Energijos gamyba iš organinių junginių, tokių kaip gliukozė, oksiduojant, naudojant ląstelių viduje esančius cheminius (dažniausiai organinius) junginius kaip „elektronų akceptorius“, vadinama fermentacija.
Tai yra alternatyva ląstelių kvėpavimui, kai gliukozės ir kitų oksiduojamų junginių elektronai perkeliami į akceptorių, atneštą iš ląstelės išorės, paprastai deguonį. Tai yra alternatyva koriniam kvėpavimui (be deguonies korinis kvėpavimas negali atsirasti).
Fermentacija vs. Ląstelinis kvėpavimas
Fermentacija gali vykti anaerobinėmis (deguonies trūkumo) sąlygomis, tačiau tai gali įvykti ir tada, kai deguonies yra daug.
Pavyzdžiui, mielės mieliau renkasi fermentaciją nei ląstelių kvėpavimą, jei yra pakankamai gliukozės procesui palaikyti, net jei yra daug deguonies.
Glikolizė: cukraus skaidymas prieš fermentuojant
Kai energingas cukrus - ypač gliukozė - patenka į ląstelę, jis suskaidomas vykstant procesui, vadinamam glikolize. Glikolizė yra būtina sąlyga ląstelių kvėpavimui ir fermentacijai.
Tai yra įprastas cukraus skaidymo būdas, kuris gali sukelti fermentaciją arba ląstelinis kvėpavimas.
Glikolizei nereikia deguonies
Glikolizė yra senovinis biocheminis procesas, atsiradęs labai anksti evoliucijos istorijoje. Pagrindines glikolizės reakcijas mikroorganizmai „sugalvojo“ dar prieš vystantis fotosintezei, kuri atsirado maždaug 3,5 prieš milijardą metų, tačiau užtrukti apytiksliai 1,5 milijardo metų, kad jūros ir atmosfera būtų užpildyta pastebimu kiekiu deguonies.
Taigi net ir sudėtingi eukariotai (biologinė sritis, apimanti gyvūnus, augalus, grybus ir protistų karalystes) sugeba gaminti energiją be kvėpavimo, be deguonies ir kt. Mielėse, kurios priklauso grybų karalystei, cheminiai glikolizės produktai yra fermentuojami, kad būtų sukurta ląstelės energija.
Nuo glikolizės iki fermentacijos
Glikolizės pabaigoje šešių anglių gliukozės struktūra bus padalinta į dvi trijų anglies junginio, vadinamo piruvatu, molekules. Taip pat gaminama cheminė medžiaga NADH iš labiau „oksiduotos“ cheminės medžiagos, vadinamos NAD +.
Mielėse piruvatas "redukuojamas", gaunant elektronus, kurie vėliau perduodami iš anksčiau glikolizėje susidariusio NADH, gaunant acetaldehidą ir anglies dioksidą.
Tada acetaldehidas redukuojamas iki etilo alkoholio, galutinio fermentacijos produkto. Gyvūnams, įskaitant žmones, piruvatas gali būti fermentuojamas, kai deguonies yra mažai. Tai ypač pasakytina apie raumenų ląsteles. Kai taip atsitinka, nors susidaro nedideli alkoholio kiekiai, didžioji dalis glikolizės metu esančio piruvato paverčiama ne alkoholiu, bet pieno rūgštis.
Pieno rūgštis gali palikti gyvūnų ląsteles ir būti naudojama energijai gaminti širdyje, tačiau ji gali kauptis raumenyse, sukeldama skausmą ir sumažindama sportinę veiklą. Tai yra „deginantis“ jausmas, kurį jaučiate kilnoję svorius, ilgą laiką bėgdami, sprukdami, keldami sunkias dėžes ir t.
ATP ir energijos gamyba fermentuojant
Universalus ląstelių energijos nešėjas yra cheminė medžiaga, žinoma kaip ATP (adenozino trifosfatas). Naudodamos deguonį, ląstelės gali gaminti ATP per glikolizę, po kurios vyksta ląstelių kvėpavimas - taip, kad viena gliukozės cukraus molekulė, priklausomai nuo ląstelės tipo, duoda 36–38 ATP molekules.
Iš šių 36-38 ATP molekulių glikolizės fazėje susidaro tik dvi. Taigi, jei fermentacija naudojama kaip alternatyva ląstelių kvėpavimui, ląstelės pagamina daug mažiau energijos nei naudojant kvėpavimą. Tačiau esant mažai deguonies ar anaerobinėms sąlygoms, fermentacija gali palaikyti organizmą gyvą ir išgyvenantį, nes priešingu atveju be deguonies jie negalėtų kvėpuoti.
Naudojimas fermentacijai
Fermentacijos procesą žmonės naudoja mūsų pačių labui, ypač kalbant apie maistą ir gėrimus. Duonos gaminimas, alaus ir vyno gamyba, marinuoti agurkai, jogurtas ir kombucha fermentacijos procesas.