Enerģijas ražošana no organiskiem savienojumiem, piemēram, glikozes, oksidējot, izmantojot ķīmiskos (parasti organiskos) savienojumus šūnā kā "elektronu akceptorus", sauc par fermentācija.
Šī ir alternatīva šūnu elpošanai, kurā glikozes un citu oksidējamo savienojumu elektroni tiek pārnesti uz akceptoru, kas atnests no šūnas ārpusē, parasti skābekļa. Šī ir alternatīva šūnu elpošanai (bez skābekļa šūnu elpošana nevar notikt).
Fermentācija vs. Šūnu elpošana
Kaut arī fermentācija var notikt anaerobos (skābekļa trūkuma) apstākļos, tā var notikt arī tad, ja skābekļa ir daudz.
Piemēram, raugs dod priekšroku fermentācijai, nevis šūnu elpošanai, ja procesa atbalstam ir pieejams pietiekami daudz glikozes, pat ja ir pieejams daudz skābekļa.
Glikolīze: cukura sadalīšanās pirms fermentācijas
Kad enerģijai bagāts cukurs - it īpaši glikoze - nonāk šūnā, tas tiek sadalīts procesā, ko sauc par glikolīzi. Glikolīze ir priekšnosacījums solim gan šūnu elpošanai, gan fermentācijai.
Tas ir izplatīts cukura sadalīšanās ceļš, kas var izraisīt fermentāciju vai šūnu elpošana.
Glikolīzei nav nepieciešams skābeklis
Glikolīze ir sens bioķīmiskais process, kas radies ļoti agri evolūcijas vēsturē. Glikolīzes pamatreakcijas mikroorganismi "izgudroja" ilgi pirms fotosintēzes attīstības, kas radās aptuveni 3,5 pirms miljardiem gadu, bet kas prasītu apmēram 1,5 miljardus gadu, lai jūras un atmosfēra piepildītos ar jebkuru ievērojamu daudzumu skābeklis.
Tādējādi pat sarežģīti eikarioti (bioloģiskā joma, kas ietver dzīvnieku, augu, sēņu un protistu valstības) spēj ražot enerģiju bez elpošanas, bez skābekļa utt. Raugā, kas pieder sēņu valstībai, tiek fermentēti glikolīzes ķīmiskie produkti, lai ražotu enerģiju šūnai.
No glikolīzes līdz fermentācijai
Glikolīzes beigās glikozes sešu oglekļa struktūra būs sadalīta divās trīs oglekļa savienojuma molekulās, ko sauc par piruvātu. Izgatavo arī ķīmisko vielu NADH no vairāk "oksidētas" ķīmiskas vielas, ko sauc par NAD +.
Raugā piruvātam notiek "reducēšanās", iegūstot elektronus, kas pēc tam tiek pārnesti no agrāk glikolīzē iegūtā NADH, iegūstot acetaldehīdu un oglekļa dioksīdu.
Acetaldehīds tālāk tiek reducēts par etilspirtu - galīgo fermentācijas produktu. Dzīvniekiem, arī cilvēkiem, piruvātu var fermentēt, ja skābekļa pieejamība ir zema. Tas jo īpaši attiecas uz muskuļu šūnām. Kad tas notiek, kaut arī tiek ražots neliels daudzums alkohola, lielākā daļa glikolīzes piruvāta tiek reducēta nevis uz alkoholu, bet gan pienskābe.
Lai gan pienskābe var atstāt dzīvnieku šūnas un izmantot enerģijas ražošanai sirdī, tā var uzkrāties muskuļos, izraisot sāpes un samazinot sportisko sniegumu. Šī ir "dedzinošā" sajūta, kuru jūtat pēc svara celšanas, ilgstoša skriešanas, sprinta, smagu kastu celšanas utt.
ATP un enerģijas ražošana, izmantojot fermentāciju
Šūnu universālais enerģijas nesējs ir ķīmiska viela, kas pazīstama kā ATP (adenozīna trifosfāts). Ja izmanto skābekli, šūnas var radīt ATP glikolīzes ceļā, kam seko šūnu elpošana - tā, ka viena glikozes cukura molekula dod 36-38 ATP molekulas, atkarībā no šūnu veida.
No šīm 36-38 ATP molekulām glikolīzes fāzē tiek ražotas tikai divas. Tādējādi, ja fermentāciju izmanto kā alternatīvu šūnu elpošanai, šūnas rada daudz mazāk enerģijas nekā tās, kuras izmanto, izmantojot elpošanu. Tomēr zemā skābekļa vai anaerobā stāvoklī fermentācija var uzturēt organismu dzīvu un izdzīvotu, jo pretējā gadījumā bez skābekļa viņiem nebūtu elpošanas.
Izmanto fermentācijai
Cilvēki izmanto fermentācijas procesu mūsu pašu labā, īpaši attiecībā uz pārtiku un dzērieniem. Maizes pagatavošana, alus un vīna ražošana, marinēti gurķi, jogurts un kombuča izmanto visus fermentācijas process.