Co to jest fermentacja beztlenowa?

Fermentacja beztlenowa to metoda wykorzystywana przez komórki do pozyskiwania energii z węglowodanów, gdy tlen lub inne akceptory elektronów nie są dostępne w otaczającym środowisku. To odróżnia go od oddychania beztlenowego, które nie wykorzystuje tlenu, ale wykorzystuje cząsteczki akceptujące elektrony, które pochodzą spoza komórki. Proces ten może następować po glikolizie jako kolejnym etapie rozkładu glukozy i innych cukrów w celu wytworzenia cząsteczek trifosforanu adenozyny (ATP), które tworzą źródło energii dla komórki.

Dzięki tej metodzie komórka jest w stanie zregenerować dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NAD +) ze zredukowanej formy dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADH), cząsteczki niezbędnej do kontynuowania glikolizy. Fermentacja beztlenowa polega na enzymach dodających grupę fosforanową do pojedynczej cząsteczki difosforanu adenozyny (ADP) w celu wytworzenia ATP, co oznacza, że ​​jest to forma fosforylacji na poziomie substratu. Kontrastuje to z fosforylacją oksydacyjną, która wykorzystuje energię z ustalonego gradientu protonu do wytworzenia ATP.

Istnieją dwa główne rodzaje fermentacji beztlenowej: fermentacja etanolowa i fermentacja kwasu mlekowego. Oba przywracają NAD +, aby umożliwić komórce dalsze generowanie ATP poprzez glikolizę. Fermentacja etanolu przekształca dwie cząsteczki pirogronianu, produkty glikolizy, w dwie cząsteczki etanolu i dwie cząsteczki dwutlenku węgla. Reakcja jest dwuetapowym procesem, w którym pirogronian jest najpierw przekształcany w aldehyd octowy i dwutlenek węgla za pomocą enzymu dekarboksylazy pirogronianowej.

W drugim etapie dehydrogenaza alkoholowa przekształca aldehyd octowy w etanol. Ten proces metaboliczny zachodzi w niektórych typach komórek bakteryjnych i w komórkach drożdży. To sprawia, że ​​drożdże są popularne do robienia chleba, piwa i wina przy użyciu dwutlenku węgla lub etanolu z fermentacji.

Fermentacja kwasu mlekowego jest inną formą fermentacji beztlenowej i jest powszechnie stosowana przez komórki mięśniowe w okresach stresu, gdy nie ma wystarczającej ilości tlenu. Komórki te przekształcają dwie cząsteczki pirogronianu z glikolizy w dwie cząsteczki L-mleczanu za pomocą enzymu dehydrogenazy mleczanowej. Proces ten jest znany jako fermentacja homolaktyczna, ponieważ dwie cząsteczki pirogronianu podlegają takim samym reakcjom chemicznym, a ta forma fermentacji kwasu mlekowego zachodzi w komórkach mięśniowych zwierząt i krwinkach czerwonych.

W fermentacji heterolaktycznej cząsteczki pirogronianu podlegają różnym reakcjom chemicznym. Jeden jest przekształcany w mleczan, a drugi w etanol i dwutlenek węgla. Proces ten zachodzi u niektórych gatunków organizmów beztlenowych.

U zwierząt produkt uboczny mleczanu z fermentacji beztlenowej jest pompowany do krwioobiegu, gdzie jest transportowany do wątroby. W procesie zwanym cyklem Cori wątroba wykorzystuje własny zestaw enzymów, aby przekształcić mleczan z powrotem w glukozę, gdzie może zostać ponownie przetworzony przez organizm. Glukoza jest zwykle transportowana z powrotem do mięśni, gdzie może być przechowywana jako glikogen na przyszłe potrzeby energetyczne.