Visām dzīvajām lietām jābūt pastāvīgiem enerģijas avotiem, lai turpinātu veikt pat visvienkāršākās dzīves funkcijas. Neatkarīgi no tā, vai šī enerģija nāk tieši no saules caur fotosintēzi vai caur ēšanas augiem vai dzīvniekiem, enerģija ir jāizlieto un pēc tam jāmaina izmantojamā formā, piemēram, adenozīna trifosfātā (ATP).
Daudzi mehānismi var pārveidot sākotnējo enerģijas avotu ATP. Visefektīvākais veids ir cauri aerobā elpošana, kas prasa skābeklis. Šī metode dod visvairāk ATP uz vienu enerģijas ieguldījumu. Tomēr, ja skābeklis nav pieejams, organismam enerģija jāpārveido, izmantojot citus līdzekļus. Šādus procesus, kas notiek bez skābekļa, sauc par anaerobiem. Fermentācija ir izplatīts veids, kā dzīvās lietas padarīt ATP bez skābekļa. Vai tas fermentāciju padara par tādu pašu kā anaerobā elpošana?
Īsā atbilde ir nē. Pat ja tām ir līdzīgas daļas un neviena no tām neizmanto skābekli, pastāv atšķirības starp fermentāciju un anaerobo elpošanu. Faktiski anaerobā elpošana daudz vairāk līdzinās aerobai elpošanai, nevis kā fermentācija.
Fermentācija
Lielākā daļa dabaszinātņu stundu diskutē fermentācija tikai kā alternatīva aerobai elpošanai. Aerobā elpošana sākas ar procesu, ko sauc par glikolīze, kurā tiek sadalīts ogļhidrāts, piemēram, glikoze, un pēc dažu elektronu zaudēšanas veido molekulu, ko sauc par piruvātu. Ja ir pietiekams daudzums skābekļa vai dažreiz cita veida elektronu akceptori, piruvāts pāriet uz nākamo aerošās elpošanas daļu. Glikolīzes procesā tiek iegūts 2 ATP tīrais ieguvums.
Fermentācija būtībā ir tas pats process. Ogļhidrāti tiek sadalīti, bet tā vietā, lai veidotu piruvātu, galaprodukts ir atšķirīga molekula atkarībā no fermentācijas veida. Fermentāciju visbiežāk izraisa pietiekama skābekļa daudzuma trūkums, lai turpinātu darboties aerobo elpošanas ķēdi. Cilvēkiem notiek pienskābes fermentācija. Tā vietā, lai pabeigtu ar piruvātu, tiek izveidota pienskābe.
Citos organismos var notikt alkoholiska fermentācija, ja rezultāts nav ne piruvāts, ne pienskābe. Šajā gadījumā organisms ražo etilspirtu. Cita veida fermentācija ir retāk sastopama, taču atkarībā no organisma, kurā notiek fermentācija, visi dod dažādus produktus. Tā kā fermentācijā neizmanto elektronu transporta ķēdi, to neuzskata par elpošanas veidu.
Anaerobā elpošana
Kaut arī fermentācija notiek bez skābekļa, tā nav tas pats, kas anaeroba elpošana. Anaerobā elpošana sākas tāpat kā aerobā elpošana un fermentācija. Pirmais solis joprojām ir glikolīze, un tas joprojām rada 2 ATP no vienas ogļhidrātu molekulas. Tomēr tā vietā, lai beigtos ar glikolīzi, kā notiek fermentācija, anaerobā elpošana rada piruvātu un pēc tam turpina to pašu ceļu kā aerobā elpošana.
Pēc molekulas, ko sauc par acetilkoenzīmu A, pagatavošanas tas turpina citronskābes ciklu. Tiek izgatavoti vairāk elektronu nesēju, un tad viss nonāk pie elektronu transporta ķēdes. Elektronu nesēji elektronus nogulsnē ķēdes sākumā un pēc tam ar procesu, ko sauc par ķemiozmozi, rada daudz ATP. Lai elektronu transportēšanas ķēde turpinātu darbu, ir jābūt galīgajam elektronu pieņēmējam. Ja akceptors ir skābeklis, procesu uzskata par aerobo elpošanu. Tomēr daži organismu veidi, ieskaitot daudzus baktēriju un citu mikroorganismu veidus, var izmantot dažādus elektronu galīgos akceptorus. Tie ietver nitrātu jonus, sulfāta jonus vai pat oglekļa dioksīdu.
Zinātnieki uzskata, ka fermentācija un anaerobā elpošana ir senāki procesi nekā aerobā elpošana. Skābekļa trūkums Zemes agrīnajā atmosfērā padarīja aerobo elpošanu neiespējamu. Caur evolūcija, eikarioti ieguva spēju izmantot skābekļa "atkritumus" no fotosintēzes, lai radītu aerobo elpošanu.