การผลิตพลังงานจากสารประกอบอินทรีย์ เช่น กลูโคส โดยออกซิเดชันโดยใช้สารประกอบเคมี (ปกติคือ อินทรีย์) จากภายในเซลล์ เรียกว่า "ตัวรับอิเล็กตรอน" การหมัก.
นี่เป็นทางเลือกแทนการหายใจของเซลล์ ซึ่งอิเล็กตรอนจากกลูโคสและสารประกอบอื่นๆ ที่ถูกออกซิไดซ์จะถูกถ่ายโอนไปยังตัวรับที่นำมาจากภายนอกเซลล์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วคือออกซิเจน นี่เป็นทางเลือกแทนการหายใจระดับเซลล์ (หากไม่มีออกซิเจน การหายใจระดับเซลล์จะไม่เกิดขึ้น)
การหมักเทียบกับ การหายใจระดับเซลล์
แม้ว่าการหมักจะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน (ขาดออกซิเจน) แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีออกซิเจนมากเช่นกัน
ตัวอย่างเช่น ยีสต์ชอบการหมักมากกว่าการหายใจระดับเซลล์ หากมีกลูโคสเพียงพอเพื่อรองรับกระบวนการนี้ แม้ว่าจะมีออกซิเจนเพียงพอก็ตาม
Glycolysis: การสลายตัวของน้ำตาลก่อนการหมัก
เมื่อน้ำตาลที่อุดมไปด้วยพลังงาน โดยเฉพาะกลูโคสเข้าสู่เซลล์ จะถูกย่อยสลายในกระบวนการที่เรียกว่าไกลโคไลซิส ไกลโคไลซิส เป็นขั้นตอนเบื้องต้นสำหรับการหายใจและการหมักในระดับเซลล์
เป็นเส้นทางทั่วไปในการสลายน้ำตาล ซึ่งอาจนำไปสู่การหมักหรือ การหายใจระดับเซลล์.
Glycolysis ไม่ต้องการออกซิเจน
Glycolysis เป็นกระบวนการทางชีวเคมีในสมัยโบราณ ซึ่งเกิดขึ้นเร็วมากในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ ปฏิกิริยาหลักของ glycolysis ถูก "ประดิษฐ์" โดยจุลินทรีย์มานานก่อนที่จะมีการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเกิดขึ้นประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อน แต่จะใช้เวลาประมาณ 1.5 พันล้านปีในการเติมเต็มทะเลและบรรยากาศด้วยจำนวนใด ๆ ที่ประเมินค่าได้ ออกซิเจน
ดังนั้น แม้แต่ยูคาริโอตที่ซับซ้อน (โดเมนทางชีววิทยาที่รวมถึงสัตว์ พืช เชื้อรา และอาณาจักรโพรทิสต์) ก็สามารถผลิตพลังงานได้โดยไม่ต้องหายใจ ปราศจากออกซิเจน ฯลฯ ในยีสต์ซึ่งเป็นของอาณาจักรเชื้อรา ผลิตภัณฑ์เคมีของไกลโคไลซิสจะถูกหมักเพื่อผลิตพลังงานให้กับเซลล์
จากไกลโคไลซิสสู่การหมัก
ในตอนท้ายของ glycolysis โครงสร้างหกคาร์บอนของกลูโคสจะถูกแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลของสารประกอบสามคาร์บอนที่เรียกว่าไพรูเวต สารเคมีที่ผลิตขึ้นเช่นกันคือ NADH จากสารเคมี "ออกซิไดซ์" ที่เรียกว่า NAD+
ในยีสต์ ไพรูเวตผ่านการ "รีดิวซ์" ซึ่งเป็นการได้มาของอิเล็กตรอน จากนั้นจึงถ่ายโอนจาก NADH ที่ผลิตขึ้นก่อนหน้าในไกลโคไลซิสเพื่อให้เกิดอะซีตัลดีไฮด์และคาร์บอนไดออกไซด์
อะซีตัลดีไฮด์จะลดลงเหลือเอทิลแอลกอฮอล์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการหมัก ในสัตว์รวมทั้งมนุษย์ ไพรูเวตสามารถหมักได้เมื่อมีออกซิเจนต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเซลล์กล้ามเนื้อ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น แม้ว่าจะมีการผลิตแอลกอฮอล์ในปริมาณเล็กน้อย ไพรูเวตส่วนใหญ่จากไกลโคไลซิสจะลดลงไม่ใช่เป็นแอลกอฮอล์ แต่จะลด กรดแลคติก.
แม้ว่ากรดแลคติคสามารถออกจากเซลล์สัตว์และนำไปใช้ผลิตพลังงานในหัวใจได้ แต่ก็สามารถสร้างขึ้นภายในกล้ามเนื้อ ทำให้เกิดความเจ็บปวดและประสิทธิภาพในการเล่นกีฬาลดลง นี่คือความรู้สึก "แสบร้อน" ที่คุณรู้สึกหลังจากยกเวท วิ่งเป็นเวลานาน วิ่งเร็ว ยกกล่องหนัก ฯลฯ
ATP และการผลิตพลังงานผ่านการหมัก
ตัวพาพลังงานสากลในเซลล์เป็นสารเคมีที่เรียกว่า เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต). หากใช้ออกซิเจน เซลล์จะสามารถผลิต ATP ผ่านไกลโคไลซิสตามด้วยการหายใจระดับเซลล์ได้ ดังนั้นน้ำตาลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลจะให้เอทีพี 36-38 โมเลกุล ขึ้นอยู่กับประเภทเซลล์
จาก 36-38 โมเลกุลของ ATP เหล่านี้ มีเพียงสองโมเลกุลเท่านั้นที่ผลิตขึ้นในช่วงระยะไกลโคไลซิส ดังนั้น หากใช้การหมักเป็นทางเลือกแทนการหายใจระดับเซลล์ เซลล์จะสร้างพลังงานน้อยกว่าการใช้การหายใจอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ในสภาวะที่มีออกซิเจนต่ำหรือไม่ใช้ออกซิเจน การหมักสามารถทำให้สิ่งมีชีวิตมีชีวิตอยู่และอยู่รอดได้ เนื่องจากพวกมันจะไม่มีการหายใจหากไม่มีออกซิเจน
ใช้สำหรับหมัก
มนุษย์ใช้กระบวนการหมักเพื่อประโยชน์ของเราเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงอาหารและเครื่องดื่ม การทำขนมปัง การผลิตเบียร์และไวน์ ผักดอง โยเกิร์ต และคอมบูชาล้วนใช้ กระบวนการหมัก.