8.9 : Fermentation

Die meisten eukaryotischen Organismen benötigen zum Überleben und zur Ausführung ihrer Funktionen Sauerstoff. Solche Organismen produzieren während der aeroben Atmung große Mengen an Energie, indem sie Glucose und Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasser verstoffwechseln. Die meisten Eukaryoten können jedoch auch in Abwesenheit von Sauerstoff bedingt Energie erzeugen. Dies geschieht dann über den anaeroben Stoffwechselweg.

Die aerobe Atmung verläuft durch eine Reihe von Oxidations-Reduktionsreaktionen, welche enden wenn Sauerstoff, der letzte Elektronenakzeptor, zu Wasser reduziert wird. In Abwesenheit von Sauerstoff kann diese Reaktion nicht mehr ablaufen. Stattdessen regenerieren die Zellen das während der Glykolyse erzeugte NADH, indem sie ein organisches Molekül, wie z.B. Pyruvat, als den letzten Elektronenakzeptor verwenden. Der Prozess der Verwendung eines organischen Moleküls zur Regenerierung von NAD⁺ aus NADH wird als Fermentation bezeichnet.

Es gibt zwei Arten der Fermentation, die durch die Endprodukte der Reaktion bestimmt werden. Zum einen gibt es die Milchsäuregärung und zum anderen die alkoholische Gärung. Bei Säugetieren findet die Milchsäuregärung in den roten Blutkörperchen statt. Sie können aufgrund fehlender Mitochondrien nicht aerob atmen. Der gleiche Prozess findet ebenso in der Skelettmuskulatur bei anstrengender Bewegung statt. Die Milchsäuregärung wird auch von bestimmten Bakterien genutzt, wie sie z.B. im Joghurt vorkommen. Bei dieser Reaktion werden Pyruvat und NADH zu Milchsäure und NAD⁺ umgewandelt.

Die alkoholische Gärung ist ein zweistufiger Prozess. In der ersten Stufe wird Pyruvat zu Kohlendioxid und Acetaldehyd umgesetzt. Im zweiten Schritt wirkt Acetaldehyd als Elektronenakzeptor und wird zu Ethanol reduziert. Dabei wird NADH gleichzeitig in NAD⁺ umgewandelt. Insgesamt werden Pyruvat und NADH in der alkoholischen Gärung zu Ethanol, Kohlendioxid und NAD⁺ umgewandelt. Hefen verwenden die alkoholische Gärung, um Zucker in Kohlendioxid und Ethanol umzuwandeln. Dieser Prozess wird zur Herstellung von alkoholischen Getränken wie Bier und Wein genutzt.