La fermentación anaeróbica es un método que utilizan las células para extraer energía de los carbohidratos cuando el oxígeno u otros aceptores de electrones no están disponibles en el entorno circundante. Esto la diferencia de la respiración anaeróbica, que no usa oxígeno pero sí moléculas que aceptan electrones que provienen del exterior de la célula. El proceso puede seguir a la glucólisis como el siguiente paso en la descomposición de la glucosa y otros azúcares para producir moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) que crean una fuente de energía para la célula.
Mediante este método, una célula puede regenerar el dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD +) a partir de la forma reducida de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADH), una molécula necesaria para continuar la glucólisis. La fermentación anaeróbica se basa en enzimas para agregar un grupo fosfato a una molécula de difosfato de adenosina (ADP) individual para producir ATP, lo que significa que es una forma de fosforilación a nivel de sustrato. Esto contrasta con la fosforilación oxidativa, que utiliza energía de un gradiente de protones establecido para producir ATP.
Hay dos tipos principales de fermentación anaeróbica: fermentación con etanol y fermentación con ácido láctico. Ambos restauran NAD + para permitir que una célula continúe generando ATP a través de la glucólisis. La fermentación del etanol convierte dos moléculas de piruvato, los productos de la glucólisis, en dos moléculas de etanol y dos moléculas de dióxido de carbono. La reacción es un proceso de dos pasos en el que el piruvato se convierte en acetaldehído y dióxido de carbono primero, mediante la enzima piruvato descarboxilasa.
En el segundo paso, la alcohol deshidrogenasa convierte el acetaldehído en etanol. Este proceso metabólico ocurre en ciertos tipos de células bacterianas y en células de levadura. Esto hace que la levadura sea popular para hacer pan, cerveza y vino, utilizando el dióxido de carbono o el etanol de la fermentación.
La fermentación del ácido láctico es otra forma de fermentación anaeróbica y es comúnmente utilizada por las células musculares durante momentos de estrés cuando no hay suficiente oxígeno disponible. Estas células convierten las dos moléculas de piruvato de la glucólisis en dos moléculas de L-lactato utilizando la enzima lactato deshidrogenasa. Este proceso se conoce como fermentación homoláctica, porque dos moléculas de piruvato experimentan las mismas reacciones químicas, y esta forma de fermentación del ácido láctico ocurre en las células musculares animales y en los glóbulos rojos.
En la fermentación heteroláctica, las moléculas de piruvato sufren diferentes reacciones químicas. Uno se convierte en lactato, mientras que el otro se convierte en etanol y dióxido de carbono. Este proceso ocurre en algunas especies de organismos anaeróbicos.
En los animales, el subproducto de lactato de la fermentación anaeróbica se bombea al torrente sanguíneo, donde se transporta al hígado. En un proceso llamado ciclo de Cori, el hígado usa su propio conjunto de enzimas para convertir el lactato nuevamente en glucosa, donde el cuerpo puede reciclarlo. La glucosa generalmente se transporta de regreso a los músculos, donde se puede almacenar como glucógeno para las necesidades energéticas futuras.