Miten fermentointi toimii?

Fermentaatio on aineenvaihduntaprosessi, joka tuottaa kemiallisia muutoksia orgaanisissa substraateissa entsyymien vaikutuksesta. Biokemiassa se määritellään suppeasti prosessiksi, jossa glukoosi hajotetaan anaerobisesti.

Käymisprosessi on monimutkainen ja sisältää useita vaiheita. Tässä on yksinkertaistettu selitys fermentoinnin toiminnasta:

1. Glykolyysi:Käymisen ensimmäinen vaihe on glykolyysi, joka tapahtuu solun sytoplasmassa. Glykolyysin aikana yksi glukoosimolekyyli hajoaa kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi sekä pieneksi määräksi ATP:tä (adenosiinitrifosfaattia) ja NADH:ta (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidia).

2. Pyruvaattidekarboksylaatio:Glykolyysin aikana syntyvä pyruvaatti käy läpi kemiallisen reaktion, jota kutsutaan pyruvaattidekarboksylaatioksi. Tämä reaktio poistaa hiiliatomin pyruvaatista hiilidioksidin (CO2) muodossa, mikä johtaa asetaldehydin (etanolifermentoinnin tapauksessa) tai asetyyli-CoA:n (maitohappokäymisen tapauksessa) tuotantoon.

3. Pelkistys:Seuraavassa vaiheessa asetaldehydi tai asetyyli-CoA pelkistetään fermentaation lopullisen tuotteen muodostamiseksi. Etanolifermentaatiossa (hiivan avulla) asetaldehydi pelkistetään etanoliksi käyttämällä NADH:ta elektronin luovuttajana. Maitohappofermentaatiossa (jota jotkut bakteerit suorittavat) asetyyli-CoA pelkistetään maitohapoksi käyttämällä NADH:ta elektronin luovuttajana.

4. NAD+:n regenerointi:Pelkistysvaiheen aikana NADH:ta käytetään elektronin luovuttajana. Solutasapainon ylläpitämiseksi NADH on regeneroitava takaisin NAD+:ksi fermentaatioprosessin pitämiseksi käynnissä. Tämä regeneraatio saavutetaan useilla eri mekanismeilla, kuten siirtämällä elektroneja elektroninkuljetusketjuun tai käyttämällä muita aineenvaihduntareittejä.

Kaiken kaikkiaan fermentaatio antaa soluille mahdollisuuden tuottaa ATP:tä ja tuottaa tiettyjä lopputuotteita (kuten etanolia tai maitohappoa) ilman happea. Sillä on keskeinen rooli useilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien elintarviketuotannossa (esim. panimo ja jogurtin valmistus), juomatuotannossa ja bioteknologiassa.