksi", perolehan elektron, yang kemudian ditransfer dari NADH yang dihasilkan sebelumnya dalam glikolisis untuk menghasilkan asetaldehida dan karbon dioksida.
Asetaldehida kemudian direduksi lebih lanjut menjadi etil alkohol, produk akhir fermentasi. Pada hewan, termasuk manusia, piruvat dapat difermentasi ketika ketersediaan oksigen rendah. Hal ini terutama berlaku pada sel otot. Ketika ini terjadi, meskipun sejumlah kecil alkohol diproduksi, sebagian besar piruvat dari glikolisis direduksi bukan menjadi alkohol, melainkan menjadi asam laktat.
Sementara asam laktat dapat meninggalkan sel-sel hewan dan digunakan untuk menghasilkan energi di jantung, asam laktat dapat menumpuk di dalam otot, menyebabkan rasa sakit dan penurunan kinerja atletik. Ini adalah perasaan "terbakar" yang Anda rasakan setelah mengangkat beban, berlari dalam waktu lama, berlari cepat, mengangkat kotak berat, dll.
ATP dan Produksi Energi Melalui Fermentasi
Pembawa energi universal dalam sel adalah bahan kimia yang dikenal sebagai ATP (adenosin trifosfat). Jika menggunakan oksigen, sel dapat menghasilkan ATP melalui glikolisis diikuti oleh respirasi sel - sehingga satu molekul gula glukosa menghasilkan 36-38 molekul ATP, tergantung pada jenis sel.
Dari 36-38 molekul ATP ini, hanya dua yang diproduksi selama fase glikolisis. Jadi, jika menggunakan fermentasi sebagai alternatif untuk respirasi sel, sel menghasilkan energi yang jauh lebih sedikit daripada menggunakan respirasi. Namun, dalam kondisi oksigen rendah atau anaerobik, fermentasi dapat membuat organisme tetap hidup dan bertahan karena mereka tidak akan memiliki respirasi tanpa oksigen.
Kegunaan untuk Fermentasi
Manusia memanfaatkan proses fermentasi untuk kepentingan kita sendiri, terutama dalam hal makanan dan minuman. Pembuatan roti, produksi bir dan anggur, acar, yogurt, dan kombucha semuanya menggunakan proses fermentasi.