Alle levende wezens moeten constante energiebronnen hebben om zelfs de meest elementaire levensfuncties te kunnen blijven vervullen. Of die energie nu rechtstreeks van de zon komt door fotosynthese of door het eten van planten of dieren moet de energie worden verbruikt en vervolgens worden omgezet in een bruikbare vorm zoals adenosinetrifosfaat (ATP).
Veel mechanismen kunnen de oorspronkelijke energiebron omzetten in ATP. De meest efficiënte manier is door aërobe ademhaling, wat vereist zuurstof. Deze methode geeft de meeste ATP per energie-input. Als er echter geen zuurstof beschikbaar is, moet het organisme de energie nog steeds op andere manieren omzetten. Dergelijke processen die zonder zuurstof plaatsvinden, worden anaëroob genoemd. Fermentatie is een veel voorkomende manier voor levende wezens om ATP te maken zonder zuurstof. Maakt dit fermentatie hetzelfde als anaërobe ademhaling?
Het korte antwoord is nee. Hoewel ze vergelijkbare onderdelen hebben en geen van beide zuurstof gebruiken, zijn er verschillen tussen fermentatie en anaërobe ademhaling. In feite lijkt anaërobe ademhaling veel meer op aerobe ademhaling dan op fermentatie.
Fermentatie
De meeste wetenschapslessen bespreken fermentatie alleen als alternatief voor aerobe ademhaling. Aërobe ademhaling begint met een proces dat wordt genoemd glycolyse, waarin een koolhydraat zoals glucose wordt afgebroken en, na het verlies van enkele elektronen, een molecuul vormt dat pyruvaat wordt genoemd. Als er voldoende zuurstof is, of soms andere soorten elektronenacceptoren, gaat het pyruvaat naar het volgende deel van de aerobe ademhaling. Het proces van glycolyse levert een netto winst op van 2 ATP.
Fermentatie is in wezen hetzelfde proces. Het koolhydraat wordt afgebroken, maar in plaats van pyruvaat te maken, is het eindproduct een ander molecuul, afhankelijk van het type fermentatie. Fermentatie wordt meestal veroorzaakt door een gebrek aan voldoende zuurstof om de aerobe ademhalingsketen te kunnen blijven gebruiken. Mensen ondergaan melkzuurfermentatie. In plaats van af te werken met pyruvaat, ontstaat melkzuur.
Andere organismen kunnen alcoholische gisting ondergaan, met als resultaat pyruvaat noch melkzuur. In dit geval maakt het organisme ethylalcohol. Andere soorten fermentatie komen minder vaak voor, maar leveren allemaal verschillende producten op, afhankelijk van het organisme dat wordt gefermenteerd. Omdat fermentatie geen gebruik maakt van de elektronentransportketen, wordt het niet als een soort ademhaling beschouwd.
Anaërobe ademhaling
Hoewel fermentatie plaatsvindt zonder zuurstof, is dit niet hetzelfde als anaërobe ademhaling. Anaërobe ademhaling begint op dezelfde manier als aerobe ademhaling en fermentatie. De eerste stap is nog steeds glycolyse en het creëert nog steeds 2 ATP uit één koolhydraatmolecuul. In plaats van te eindigen met glycolyse, zoals bij fermentatie, creëert anaërobe ademhaling pyruvaat en gaat dan verder op hetzelfde pad als aerobe ademhaling.
Na het maken van een molecuul genaamd acetyl co-enzym A, gaat het verder naar de citroenzuurcyclus. Er worden meer elektronendragers gemaakt en dan komt alles terecht bij de elektronentransportketen. De elektronendragers zetten de elektronen af aan het begin van de ketting en produceren vervolgens, via een proces dat chemiosmose wordt genoemd, veel ATP. Om de elektronentransportketen te laten blijven werken, moet er een definitieve elektronenacceptor zijn. Als die acceptor zuurstof is, wordt het proces als aërobe ademhaling beschouwd. Sommige soorten organismen, waaronder vele soorten bacteriën en andere micro-organismen, kunnen echter verschillende uiteindelijke elektronenacceptoren gebruiken. Deze omvatten nitraationen, sulfaationen of zelfs kooldioxide.
Wetenschappers zijn van mening dat fermentatie en anaërobe ademhaling oudere processen zijn dan aerobe ademhaling. Gebrek aan zuurstof in de atmosfeer van de vroege aarde maakte aërobe ademhaling onmogelijk. Door evolutie, eukaryoten verwierf het vermogen om het zuurstofafval van fotosynthese te gebruiken om aerobe ademhaling te creëren.