La glicolisi è il primo passo nella respirazione cellulare e non richiede ossigeno per procedere. La glicolisi converte una molecola di zucchero in due molecole di piruvato, producendo anche due molecole ciascuna di adenosina trifosfato (ATP) e nicotinammide adenina dinucleotide (NADH). Quando l'ossigeno è assente, una cellula può metabolizzare i piruvati attraverso il processo di fermentazione.

Metabolismo energetico

L'ATP è la molecola di accumulo dell'energia della cellula, mentre il NADH e la sua versione ossidata, NAD +, prendono parte nelle reazioni cellulari che coinvolgono il trasferimento di elettroni, note come reazioni redox. Se è presente ossigeno, la cellula può estrarre energia chimica sostanziale abbattendo il piruvato attraverso il ciclo dell'acido citrico, che converte il NADH in NAD +. Senza l'ossidazione, la cellula deve utilizzare la fermentazione per ossidare l'NADH prima che si trasformi in livelli nocivi.

Fermentazione omolattica

Il piruvato è una molecola di tre carbonio che l'enzima lattato deidrogenasi trasforma in lattato attraverso il processo noto come fermentazione omolattica. Nel processo, NADH è ossidato in NAD + che è necessario per la glicolisi per procedere. In assenza di ossigeno, la fermentazione omolattica impedisce l'accumulo di NADH, il che interromperebbe la glicolisi e priverebbe la cellula della sua fonte di energia. La fermentazione non produce alcuna molecola di ATP, ma consente alla glicolisi di continuare e produrre un piccolo rivolo di ATP. Nella fermentazione omolattica, il lattato è l'unico prodotto.

Fermentazione eterolattica

In assenza di ossigeno, alcuni organismi come il lievito possono convertire il piruvato in anidride carbonica ed etanolo. I birrai sfruttano questo processo per convertire la poltiglia di grano in birra. La fermentazione eterolattica procede in due fasi. Innanzitutto, l'enzima piruvato deidrogenasi converte il piruvato in acetaldeide. Nella seconda fase, l'enzima alcol deidrogenasi trasferisce l'idrogeno dall'NADH all'acetaldeide, convertendolo in etanolo e anidride carbonica. Il processo rigenera anche NAD +, che consente di continuare la glicolisi.

Sentire la bruciatura

Se hai mai sentito i tuoi muscoli bruciare durante una pesante attività fisica, stai sperimentando l'effetto della fermentazione omolattica in le tue cellule muscolari. L'esercizio intenso esaurisce temporaneamente l'apporto di ossigeno di una cellula. In queste condizioni, i muscoli metabolizzano il piruvato in acido lattico, che produce la familiare sensazione di bruciore. Tuttavia, questa è una reazione di stopgap ai bassi livelli di ossigeno. Senza ossigeno, le cellule possono morire rapidamente.

Cavolo e Yogurt

La fermentazione anaerobica viene utilizzata per creare diversi alimenti oltre alla birra. Ad esempio, il cavolo beneficia della fermentazione per produrre prelibatezze come kimchee e crauti. Alcuni ceppi di batteri, tra cui Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophiles, convertono il latte allo yogurt attraverso la fermentazione omolattica. Il processo congela il latte, dà sapore allo yogurt e aumenta l'acidità del latte, che lo rende sgradevole a molti batteri nocivi.