嫌気性発酵とは

嫌気性発酵は、周囲の環境で酸素やその他の電子受容体が利用できない場合に、細胞が炭水化物からエネルギーを抽出するために使用する方法です。 これにより、酸素を使用せず、細胞の外側から来る電子受容分子を使用する嫌気性呼吸と区別されます。 このプロセスは、グルコースやその他の糖の分解の次のステップとして解糖に続き、細胞のエネルギー源を作り出すアデノシン三リン酸（ATP）の分子を生成します。

この方法により、細胞は解糖を継続するのに必要な分子であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）の還元型からニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD +）を再生することができます。 嫌気性発酵は、ATPを生成するために個々のアデノシン二リン酸（ADP）分子にリン酸基を付加する酵素に依存しています。これは、基質レベルのリン酸化の一種であることを意味します。 これは、確立されたプロトン勾配からのエネルギーを使用してATPを生成する酸化的リン酸化とは対照的です。

嫌気性発酵には、エタノール発酵と乳酸発酵の2つの主要なタイプがあります。 両方ともNAD +を回復し、細胞が解糖を通じてATPを生成し続けることを可能にします。 エタノール発酵は、解糖の生成物であるピルビン酸2分子をエタノール2分子と二酸化炭素2分子に変換します。 この反応は、ピルビン酸脱炭酸酵素によりピルビン酸が最初にアセトアルデヒドと二酸化炭素に変換される2段階のプロセスです。

2番目のステップでは、アルコールデヒドロゲナーゼがアセトアルデヒドをエタノールに変換します。 この代謝プロセスは、特定の種類の細菌細胞および酵母細胞で発生します。 これにより、発酵からの二酸化炭素またはエタノールのいずれかを使用して、パン、ビール、ワインを作るのに酵母が普及します。

乳酸発酵は嫌気性発酵の別の形態であり、十分な酸素が利用できないストレス時に筋肉細胞によって一般的に使用されます。 これらの細胞は、酵素の乳酸デヒドロゲナーゼを使用して、解糖からのピルビン酸の2つの分子をL-乳酸の2つの分子に変換します。 このプロセスはホモ乳酸発酵として知られています。ピルビン酸の2つの分子が同じ化学反応を起こし、この形式の乳酸発酵が動物の筋肉細胞と赤血球で発生するためです。

ヘテロ乳酸発酵では、ピルビン酸分子は異なる化学反応を起こします。 1つは乳酸に変換され、もう1つはエタノールと二酸化炭素に変換されます。 このプロセスは、ある種の嫌気性生物で起こります。

動物では、嫌気性発酵の乳酸副産物が血流に送り込まれ、肝臓に運ばれます。 コリサイクルと呼ばれるプロセスでは、肝臓は独自の一連の酵素を使用して乳酸をグルコースに戻し、そこで体内でリサイクルできます。 グルコースは通常筋肉に戻され、将来のエネルギーニーズのためにグリコーゲンとして保存できます。