Όλα τα ζωντανά πράγματα πρέπει να έχουν συνεχείς πηγές ενέργειας για να συνεχίσουν να εκτελούν ακόμα και τις πιο βασικές λειτουργίες ζωής. Είτε η ενέργεια αυτή προέρχεται κατευθείαν από τον ήλιο μέσω της φωτοσύνθεσης είτε μέσω της κατανάλωσης φυτών ή ζώα, η ενέργεια πρέπει να καταναλώνεται και στη συνέχεια να μετατρέπεται σε χρήσιμη μορφή όπως η τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ).
Πολλοί μηχανισμοί μπορούν να μετατρέψουν την αρχική πηγή ενέργειας σε ATP. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος είναι μέσω αερόβια αναπνοή, που απαιτεί οξυγόνο. Αυτή η μέθοδος δίνει τα περισσότερα ΑΤΡ ανά εισροή ενέργειας. Ωστόσο, αν δεν είναι διαθέσιμο οξυγόνο, ο οργανισμός πρέπει να μετατρέψει ακόμα την ενέργεια με άλλα μέσα. Τέτοιες διαδικασίες που συμβαίνουν χωρίς οξυγόνο ονομάζονται αναερόβιες. Η ζύμωση είναι ένας συνηθισμένος τρόπος για τα ζωντανά πράγματα να κάνουν το ΑΤΡ χωρίς οξυγόνο. Αυτό κάνει τη ζύμωση το ίδιο πράγμα με την αναερόβια αναπνοή;
Η σύντομη απάντηση είναι όχι. Παρόλο που έχουν παρόμοια μέρη και δεν χρησιμοποιούν οξυγόνο, υπάρχουν διαφορές μεταξύ της ζύμωσης και της αναερόβιας αναπνοής. Στην πραγματικότητα, η αναερόβια αναπνοή μοιάζει περισσότερο με την αερόβια αναπνοή από ότι είναι η ζύμωση.
Ζύμωση
Οι περισσότερες τάξεις επιστήμης συζητούν ζύμωση μόνο ως εναλλακτική λύση στην αερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή ξεκινά με μια διαδικασία που ονομάζεται γλυκόλυση, στην οποία διασπάται ένας υδατάνθρακας όπως η γλυκόζη και, αφού χάσει κάποια ηλεκτρόνια, σχηματίζει ένα μόριο που ονομάζεται πυροσταφυλικό. Εάν υπάρχει επαρκής παροχή οξυγόνου ή μερικές φορές άλλοι τύποι αποδέκτες ηλεκτρονίων, το πυροσταφυλικό σύστημα μετακινείται στο επόμενο μέρος αερόβιας αναπνοής. Η διαδικασία της γλυκόλυσης κάνει καθαρό κέρδος 2 ATP.
Η ζύμωση είναι ουσιαστικά η ίδια διαδικασία. Ο υδατάνθρακας διασπάται, αλλά αντί να κάνει πυροσταφυλικό, το τελικό προϊόν είναι ένα διαφορετικό μόριο ανάλογα με τον τύπο της ζύμωσης. Η ζύμωση προκαλείται συχνότερα από την έλλειψη επαρκούς ποσότητας οξυγόνου για να συνεχίσει να τρέχει η αερόβια αλυσίδα αναπνοής. Οι άνθρωποι υποβάλλονται σε ζύμωση γαλακτικού οξέος. Αντί να τελειώνει με πυροσταφυλικό, δημιουργείται γαλακτικό οξύ.
Άλλοι οργανισμοί μπορούν να υποβληθούν σε αλκοολική ζύμωση, όπου το αποτέλεσμα δεν είναι ούτε πυροσταφυλικό ούτε γαλακτικό οξύ. Στην περίπτωση αυτή, ο οργανισμός κάνει την αιθυλική αλκοόλη. Άλλοι τύποι ζύμωσης είναι λιγότερο συνήθεις, αλλά όλες παράγουν διαφορετικά προϊόντα ανάλογα με τον οργανισμό που υφίσταται ζύμωση. Δεδομένου ότι η ζύμωση δεν χρησιμοποιεί την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, δεν θεωρείται ως είδος αναπνοής.
Αναερόβια αναπνοή
Παρόλο που η ζύμωση γίνεται χωρίς οξυγόνο, δεν είναι η ίδια με την αναερόβια αναπνοή. Η αναερόβια αναπνοή αρχίζει με τον ίδιο τρόπο όπως και η αερόβια αναπνοή και η ζύμωση. Το πρώτο βήμα είναι ακόμα η γλυκόλυση και δημιουργεί ακόμα 2 ΑΤΡ από ένα μόριο υδατάνθρακα. Ωστόσο, αντί να τερματίζεται με γλυκόλυση, όπως η ζύμωση, η αναερόβια αναπνοή δημιουργεί πυροσταφυλικό και στη συνέχεια συνεχίζεται στην ίδια πορεία με την αερόβια αναπνοή.
Μετά την παρασκευή ενός μορίου που ονομάζεται ακετυλο-συνένζυμο Α, συνεχίζει στον κύκλο του κιτρικού οξέος. Δημιουργούνται περισσότεροι φορείς ηλεκτρονίων και στη συνέχεια όλα καταλήγουν στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Οι φορείς ηλεκτρονίων εναποθέτουν τα ηλεκτρόνια στην αρχή της αλυσίδας και στη συνέχεια, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται χημιοσμωτική, παράγουν πολλά ATP. Για να συνεχίσει η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, πρέπει να υπάρχει ένας τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων. Αν ο δέκτης είναι οξυγόνο, η διαδικασία θεωρείται αερόβια αναπνοή. Ωστόσο, ορισμένοι τύποι οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων πολλών τύπων βακτηρίων και άλλων μικροοργανισμών, μπορούν να χρησιμοποιούν διαφορετικούς τελικούς δέκτες ηλεκτρονίων. Αυτά περιλαμβάνουν τα νιτρικά ιόντα, τα θειικά ιόντα ή ακόμα και το διοξείδιο του άνθρακα.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ζύμωση και η αναερόβια αναπνοή είναι παλαιότερες διαδικασίες από την αερόβια αναπνοή. Η έλλειψη οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της πρώιμης Γης έκανε την αερόβια αναπνοή αδύνατη. Διά μέσου εξέλιξη, ευκαρυωτών απέκτησε την ικανότητα να χρησιμοποιεί το «απόβλητο» οξυγόνου από τη φωτοσύνθεση για να δημιουργήσει αερόβια αναπνοή.