Виробництво енергії з органічних сполук, таких як глюкоза, шляхом окислення з використанням хімічних (як правило, органічних) сполук усередині клітини як "акцепторів електронів" називається бродіння.
Це альтернатива клітинному диханню, при якому електрони з глюкози та інших сполук, що окислюються, переносяться в акцептор, виведений ззовні клітини, як правило, кисень. Це альтернатива клітинному диханню (без кисню клітинне дихання відбуватися не може).
Бродіння проти Клітинне дихання
Хоча бродіння може відбуватися в анаеробних умовах (нестача кисню), це може відбуватися і тоді, коли кисню достатньо.
Наприклад, дріжджі віддають перевагу бродінню перед клітинним диханням, якщо достатньо глюкози для підтримки процесу, навіть якщо є достатня кількість кисню.
Гліколіз: розщеплення цукру до ферментації
Коли енергетично багатий цукор - зокрема глюкоза - потрапляє в клітину, він розщеплюється в процесі, який називається гліколізом. Гліколіз є необхідним етапом як для клітинного дихання, так і для бродіння.
Це загальний шлях розщеплення цукру, який може призвести або до бродіння, або клітинне дихання.
Гліколіз не вимагає кисню
Гліколіз - це давній біохімічний процес, який виник дуже рано в еволюційній історії. Основні реакції гліколізу були "винайдені" мікроорганізмами задовго до еволюції фотосинтезу, який з'явився приблизно 3,5 мільярди років тому, але для цього потрібно приблизно 1,5 мільярда років, щоб наповнити моря та атмосферу якоюсь помітною кількістю кисень.
Таким чином, навіть складні еукаріоти (біологічний домен, що включає тварин, рослини, гриби та королівства протистів) здатні виробляти енергію без дихання, без кисню тощо. У дріжджах, які належать до царства грибів, хімічні продукти гліколізу ферментуються, виробляючи енергію для клітини.
Від гліколізу до бродіння
В кінці гліколізу шестивуглецева структура глюкози буде розділена на дві молекули тривуглецевої сполуки, званої піруватом. Також виробляється хімічна речовина NADH з більш "окисленої" хімічної речовини, що називається NAD +.
У дріжджах піруват зазнає "відновлення", отримуючи електрони, які потім переносяться з NADH, утвореного раніше в процесі гліколізу, з отриманням ацетальдегіду та вуглекислого газу.
Потім ацетальдегід відновлюється до етилового спирту, остаточного продукту бродіння. У тварин, включаючи людей, піруват може ферментуватися, коли доступність кисню низька. Особливо це стосується м’язових клітин. Коли це трапляється, хоча виробляється незначна кількість алкоголю, більша частина пірувату в результаті гліколізу відновлюється не до алкоголю, а до молочна кислота.
Хоча молочна кислота може залишати клітини тварин і використовуватися для виробництва енергії в серці, вона може накопичуватися в м’язах, викликаючи біль і знижуючи спортивні результати. Це відчуття «печіння», яке ви відчуваєте після підняття тягарів, тривалого бігу, спринту, підняття важких ящиків тощо.
Виробництво АТФ та енергії шляхом бродіння
Універсальним носієм енергії в клітинах є хімічна речовина, відома як АТФ (аденозинтрифосфат). При використанні кисню клітини можуть виробляти АТФ за допомогою гліколізу з подальшим клітинним диханням - таким чином, що одна молекула цукру глюкози дає 36-38 молекул АТФ, залежно від типу клітини.
З цих 36-38 молекул АТФ лише дві виробляються під час фази гліколізу. Таким чином, якщо ферментація використовується як альтернатива клітинному диханню, клітини виробляють значно менше енергії, ніж за допомогою дихання. Однак у низькокисневих або анаеробних умовах бродіння може тримати організм живим і вижити, оскільки в іншому випадку вони не мали б дихання без кисню.
Використовує для бродіння
Люди використовують процес бродіння для власної вигоди, особливо коли мова йде про їжу та напої. Виробництво хліба, виробництво пива та вина, соління, йогурти та комбуча - все це використовується процес бродіння.