La glycolyse est la première étape de la respiration cellulaire, et elle ne nécessite pas d'oxygène pour continuer. La glycolyse convertit une molécule de sucre en deux molécules de pyruvate, produisant également deux molécules chacune d'adénosine triphosphate (ATP) et de nicotinamide adénine dinucléotide (NADH). En l'absence d'oxygène, une cellule peut métaboliser les pyruvates par le processus de fermentation.

Métabolisme énergétique

L'ATP est la molécule de stockage d'énergie de la cellule, alors que le NADH et sa version oxydée, NAD +, participent dans les réactions cellulaires qui impliquent le transfert d'électrons, connues sous le nom de réactions redox. Si l'oxygène est présent, la cellule peut extraire l'énergie chimique substantielle en décomposant le pyruvate par le cycle d'acide citrique, qui convertit le NADH en NAD +. Sans oxydation, la cellule doit utiliser la fermentation pour oxyder le NADH avant qu'elle n'atteigne des niveaux insalubres.

Fermentation homolactique

La pyruvate est une molécule à trois carbones que l'enzyme lactate déshydrogénase convertit en lactate à travers le processus connu sous le nom de fermentation homolactique. Dans le processus, NADH est oxydé en NAD + qui est nécessaire pour que la glycolyse se poursuive. En l'absence d'oxygène, la fermentation homolactique empêche l'accumulation de NADH, ce qui stopperait la glycolyse et priverait la cellule de sa source d'énergie. La fermentation ne donne aucune molécule d'ATP, mais elle permet à la glycolyse de continuer et de produire un petit filet d'ATP. Dans la fermentation homolactique, le lactate est le seul produit.

Fermentation hétéro-lactique

En l'absence d'oxygène, certains organismes comme la levure peuvent convertir le pyruvate en dioxyde de carbone et en éthanol. Les brasseurs profitent de ce processus pour transformer la purée de céréales en bière. La fermentation hétérolactique se déroule en deux étapes. D'abord, l'enzyme pyruvate déshydrogénase convertit le pyruvate en acétaldéhyde. Dans la deuxième étape, l'enzyme alcool déshydrogénase transfère l'hydrogène du NADH à l'acétaldéhyde, le convertissant en éthanol et en dioxyde de carbone. Le processus régénère également NAD +, ce qui permet à la glycolyse de continuer.

Ressentir la brûlure

Si vous avez déjà senti vos muscles brûler pendant une activité physique intense, vous ressentez l'effet de la fermentation homolactique vos cellules musculaires. L'exercice intense épuise temporairement l'apport d'oxygène d'une cellule. Dans ces conditions, les muscles métabolisent le pyruvate en acide lactique, ce qui produit la sensation de brûlure familière. Cependant, il s'agit d'une réaction provisoire aux faibles niveaux d'oxygène. Sans oxygène, les cellules peuvent rapidement mourir.

Chou et yaourt

La fermentation anaérobie est utilisée pour créer plusieurs aliments en plus de la bière. Par exemple, le chou bénéficie de la fermentation pour produire des délicatesses telles que le kimchi et la choucroute. Certaines souches de bactéries, dont Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophiles, transforment le lait en yaourt par fermentation homolactique. Le processus congèle le lait, donne la saveur de yogourt et augmente l'acidité du lait, ce qui le rend désagréable à de nombreuses bactéries nocives.