La produzione di energia da composti organici, come il glucosio, per ossidazione utilizzando composti chimici (solitamente organici) all'interno di una cellula come "accettori di elettroni" è detta fermentazione. Questa è un'alternativa alla respirazione cellulare, in cui gli elettroni del glucosio e di altri composti ossidati vengono trasferiti ad un accettore portato dall'esterno della cellula, tipicamente ossigeno.
Fermentazione vs. Respirazione cellulare
Mentre la fermentazione può avvenire in condizioni anaerobiche (mancanza di ossigeno), può avvenire anche quando l'ossigeno è abbondante. Il lievito, ad esempio, preferisce la fermentazione alla respirazione cellulare se è disponibile una quantità di glucosio sufficiente a supportare il processo, anche se è disponibile abbondante ossigeno.
Glicolisi: la ripartizione dello zucchero prima della fermentazione
Quando zucchero ricco di energia - glucosio in particolare - entra in una cellula, è scomposto in un processo chiamato glicolisi. La glicolisi è un passo fondamentale sia per la respirazione cellulare che per la fermentazione. È una via comune per la disgregazione dello zucchero, che può portare a entrambi i processi.
Le principali reazioni alla glicolisi furono "inventate" da microrganismi molto prima della fotosintesi, che emerse approssimativamente 3,5 miliardi di anni fa, ma che richiederebbero circa 1,5 miliardi di anni per riempire i mari e l'atmosfera con una quantità apprezzabile di ossigeno. Pertanto, anche gli eucarioti complessi (il "dominio" biologico che include l'animale, le piante, i funghi e i regni protisti) sono in grado di produrre energia senza ossigeno. Nel lievito, che appartiene al regno dei funghi, i prodotti chimici della glicolisi vengono fermentati per produrre energia per la cellula.
Dalla glicolisi alla fermentazione
Alla fine della glicolisi, il sei-carbonio la struttura del glucosio è divisa in due molecole del composto tre-carbonio "piruvato". Anche prodotto è il NADH chimico, da una sostanza chimica più "ossidata" chiamata NAD +. Nel lievito, il piruvato subisce la "riduzione", l'ottenimento di elettroni, che vengono poi trasferiti dal NADH prodotto in precedenza nella glicolisi per produrre acetaldeide e anidride carbonica. L'acetaldeide viene quindi ridotta ulteriormente all'alcol etilico, il prodotto finale della fermentazione. Negli animali, incluso l'uomo, il piruvato può essere fermentato quando la disponibilità di ossigeno è bassa. Questo è particolarmente vero nelle cellule muscolari. Quando ciò accade, anche se vengono prodotte piccole quantità di alcol, la maggior parte del piruvato derivante dalla glicolisi viene ridotta non all'alcol, ma piuttosto all'acido lattico. Mentre l'acido lattico può lasciare le cellule animali e essere utilizzato per produrre energia nel cuore, può accumularsi all'interno dei muscoli, causando dolore e diminuendo le prestazioni atletiche.
ATP e produzione di energia tramite la fermentazione
vettore energetico universale nelle cellule è una sostanza chimica nota come ATP. Se si utilizza l'ossigeno, le cellule possono produrre ATP attraverso la glicolisi seguita dalla respirazione cellulare - in modo tale che una molecola di zucchero glucosio produca 36-38 molecole di ATP, a seconda del tipo di cellula. Di queste 36-38 molecole di ATP, solo due sono prodotte durante la fase di glicolisi. Quindi, se si utilizza la fermentazione come alternativa alla respirazione cellulare, le cellule consumano molta meno energia di quella che usano la respirazione.
