Производство энергии из органических соединений, таких как глюкоза, путем окисления с использованием химических (обычно органических) соединений внутри клетки, называемых «акцепторами электронов». ферментация.
Это альтернатива клеточному дыханию, при котором электроны от глюкозы и других окисляемых соединений переносятся на акцептор, поступающий извне, обычно кислород. Это альтернатива клеточному дыханию (без кислорода клеточное дыхание не может происходить).
Ферментация vs. Клеточное дыхание
Хотя брожение может происходить в анаэробных условиях (недостаток кислорода), оно может происходить и при его избытке.
Например, дрожжи предпочитают ферментацию клеточному дыханию, если доступно достаточно глюкозы для поддержки процесса, даже если доступно много кислорода.
Гликолиз: расщепление сахара перед ферментацией
Когда богатый энергией сахар, в частности глюкоза, попадает в клетку, он расщепляется в процессе, называемом гликолизом. Гликолиз является необходимым этапом как для клеточного дыхания, так и для ферментации.
Это распространенный путь расщепления сахара, который может привести либо к брожению, либо к брожению. клеточное дыхание.
Гликолиз не требует кислорода
Гликолиз - это древний биохимический процесс, возникший очень рано в истории эволюции. Основные реакции гликолиза были «изобретены» микроорганизмами задолго до того, как эволюционировал фотосинтез, который появился примерно за 3,5 часа. миллиардов лет назад, но потребуется примерно 1,5 миллиарда лет, чтобы заполнить моря и атмосферу каким-либо заметным количеством кислород.
Таким образом, даже сложные эукариоты (биологический домен, который включает животных, растения, грибы и царства простейших) способны производить энергию без дыхания, без кислорода и т. Д. В дрожжах, которые принадлежат к царству грибов, химические продукты гликолиза ферментируются для производства энергии для клетки.
От гликолиза к ферментации
В конце гликолиза шестиуглеродная структура глюкозы будет разделена на две молекулы трехуглеродного соединения, называемого пируватом. Также производится химическое вещество НАДН из более «окисленного» химического вещества, называемого НАД +.
В дрожжах пируват подвергается «восстановлению», получению электронов, которые затем переносятся из НАДН, полученного ранее при гликолизе, с образованием ацетальдегида и диоксида углерода.
Затем ацетальдегид восстанавливается до этилового спирта, конечного продукта ферментации. У животных, в том числе человека, пируват может ферментироваться при низкой доступности кислорода. Особенно это касается мышечных клеток. Когда это происходит, хотя производятся крошечные количества спирта, большая часть пирувата в результате гликолиза восстанавливается не до спирта, а до молочная кислота.
Хотя молочная кислота может покидать клетки животных и использоваться для выработки энергии в сердце, она может накапливаться в мышцах, вызывая боль и снижая спортивные результаты. Это ощущение "жжения", которое вы испытываете после подъема тяжестей, длительного бега, спринта, подъема тяжелых ящиков и т. Д.
Производство АТФ и энергии путем ферментации
Универсальный носитель энергии в клетках - это химическое вещество, известное как АТФ (аденозинтрифосфат). При использовании кислорода клетки могут производить АТФ посредством гликолиза с последующим клеточным дыханием - так, что одна молекула глюкозного сахара дает 36-38 молекул АТФ, в зависимости от типа клетки.
Из этих 36-38 молекул АТФ только две образуются во время фазы гликолиза. Таким образом, если использовать ферментацию как альтернативу клеточному дыханию, клетки производят гораздо меньше энергии, чем при использовании дыхания. Однако при низком содержании кислорода или анаэробных условиях ферментация может поддерживать жизнь и выживание организма, поскольку в противном случае у них не было бы дыхания без кислорода.
Использование для ферментации
Люди используют процесс ферментации в своих интересах, особенно когда речь идет о еде и питье. Выпечка хлеба, производство пива и вина, соленья, йогурт и чайный гриб - все используют процесс брожения.