Produkcia energie z organických zlúčenín, ako je glukóza, oxidáciou pomocou chemických (zvyčajne organických) zlúčenín z bunky ako „akceptory elektrónov“ sa nazýva kvasenie.
Toto je alternatíva k bunkovému dýchaniu, pri ktorom sa elektróny z glukózy a ďalších oxidovaných zlúčenín prenášajú na akceptor privedený z vonkajšej strany bunky, zvyčajne na kyslík. Toto je alternatíva k bunkovému dýchaniu (bez kyslíka k bunkovému dýchaniu nemôže dôjsť).
Kvasenie vs. Bunkové dýchanie
Zatiaľ čo fermentácia môže prebiehať za anaeróbnych podmienok (nedostatok kyslíka), môže sa to stať aj pri nadmernom množstve kyslíka.
Napríklad kvasinky uprednostňujú fermentáciu pred bunkovým dýchaním, ak je k dispozícii dostatok glukózy na podporu procesu, aj keď je k dispozícii dostatok kyslíka.
Glykolýza: štiepenie cukru pred kvasením
Keď sa do bunky dostane energeticky bohatý cukor - najmä glukóza, rozkladá sa v procese zvanom glykolýza. Glykolýza je nevyhnutným krokom tak pre bunkové dýchanie, ako aj pre fermentáciu.
Je to bežná cesta štiepenia cukru, ktorá môže viesť buď k fermentácii, alebo bunkové dýchanie.
Glykolýza nevyžaduje žiadny kyslík
Glykolýza je starodávny biochemický proces, ktorý sa objavil veľmi skoro v evolučnej histórii. Základné reakcie na glykolýzu „vymysleli“ mikroorganizmy dávno predtým, ako sa vyvinula fotosyntéza, ktorá sa objavila zhruba 3,5 pred miliardami rokov, ale trvalo by zhruba 1,5 miliardy rokov, kým by sa moria a atmosféra naplnili akýmkoľvek znateľným množstvom kyslík.
Teda aj zložité eukaryoty (biologická doména zahŕňajúca živočíchy, rastliny, huby a protistické ríše) sú schopné produkovať energiu bez dýchania, bez kyslíka atď. V kvasinkách, ktoré patria do ríše húb, sa fermentujú chemické produkty glykolýzy, ktoré produkujú energiu pre bunku.
Od glykolýzy po kvasenie
Na konci glykolýzy bude šesťuhlíková štruktúra glukózy rozdelená na dve molekuly trojuhlíkovej zlúčeniny nazývanej pyruvát. Vyrába sa tiež chemická látka NADH z „oxidovanejšej“ chemikálie nazývanej NAD +.
V kvasinkách podlieha pyruvát „redukcii“, získavaniu elektrónov, ktoré sa potom prenášajú z NADH produkovaného skôr pri glykolýze za vzniku acetaldehydu a oxidu uhličitého.
Acetaldehyd sa potom ďalej redukuje na etylalkohol, hlavný produkt fermentácie. U zvierat, vrátane ľudí, môže pyruvát fermentovať, keď je dostupnosť kyslíka nízka. To platí najmä pre svalové bunky. Ak sa to stane, hoci sa vytvorí malé množstvo alkoholu, väčšina pyruvátu z glykolýzy sa nezníži na alkohol, ale na kyselina mliečna.
Zatiaľ čo kyselina mliečna môže opustiť živočíšne bunky a použiť ju na výrobu energie v srdci, môže sa hromadiť vo svaloch, čo spôsobuje bolesť a znižuje športový výkon. Toto je pocit „pálenia“, ktorý pociťujete po zdvíhaní závažia, dlhodobom behu, šprinte, zdvíhaní ťažkých boxov atď.
ATP a výroba energie fermentáciou
Univerzálnym nosičom energie v bunkách je chemická látka známa ako ATP (adenozíntrifosfát). Ak využívajú kyslík, môžu bunky produkovať ATP glykolýzou, po ktorej nasleduje bunkové dýchanie - tak, že jedna molekula glukózového cukru poskytne 36-38 molekúl ATP, v závislosti od typu bunky.
Z týchto 36 - 38 molekúl ATP sa počas fázy glykolýzy produkujú iba dve. Ak teda používajú fermentáciu ako alternatívu k bunkovému dýchaniu, bunky vytvárajú oveľa menej energie ako pri použití dýchania. Avšak pri nízkom obsahu kyslíka alebo za anaeróbnych podmienok môže fermentácia udržiavať organizmus nažive a prežiť, pretože bez kyslíka by inak nemal dýchanie.
Používa sa na kvasenie
Ľudia využívajú proces fermentácie na svoj vlastný prospech, najmä pokiaľ ide o jedlo a pitie. Výroba chleba, výroba piva a vína, kyslé uhorky, jogurty a kombucha to všetko využívajú proces fermentácie.