Гликолиз - это первая стадия клеточного дыхания, для протекания которой не требуется кислород. Гликолиз превращает молекулу сахара в две молекулы пирувата, а также производит по две молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) и никотинамидадениндинуклеотида (НАДН). Когда кислород отсутствует, клетка может метаболизировать пируват в процессе ферментации.
Энергетический обмен
АТФ - это молекула, аккумулирующая энергию клетки, в то время как НАДН и его окисленная версия НАД + принимают участие в клеточных реакциях, связанных с переносом электронов, известных как окислительно-восстановительные реакции. Если присутствует кислород, клетка может извлекать значительную химическую энергию, расщепляя пируват в цикле лимонной кислоты, который превращает НАДН обратно в НАД +. Без окисления клетка должна использовать ферментацию для окисления НАДН, прежде чем он вырастет до нездорового уровня.
Гомолактическая ферментация
Пируват - это трехуглеродная молекула, которую фермент лактатдегидрогеназа превращает в лактат в процессе, известном как гомолактическая ферментация. При этом НАДН окисляется до НАД +, который необходим для протекания гликолиза. В отсутствие кислорода гомолактическая ферментация предотвращает накопление НАДН, что остановит гликолиз и лишит клетку источника энергии. Ферментация не дает никаких молекул АТФ, но позволяет гликолизу продолжаться и производить небольшую струйку АТФ. При гомолактической ферментации лактат является единственным продуктом.
Гетеролактическая ферментация
В отсутствие кислорода некоторые организмы, такие как дрожжи, могут преобразовывать пируват в диоксид углерода и этанол. Пивовары используют этот процесс для превращения зернового сусла в пиво. Гетеролактическая ферментация проходит в два этапа. Во-первых, фермент пируватдегидрогеназа превращает пируват в ацетальдегид. На втором этапе фермент алкогольдегидрогеназа переносит водород из НАДН в ацетальдегид, превращая его в этанол и диоксид углерода. В процессе также восстанавливается НАД +, что позволяет продолжить гликолиз.
Чувствуя ожог
Если вы когда-либо чувствовали жжение в мышцах во время тяжелых физических нагрузок, значит, вы испытываете эффект гомолактической ферментации в мышечных клетках. Напряженные упражнения временно истощают снабжение клеток кислородом. В этих условиях мышцы метаболизируют пируват в молочную кислоту, которая вызывает знакомое ощущение жжения. Однако это временная реакция на низкий уровень кислорода. Без кислорода клетки могут быстро погибнуть.
Капуста и йогурт
Анаэробное брожение используется для создания нескольких продуктов, помимо пива. Например, кочанная капуста выигрывает от ферментации, чтобы получить такие деликатесы, как кимчи и квашеная капуста. Некоторые штаммы бактерий, в том числе Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophiles, превращают молоко в йогурт путем гомолактической ферментации. В результате молоко застывает, придает йогуртовый вкус и повышает кислотность молока, что делает его невкусным для многих вредных бактерий.