De productie van energie uit organische verbindingen, zoals glucose, door oxidatie met behulp van chemische (meestal organische) verbindingen vanuit een cel als "elektronenacceptoren" wordt genoemd fermentatie.
Dit is een alternatief voor cellulaire ademhaling waarbij elektronen van glucose en andere verbindingen die worden geoxideerd worden overgebracht naar een acceptor die van buiten de cel wordt gebracht, meestal zuurstof. Dit is een alternatief voor cellulaire ademhaling (zonder zuurstof kan cellulaire ademhaling niet plaatsvinden).
Fermentatie vs. Cellulaire ademhaling
Hoewel fermentatie kan plaatsvinden onder anaërobe (gebrek aan zuurstof) omstandigheden, kan het ook gebeuren als er veel zuurstof is.
Gist geeft bijvoorbeeld de voorkeur aan fermentatie boven cellulaire ademhaling als er voldoende glucose beschikbaar is om het proces te ondersteunen, zelfs als er voldoende zuurstof beschikbaar is.
Glycolyse: de afbraak van suiker voorafgaand aan fermentatie
Wanneer energierijke suiker - glucose in het bijzonder - een cel binnenkomt, wordt het afgebroken in een proces dat glycolyse wordt genoemd.
Het is een veel voorkomende route voor de afbraak van suiker, die kan leiden tot fermentatie of cellulaire ademhaling.
Glycolyse vereist geen zuurstof
Glycolyse is een oud biochemisch proces dat al heel vroeg in de evolutionaire geschiedenis is ontstaan. De kernreacties voor glycolyse werden "uitgevonden" door micro-organismen lang voordat de fotosynthese zich ontwikkelde, die ongeveer 3,5. naar voren kwam miljard jaar geleden, maar het zou ongeveer 1,5 miljard jaar duren om de zeeën en de atmosfeer te vullen met een aanzienlijke hoeveelheid zuurstof.
Dus zelfs complexe eukaryoten (het biologische domein dat de dieren-, planten-, schimmel- en protistenrijken omvat) zijn in staat om energie te produceren zonder ademhaling, zonder zuurstof, enz. In gist, dat tot het schimmelrijk behoort, worden de chemische producten van glycolyse gefermenteerd om energie voor de cel te produceren.
Van glycolyse tot fermentatie
Aan het einde van de glycolyse zal de zes-koolstofstructuur van glucose zijn gesplitst in twee moleculen van de drie-koolstofverbinding die pyruvaat wordt genoemd. Ook geproduceerd is de chemische stof NADH, van een meer "geoxideerde" chemische stof genaamd NAD+.
In gist ondergaat pyruvaat "reductie", het winnen van elektronen, die vervolgens worden overgedragen van het NADH dat eerder in de glycolyse is geproduceerd om aceetaldehyde en koolstofdioxide op te leveren.
Aceetaldehyde wordt vervolgens verder gereduceerd tot ethylalcohol, het uiteindelijke product van fermentatie. Bij dieren, inclusief mensen, kan pyruvaat worden gefermenteerd wanneer de beschikbaarheid van zuurstof laag is. Dit is vooral het geval in spiercellen. Wanneer dit gebeurt, wordt, hoewel er kleine hoeveelheden alcohol worden geproduceerd, het meeste pyruvaat uit de glycolyse niet gereduceerd tot alcohol, maar eerder tot melkzuur.
Hoewel melkzuur dierlijke cellen kan verlaten en gebruikt kan worden om energie in het hart te produceren, kan het zich ophopen in de spieren, wat pijn en verminderde atletische prestaties veroorzaakt. Dit is het "brandende" gevoel dat je voelt na het tillen van gewichten, lange tijd hardlopen, sprinten, zware dozen tillen, enz.
ATP en energieproductie via fermentatie
De universele energiedrager in cellen is een chemische stof die bekend staat als: ATP (adenosinetrifosfaat). Als ze zuurstof gebruiken, kunnen cellen ATP produceren door glycolyse gevolgd door cellulaire ademhaling - zodanig dat één molecuul glucosesuiker 36-38 ATP-moleculen oplevert, afhankelijk van het celtype.
Van deze 36-38 ATP-moleculen worden er slechts twee geproduceerd tijdens de glycolysefase. Dus als ze fermentatie gebruiken als alternatief voor cellulaire ademhaling, maken cellen veel minder energie dan ze doen met ademhaling. In zuurstofarme of anaërobe omstandigheden kan fermentatie echter een organisme in leven houden en overleven, omdat het anders geen ademhaling zou hebben zonder zuurstof.
Gebruik voor fermentatie
Mensen gebruiken het fermentatieproces voor ons eigen voordeel, vooral als het gaat om eten en drinken. Brood maken, bier- en wijnproductie, augurken, yoghurt en kombucha gebruiken allemaal de proces van fermentatie.