La fermentazione anaerobica è un metodo utilizzato dalle cellule per estrarre energia dai carboidrati quando l’ossigeno o altri accettori di elettroni non sono disponibili nell’ambiente circostante. Questo lo differenzia dalla respirazione anaerobica, che non usa ossigeno ma usa molecole che accettano gli elettroni che provengono dall’esterno della cellula. Il processo può seguire la glicolisi come passo successivo nella scomposizione del glucosio e di altri zuccheri per produrre molecole di adenosina trifosfato (ATP) che creano una fonte di energia per la cellula.
Attraverso questo metodo, una cellula è in grado di rigenerare la nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+) dalla forma ridotta di nicotinammide adenina dinucleotide (NADH), una molecola necessaria per continuare la glicolisi. La fermentazione anaerobica si basa sugli enzimi per aggiungere un gruppo fosfato a una singola molecola di adenosina difosfato (ADP) per produrre ATP, il che significa che è una forma di fosforilazione a livello di substrato. Ciò contrasta con la fosforilazione ossidativa, che utilizza l’energia da un gradiente protonico stabilito per produrre ATP.
Esistono due tipi principali di fermentazione anaerobica: fermentazione dell’etanolo e fermentazione dell’acido lattico. Entrambi ripristinano il NAD+ per consentire a una cellula di continuare a generare ATP attraverso la glicolisi. La fermentazione dell’etanolo converte due molecole di piruvato, i prodotti della glicolisi, in due molecole di etanolo e due molecole di anidride carbonica. La reazione è un processo in due fasi in cui il piruvato viene prima convertito in acetaldeide e anidride carbonica dall’enzima piruvato decarbossilasi.
Nella seconda fase, l’alcol deidrogenasi converte l’acetaldeide in etanolo. Questo processo metabolico si verifica in alcuni tipi di cellule batteriche e nelle cellule di lievito. Questo rende il lievito popolare per la produzione di pane, birra e vino, utilizzando l’anidride carbonica o l’etanolo dalla fermentazione.
La fermentazione dell’acido lattico è un’altra forma di fermentazione anaerobica ed è comunemente usata dalle cellule muscolari durante i periodi di stress quando non è disponibile abbastanza ossigeno. Queste cellule convertono le due molecole di piruvato dalla glicolisi in due molecole di L-lattato utilizzando l’enzima lattato deidrogenasi. Questo processo è noto come fermentazione omolattica, perché due molecole di piruvato subiscono le stesse reazioni chimiche e questa forma di fermentazione dell’acido lattico si verifica nelle cellule muscolari animali e nei globuli rossi.
Nella fermentazione eterolattica, le molecole di piruvato subiscono diverse reazioni chimiche. Uno viene convertito in lattato, mentre l’altro viene convertito in etanolo e anidride carbonica. Questo processo si verifica in alcune specie di organismi anaerobici.
Negli animali, il sottoprodotto lattato della fermentazione anaerobica viene pompato nel flusso sanguigno, dove viene trasportato al fegato. In un processo chiamato ciclo di Cori, il fegato utilizza il proprio insieme di enzimi per riconvertire il lattato in glucosio, dove può essere riciclato dall’organismo. Il glucosio viene solitamente riportato ai muscoli, dove può essere immagazzinato come glicogeno per future esigenze energetiche.