Visi gyvi daiktai turi turėti nuolatinius energijos šaltinius, kad galėtų tęsti net pagrindines gyvenimo funkcijas. Nesvarbu, ar ta energija patenka tiesiai iš saulės, vykstant fotosintezei, ar valgant augalus, ar gyvūnams, energija turi būti sunaudota ir tada pakeista į tokią naudojimo formą kaip adenozino trifosfatas (ATP).
Daugybė mechanizmų gali pradinį energijos šaltinį paversti ATP. Veiksmingiausias būdas yra aerobinis kvėpavimas, kuri reikalauja deguonies. Šis metodas suteikia daugiausiai ATP energijos sąnaudoms. Tačiau jei deguonies nėra, organizmas vis tiek turi konvertuoti energiją kitomis priemonėmis. Tokie procesai, kurie vyksta be deguonies, vadinami anaerobiniais. Fermentacija yra įprastas būdas gyviesiems dalykams gaminti ATP be deguonies. Ar dėl to fermentacija yra tas pats, kas anaerobinis kvėpavimas?
Trumpas atsakymas yra ne. Nors jie turi panašias dalis ir nenaudoja deguonies, yra skirtumų tarp fermentacijos ir anaerobinio kvėpavimo. Tiesą sakant, anaerobinis kvėpavimas yra daug panašesnis į aerobinį kvėpavimą nei į fermentaciją.
Fermentacija
Daugelis gamtos mokslų klasių diskutuoja fermentacija tik kaip alternatyva aerobiniam kvėpavimui. Aerobinis kvėpavimas prasideda procesu, vadinamu glikolizė, kuriame skaidomas angliavandenis, toks kaip gliukozė, ir, praradęs keletą elektronų, suformuoja molekulę, vadinamą piruvatu. Jei yra pakankamai deguonies ar kartais kitokių elektronų receptorių, piruvatas pereina į kitą aerobinio kvėpavimo dalį. Glikolizės proceso metu gaunamas 2 ATP grynasis pelnas.
Fermentacija iš esmės yra tas pats procesas. Angliavandeniai suskaidomi, tačiau užuot gaminęs piruvatą, galutinis produktas yra skirtinga molekulė, priklausomai nuo fermentacijos tipo. Fermentaciją dažniausiai sukelia nepakankamas deguonies kiekis, kad būtų galima tęsti aerobinio kvėpavimo grandinę. Žmonės patiria pieno rūgšties fermentaciją. Vietoj to, kad būtų baigtas piruvatu, sukuriama pieno rūgštis.
Kiti organizmai gali fermentuoti alkoholį, kai rezultatas nėra nei piruvatas, nei pieno rūgštis. Tokiu atveju organizmas gamina etilo alkoholį. Kiti fermentacijos būdai yra retesni, tačiau visi gauna skirtingus produktus, atsižvelgiant į fermentuojamą organizmą. Kadangi fermentacija nenaudoja elektronų pernešimo grandinės, tai nėra laikoma kvėpavimo rūšimi.
Anaerobinis kvėpavimas
Nors fermentacija vyksta be deguonies, tai nėra tas pats, kas anaerobinis kvėpavimas. Anaerobinis kvėpavimas prasideda taip pat, kaip ir aerobinis kvėpavimas bei fermentacija. Pirmasis žingsnis vis dar yra glikolizė ir vis tiek sukuriama 2 ATP iš vienos angliavandenių molekulės. Tačiau užuot pasibaigęs glikolize, kaip vyksta fermentacija, anaerobinis kvėpavimas sukuria piruvatą ir tęsiasi tuo pačiu keliu kaip ir aerobinis kvėpavimas.
Pagaminęs molekulę, vadinamą acetilkoenzimu A, ji tęsia citrinos rūgšties ciklą. Pagaminama daugiau elektronų nešiklių, ir tada viskas baigiasi elektronų pernešimo grandine. Elektronų nešiotojai nusėda elektronus grandinės pradžioje ir paskui, vadinamu chemiosmoze, sukuria daug ATP. Kad elektronų transportavimo grandinė galėtų tęsti darbą, turi būti galutinis elektronų priėmėjas. Jei tas akceptorius yra deguonis, procesas laikomas aerobiniu kvėpavimu. Tačiau kai kurie organizmų tipai, įskaitant daugelį bakterijų ir kitų mikroorganizmų rūšių, gali naudoti skirtingus galutinius elektronų receptorius. Tai apima nitratų jonus, sulfato jonus ar net anglies dioksidą.
Mokslininkai mano, kad fermentacija ir anaerobinis kvėpavimas yra senesni procesai nei aerobinis kvėpavimas. Dėl deguonies trūkumo ankstyvoje Žemės atmosferoje aerobinis kvėpavimas tapo neįmanomas. Per evoliucija, eukariotai įgijo galimybę panaudoti deguonies „atliekas“ iš fotosintezės kuriant aerobinį kvėpavimą.