A glicólise é o primeiro passo na respiração celular e não requer oxigênio para prosseguir. A glicólise converte uma molécula de açúcar em duas moléculas de piruvato, produzindo também duas moléculas cada uma de adenosina trifosfato (ATP) e nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH). Quando o oxigênio está ausente, uma célula pode metabolizar os piruvatos através do processo de fermentação.

Metabolismo energético

ATP é a molécula de armazenamento de energia da célula, enquanto NADH e sua versão oxidada, NAD +, participam nas reações celulares que envolvem a transferência de elétrons, conhecidas como reações redox. Se oxigênio estiver presente, a célula pode extrair energia química substancial quebrando o piruvato através do ciclo do ácido cítrico, que converte o NADH de volta para NAD +. Sem oxidação, a célula deve usar fermentação para oxidar o NADH antes de se acumular em níveis não saudáveis.

Fermentação Homolática

O piruvato é uma molécula de três carbonos que a enzima lactato desidrogenase converte em lactato através do processo conhecido como fermentação homolática. No processo, o NADH é oxidado em NAD + que é necessário para a glicólise prosseguir. Na ausência de oxigênio, a fermentação homolática evita que o NADH se acumule, o que deteria a glicólise e roubaria a célula de sua fonte de energia. A fermentação não produz moléculas de ATP, mas permite que a glicólise continue e produza um pequeno fluxo de ATPs. Na fermentação homolática, o lactato é o único produto.

Fermentação heterolática

Na ausência de oxigênio, certos organismos, como a levedura, podem converter o piruvato em dióxido de carbono e etanol. Os fabricantes de cerveja capitalizam esse processo para converter a mistura de grãos em cerveja. A fermentação heterolática prossegue em duas etapas. Primeiro, a enzima piruvato desidrogenase converte piruvato em acetaldeído. Na segunda etapa, a enzima álcool desidrogenase transfere hidrogênio do NADH para o acetaldeído, convertendo-o em etanol e dióxido de carbono. O processo também regenera o NAD +, que permite que a glicólise continue.

Sentindo a Queimadura

Se você já sentiu seus músculos queimarem durante a atividade física pesada, você está experimentando o efeito da fermentação homolática em suas células musculares. Exercícios extenuantes esgotam temporariamente o suprimento de oxigênio das células. Sob essas condições, os músculos metabolizam o piruvato em ácido láctico, o que produz a sensação de queimação familiar. No entanto, esta é uma reação paliativa aos baixos níveis de oxigênio. Sem oxigênio, as células podem morrer rapidamente.

Repolho e Iogurte

A fermentação anaeróbica é usada para criar vários alimentos além da cerveja. Por exemplo, o repolho se beneficia da fermentação para produzir iguarias como kimchee e chucrute. Certas estirpes de bactérias, incluindo Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophiles, convertem o leite em iogurte através da fermentação homoláctica. O processo congela o leite, dá sabor ao iogurte e aumenta a acidez do leite, o que o torna intragável para muitas bactérias nocivas.