8.9: 发酵

大多数真核生物需要氧气才能生存和充分发挥作用。这种生物在有氧呼吸过程中通过将葡萄糖和氧气代谢成二氧化碳和水来产生大量能量。然而，大多数真核生物可以在没有氧气的情况下通过厌氧代谢产生一些能量。

发酵是一种在没有氧气的情况下发生的代谢过程，其中葡萄糖等有机分子被分解以产生能量。在此过程中，葡萄糖分子最初通过一系列化学反应转化为两个丙酮酸分子。这个过程称为糖酵解，与有氧呼吸的第一步相同。在没有氧气的情况下，丙酮酸分子然后通过各种途径转化为不同的有机分子，具体取决于所涉及的生物体。

发酵的一个关键方面是从 NADH 再生 NAD⁺。在糖酵解过程中，NAD⁺ 转化为 NADH，糖酵解的持续功能需要 NAD⁺ 的再生。在没有氧气的情况下，发酵是通过将电子从 NADH 转移到有机分子（如丙酮酸）来再生 NAD⁺ 的过程，从而形成新的有机分子和 NAD⁺。

根据反应的最终产物，有两种主要类型的发酵:乳酸发酵和酒精发酵。在哺乳动物中，乳酸发酵发生在由于缺乏线粒体而无法有氧呼吸的红细胞中，以及剧烈运动期间的骨骼肌中。它也存在于某些细菌中，例如酸奶中的细菌。在这个反应中，丙酮酸和 NADH 转化为乳酸和 NAD⁺。

酒精发酵是一个两步过程。第一步，丙酮酸转化为二氧化碳和乙醛。在第二步中，乙醛充当电子受体并被还原成乙醇，同时将 NADH 转化为 NAD⁺。总体而言，酒精发酵将丙酮酸和 NADH 转化为乙醇、二氧化碳和 NAD⁺。酵母利用酒精发酵将糖转化为二氧化碳和乙醇。该工艺用于生产啤酒和葡萄酒等酒精饮料。