Kaikilla elävillä asioilla on oltava jatkuvat energialähteet, jotta ne voivat suorittaa jopa kaikkein peruselämäisimmät elämän toiminnot. Tuleeko tämä energia suoraan auringosta fotosynteesin kautta tai syömällä kasveja vai eläimillä, energia on kuluttava ja muutettava sitten käyttökelpoiseen muotoon, kuten adenosiinitrifosfaatti (ATP).
Monet mekanismit voivat muuntaa alkuperäisen energialähteen ATP: ksi. Tehokkain tapa on läpi aerobinen hengitys, joka vaatii happi. Tämä menetelmä antaa eniten ATP: tä energiansäästöä kohti. Jos happea ei ole käytettävissä, organismin on silti muunnettava energia muilla keinoilla. Sellaisia prosesseja, jotka tapahtuvat ilman happea, kutsutaan anaerobisiksi. Käyminen on yleinen tapa elävissä asioissa tehdä ATP: tä ilman happea. Tekeekö tämä käymisestä saman asian kuin anaerobinen hengitys?
Lyhyt vastaus on ei. Vaikka fermentoinnissa ja anaerobisessa hengityksessä on samanlaisia osia eikä kumpikaan käytä happea, on eroja. Itse asiassa anaerobinen hengitys on paljon enemmän kuin aerobista hengitystä kuin se on kuin käyminen.
Käyminen
Useimmat tiedekurssit keskustelevat käyminen vain vaihtoehtona aerobiselle hengitykselle. Aerobinen hengitys alkaa prosessilla, jota kutsutaan Glykolyysivaiheen, jossa hiilihydraatti, kuten glukoosi, hajoaa ja eräiden elektronien menettämisen jälkeen muodostaa molekyylin, jota kutsutaan pyruvaatiksi. Jos happea tai joskus muun tyyppisiä elektroniakseptoreita on riittävästi, pyruvaatti siirtyy seuraavaan osaan aerobista hengitystä. Glykolyysiprosessi tuottaa 2 ATP: n nettotuottoa.
Käyminen on olennaisesti sama prosessi. Hiilihydraatti hajoaa, mutta pyruvaatin valmistamisen sijasta lopputuote on erilainen molekyyli käymisen tyypistä riippuen. Käyminen tapahtuu useimmiten riittämättömien happimäärien puutteen vuoksi, jotta aerobista hengitysketjua voidaan jatkaa. Ihmiset käyvät läpi maitohappokäynnin. Pruvaatilla viimeistelyn sijasta luodaan maitohappoa.
Muut organismit voivat käydä läpi alkoholipitoisen käymisen, jolloin tuloksena ei ole pyruvaatti eikä maitohappo. Organismi valmistaa tässä tapauksessa etyylialkoholia. Muut käymismuodot ovat vähemmän yleisiä, mutta kaikki tuottavat erilaisia tuotteita käymistilaisesta organismista riippuen. Koska käyminen ei käytä elektronin kuljetusketjua, sitä ei pidetä hengitystyyppinä.
Anaerobinen hengitys
Vaikka käyminen tapahtuu ilman happea, se ei ole sama kuin anaerobinen hengitys. Anaerobinen hengitys alkaa samalla tavalla kuin aerobinen hengitys ja käyminen. Ensimmäinen vaihe on edelleen glykolyysi, ja se luo silti 2 ATP: tä yhdestä hiilihydraattimolekyylistä. Sen sijaan, että päätyisi glykolyysiin, kuten käyminen tapahtuu, anaerobinen hengitys luo pyruvaatin ja jatkuu sitten samalla polulla kuin aerobinen hengitys.
Valmistettuaan asetyylikoentsyymi A: ksi nimeltään molekyylin se jatkaa sitruunahapposykliä. Lisää elektronin kantajia valmistetaan ja sitten kaikki päätyy elektronin kuljetusketjuun. Elektronin kantajat tallettavat elektroneja ketjun alussa ja tuottavat sitten kemiokosmoosiksi kutsuttujen prosessien kautta monia ATP: tä. Jotta elektroninkuljetusketju jatkaisi työskentelyä, on oltava lopullinen elektronin vastaanottaja. Jos vastaanottaja on happi, prosessia pidetään aerobisena hengityksenä. Tietyt organismit, mukaan lukien monentyyppiset bakteerit ja muut mikro-organismit, voivat kuitenkin käyttää erilaisia lopullisia elektroniakseptoreita. Näitä ovat nitraatti-ionit, sulfaatti-ionit tai jopa hiilidioksidi.
Tutkijoiden mielestä käyminen ja anaerobinen hengitys ovat vanhempia prosesseja kuin aerobinen hengitys. Hapen puute varhaisessa maapallon ilmakehässä teki aerobisen hengityksen mahdottomaksi. Kautta evoluutio, eukaryootit hankkinut kyvyn käyttää fotosynteesin happea "jätteitä" aerobisen hengityksen luomiseen.