Was ist anaerobe Fermentation?
Anaerobe Fermentation ist eine Methode, mit der Zellen Energie aus Kohlenhydraten gewinnen, wenn Sauerstoff oder andere Elektronenakzeptoren in der Umgebung nicht verfügbar sind. Dies unterscheidet es von der anaeroben Atmung, bei der kein Sauerstoff verwendet wird, sondern elektronenaufnehmende Moleküle, die von außerhalb der Zelle stammen. Der Prozess kann der Glykolyse als nächster Schritt beim Abbau von Glucose und anderen Zuckern folgen, um Moleküle von Adenosintriphosphat (ATP) herzustellen, die eine Energiequelle für die Zelle bilden.
Durch dieses Verfahren ist eine Zelle in der Lage, Nicotinamidadenindinukleotid (NAD +) aus der reduzierten Form von Nicotinamidadenindinukleotid (NADH), einem Molekül, das zur Fortsetzung der Glykolyse erforderlich ist, zu regenerieren. Die anaerobe Fermentation beruht auf Enzymen, die eine Phosphatgruppe an ein einzelnes Adenosindiphosphat (ADP) -Molekül anfügen, um ATP zu produzieren. Dies bedeutet, dass es sich um eine Form der Phosphorylierung auf Substratebene handelt. Dies steht im Gegensatz zur oxidativen Phosphorylierung, bei der Energie aus einem festgelegten Protonengradienten zur Erzeugung von ATP verwendet wird.
Es gibt zwei Haupttypen der anaeroben Fermentation: Ethanolfermentation und Milchsäurefermentation. Beide stellen NAD + wieder her, damit eine Zelle weiterhin ATP durch Glykolyse erzeugen kann. Die Ethanolfermentation wandelt zwei Pyruvatmoleküle, die Produkte der Glykolyse, in zwei Moleküle Ethanol und zwei Moleküle Kohlendioxid um. Die Reaktion ist ein zweistufiger Prozess, bei dem Pyruvat zuerst durch das Enzym Pyruvat-Decarboxylase in Acetaldehyd und Kohlendioxid umgewandelt wird.
Im zweiten Schritt wandelt die Alkoholdehydrogenase Acetaldehyd in Ethanol um. Dieser Stoffwechselprozess findet in bestimmten Arten von Bakterienzellen und in Hefezellen statt. Dies macht Hefe für die Herstellung von Brot, Bier und Wein beliebt, indem entweder Kohlendioxid oder Ethanol aus der Fermentation verwendet werden.
Die Milchsäurefermentation ist eine andere Form der anaeroben Fermentation und wird üblicherweise von Muskelzellen in Zeiten von Stress eingesetzt, in denen nicht genügend Sauerstoff verfügbar ist. Diese Zellen wandeln die beiden Pyruvatmoleküle aus der Glykolyse unter Verwendung des Enzyms Lactatdehydrogenase in zwei L-Lactatmoleküle um. Dieser Prozess wird als homolaktische Fermentation bezeichnet, da zwei Pyruvatmoleküle die gleichen chemischen Reaktionen eingehen und diese Form der Milchsäurefermentation in tierischen Muskelzellen und roten Blutkörperchen auftritt.
Bei der heterolaktischen Fermentation reagieren die Pyruvatmoleküle unterschiedlich chemisch. Einer wird in Laktat umgewandelt, während der andere in Ethanol und Kohlendioxid umgewandelt wird. Dieser Prozess tritt bei einigen Arten von anaeroben Organismen auf.
Bei Tieren wird das Laktatnebenprodukt aus der anaeroben Fermentation in die Blutbahn gepumpt und dort zur Leber transportiert. In einem Prozess, der als Cori-Zyklus bezeichnet wird, wandelt die Leber das Laktat mithilfe eigener Enzyme wieder in Glukose um, wo es vom Körper recycelt werden kann. Die Glukose wird normalerweise zu den Muskeln zurücktransportiert, wo sie als Glykogen für den zukünftigen Energiebedarf gespeichert werden kann.