Glikoliza jest pierwszym krokiem w oddychaniu komórkowym i nie wymaga tlenu. Glikoliza przekształca cząsteczkę cukru w dwie cząsteczki pirogronianu, wytwarzając również dwie cząsteczki, każda z trifosforanu adenozyny (ATP) i dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADH). Gdy brakuje tlenu, komórka może metabolizować pirogroniany w procesie fermentacji.
Metabolizm energetyczny
ATP jest cząsteczką magazynującą energię w komórce, podczas gdy NADH i jego utleniona wersja NAD+ biorą udział w reakcjach komórkowych obejmujących transfer elektronów, znanych jako reakcje redoks. Jeśli tlen jest obecny, komórka może wydobyć znaczną energię chemiczną, rozkładając pirogronian w cyklu kwasu cytrynowego, który przekształca NADH z powrotem w NAD+. Bez utleniania komórka musi użyć fermentacji, aby utlenić NADH, zanim osiągnie niezdrowy poziom.
Fermentacja homolaktyczna
Pirogronian to trzywęglowa cząsteczka, którą enzym dehydrogenaza mleczanowa przekształca w mleczan w procesie znanym jako fermentacja homomlekowa. W tym procesie NADH jest utleniany do NAD+, który jest potrzebny do postępu glikolizy. W przypadku braku tlenu fermentacja homomlekowa zapobiega gromadzeniu się NADH, co zatrzymałoby glikolizę i pozbawiło komórkę źródła energii. Fermentacja nie daje żadnych cząsteczek ATP, ale umożliwia kontynuację glikolizy i wytwarzanie niewielkiej ilości ATP. W fermentacji homomlekowej jedynym produktem jest mleczan.
Fermentacja heterolaktyczna
W przypadku braku tlenu niektóre organizmy, takie jak drożdże, mogą przekształcać pirogronian w dwutlenek węgla i etanol. Browary wykorzystują ten proces, aby przekształcić zacier zbożowy w piwo. Fermentacja heteromlekowa przebiega dwuetapowo. Po pierwsze, enzym dehydrogenaza pirogronianowa przekształca pirogronian w aldehyd octowy. W drugim etapie enzym dehydrogenaza alkoholowa przenosi wodór z NADH do aldehydu octowego, przekształcając go w etanol i dwutlenek węgla. Proces regeneruje również NAD+, co umożliwia kontynuację glikolizy.
Czuję oparzenie
Jeśli kiedykolwiek czułeś, że Twoje mięśnie palą się podczas intensywnej aktywności fizycznej, doświadczasz efektu fermentacji homomlekowej w komórkach mięśniowych. Wysiłkowe ćwiczenia tymczasowo wyczerpują zapas tlenu w komórce. W tych warunkach mięśnie metabolizują pirogronian do kwasu mlekowego, co wywołuje znane uczucie pieczenia. Jest to jednak prowizoryczna reakcja na niski poziom tlenu. Bez tlenu komórki mogą szybko umrzeć.
Kapusta i Jogurt
Fermentacja beztlenowa służy do wytwarzania kilku artykułów spożywczych oprócz piwa. Na przykład kapusta czerpie korzyści z fermentacji, aby uzyskać przysmaki, takie jak kimchee i kapusta kiszona. Niektóre szczepy bakterii, w tym Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophiles, przetwarzają mleko w jogurt poprzez fermentację homomlekową. Proces powoduje krzepnięcie mleka, nadaje jogurtowy smak i zwiększa kwasowość mleka, przez co jest niesmaczne dla wielu szkodliwych bakterii.