発酵は 嫌気性エネルギー生成プロセスです。 酸素 （O 2 ）が乏しい環境に生息する 菌類 や 細菌 によって使用されます。さらに、さまざまな生物の筋肉細胞は、 細胞呼吸 のための酸素の不在下でも発酵を行うことができます。
発酵は、最終的な 電子 受容体が酸素などの外部分子ではなく 有機化合物 であるという点で細胞呼吸とは異なります。しかし、発酵もエネルギー源として グルコース 分子を使用し、細胞呼吸と同じように 解糖 から始まります。このプロセスでは、グルコース分子が分解されて、 ATP 、2 分子のピルビン酸または ピルビン酸 (C 3 H 4 O 3 )、電子、および H + イオンの形でエネルギーが生成されます。電子と H + イオンの一部は 2 分子の NAD + (ニコチンアミドアデニン ジヌクレオチド) によって捕捉され、2 分子の NADH を形成します。
その時点から、発酵は細胞呼吸とは異なる経路をたどります。 電子伝達連鎖 が起こらないため、解糖系で生成された 2 つの NADH は電子を放出して NAD + に戻ることができません。 NAD + のこの再生が起こるために、発酵では他の反応が行われます。これらの反応では、有機分子が NADH からの電子のアクセプターとして機能し、NAD + の帰還を可能にし、その後、解糖系で再び作用することができます。この有機分子の性質は発酵を行う生物によって異なり、 乳酸 や エタノール などになります。したがって、乳酸発酵とアルコール発酵の 2 種類の発酵が存在します。
乳酸発酵 では、NADH がその電子をピルビン酸に直接伝達し、副産物として乳酸 (C 3 H 6 O 3 ) を生成します。このタイプの発酵は、牛乳を発酵させる細菌によって行われ、乳酸によるわずかに酸味のあるヨーグルトなどの製品が生成されます。この酸はまた、牛乳の pH を低下させ、そのタンパク質の凝固を引き起こし、チーズの製造に使用される固体のカードを生成します。
筋肉細胞は、多大な肉体的努力などの低酸素状況でも乳酸発酵を行います。このような場合、O 2 濃度が低いため細胞呼吸が困難になり、その結果、細胞はエネルギーを得るために発酵を利用します。この代替法のマイナス面は、筋肉痛を引き起こす細胞内の乳酸の蓄積ですが、最近の研究では、この蓄積が痛みの原因ではないことが示唆されています。いずれの場合も、筋肉細胞で生成された乳酸は、血流を介して 肝臓 に徐々に輸送され、そこでピルビン酸に変換されて、細胞呼吸の残りの反応に使用されます。
アルコール発酵 では、NADH がピルビン酸誘導体に電子を与え、エタノールを生成します。このプロセスは 2 つの反応を通じて実行されます。最初の段階では、ピルビン酸分子が分解されて 2 分子のアセトアルデヒド (C 2 H 4 O) が生成され、2 分子の 二酸化炭素 (CO 2 ) が放出されます。 2 番目の反応では、2 つの NADH 分子が電子を 2 つのアセトアルデヒドに渡し、それらを 2 つのエタノール分子 (C 2 H 6 O) に変換し、NAD + を再生します。このタイプの発酵は、 サッカロミセス セレビシエ と呼ばれる 酵母 タイプの真菌によって行われます。エタノールの生産によるアルコール飲料の製造や、放出される二酸化炭素が生地を膨張させるため生物学的酵母の生産に使用されます。
参考文献:
Amabis、JM & Martho、GR、2006 年。現代生物学の基礎: 1 冊。第 4 版、モデルナ編集部、サンパウロ、839 ページ。
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