Glykolýza je prvým krokom v dýchaní buniek a nevyžaduje žiadny kyslík. Glykolýza prevádza molekulu cukru na dve molekuly pyruvátu, pričom tiež produkuje dve molekuly, adenosintrifosfát (ATP) a nikotínamid adenín dinukleotid (NADH). Keď kyslík chýba, bunka môže metabolizovať pyruváty procesom fermentácie.
Energetický metabolizmus
ATP je molekula akumulujúca energiu bunky, zatiaľ čo NADH a jeho oxidovaná verzia NAD + sa zúčastňujú bunkových reakcií, ktoré zahŕňajú prenos elektrónov, známych ako redoxné reakcie. Ak je prítomný kyslík, môže bunka extrahovať značnú chemickú energiu rozkladom pyruvátu cez cyklus kyseliny citrónovej, ktorá premieňa NADH späť na NAD +. Bez oxidácie musí bunka na oxidáciu NADH použiť fermentáciu, kým sa zvýši na nezdravú hladinu.
Homolaktická fermentácia
Pyruvát je trojuhlíková molekula, ktorú enzým laktátdehydrogenáza premieňa na laktát procesom známym ako homolaktická fermentácia. V tomto procese sa NADH oxiduje na NAD +, ktorý je potrebný na uskutočnenie glykolýzy. Pri nedostatku kyslíka zabraňuje homolaktická fermentácia akumulácii NADH, čo by zastavilo glykolýzu a obralo bunku o zdroj energie. Fermentácia neprodukuje žiadne molekuly ATP, ale umožňuje pokračovať v glykolýze a produkuje malý kúsok ATP. Pri homolaktickej fermentácii je jediným produktom laktát.
Heterolaktická fermentácia
Pri nedostatku kyslíka môžu určité organizmy, ako napríklad kvasinky, premeniť pyruvát na oxid uhličitý a etanol. Pivovarníci využívajú tento proces na premenu obilnej kaše na pivo. Heterolaktická fermentácia prebieha v dvoch krokoch. Najskôr enzým pyruvát dehydrogenáza prevádza pyruvát na acetaldehyd. V druhom kroku enzým alkohol-dehydrogenáza prenáša vodík z NADH na acetaldehyd a prevádza ho na etanol a oxid uhličitý. Proces tiež regeneruje NAD +, čo umožňuje pokračovať v glykolýze.
Pocit popálenia
Ak ste niekedy cítili, že vaše svaly horia pri veľkej fyzickej aktivite, pociťujete účinok homolaktickej fermentácie vo vašich svalových bunkách. Namáhavé cvičenie dočasne vyčerpá dodávku kyslíka do bunky. Za týchto podmienok svaly metabolizujú pyruvát na kyselinu mliečnu, ktorá vyvoláva známy pocit pálenia. Jedná sa však o medzičasovú reakciu na nízku hladinu kyslíka. Bez kyslíka môžu bunky rýchlo zomrieť.
Kapusta a jogurt
Anaeróbnou fermentáciou sa okrem piva vyrába aj niekoľko ďalších potravín. Napríklad kapusta má výhody z fermentácie, aby priniesla pochúťky ako kimchee a kyslá kapusta. Určité kmene baktérií, vrátane Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophiles, premieňajú mlieko na jogurt homolaktickou fermentáciou. Tento proces tuhne mlieko, dodáva jogurtu príchuť a zvyšuje kyslosť mlieka, čo z neho robí nechutné množstvo škodlivých baktérií.