Fermentacija (etanol)

U fermentaciji etanola, (1) jedan molekul glukoze se razlaže u dva molekula piruvata. Energija ove egzotermne reakcije se koristi za vezivanje neorganski fosfata na $\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}$ i konvertovanje $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\phantom{A}}^{+}$ u $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}$. (2) Dva piruvata se zatim razlažu u dva acetaldehida i otpuštaju se dva molekula $\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ kao nusproizvod. (3) Dva acetaldehida se zatim konvertuju do dva molekula etanola koristeći vodonične jone iz $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}$, uz konvertovanje $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}$ nazad u $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\phantom{A}}^{+}$.

Fermentacija etanola, ili alkoholna fermentacija, alkoholno vrenje, je biohemijski proces u kome se konvertuju šećeri kao što su glukoza, fruktoza, i saharoza u ćelijsku energiju, pri čemu se formira etanol i ugljen-dioksid kao nusproizvodi. Pošto kvasci izvode ovu konverziju u odsustvu kiseonika, alkoholna fermentacija se smatra anaerobnim procesom. Ona se isto tako odvija u nekim vrstama ribe (uključujući zlatnog karaša i šarana), kod kojih (zajedno sa fermentacijom mlečne kiseline) ona pruža energiju pri oskudici kiseonika.

Fermentacija etanola ima mnoštvo primena, uključujući produkciju alkoholnih pića, bioetanola, i pripremu hleba.

Biohemijski proces fermentacije saharoze

Laboratorijski sud koji se koristi za fermentaciju slame.

Fermentacija saharoze kvascom.

Sledeće hemijske jednačine sumiraju fermentaciju saharoze (-{$\mathrm{C}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{H}{\phantom{A}}_{22}\mathrm{O}{\phantom{A}}_{11}$}-) u etanol (-{$\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{O}\mathrm{H}$}-). Alkoholnom fermentacijom se konvertuje jedan mol glukoze u dva mola etanola i dva mola ugljen-dioksida, i pri tome se formiraju dva mola $\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}$.

Sveukupna hemijska formula alkoholne fermentacije je:

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{O}{\phantom{A}}_6⟶2\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{O}\mathrm{H}+2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

Saharoza je dimer molekula glukoze i fruktoze. U prvom koraku alkoholne fermentacije, enzim invertaza preseca glikozidnu vezu između molekula glukoze i fruktoze.

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{H}{\phantom{A}}_{22}\mathrm{O}{\phantom{A}}_{11}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{v}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{z}\mathrm{a}⟶2\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{O}{\phantom{A}}_6$

Nakon toga svaki glukozni molekul se razlaže u dva molekula piruvata u procesu poznatom kao glikoliza. Glikoliza se sumira jednačinom:

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_{12}\mathrm{O}{\phantom{A}}_6+2\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}+2\mathrm{P}{\phantom{A}}_{\mathrm{i}}+2\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\phantom{A}}^{+}⟶2\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{-}+2\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}+2\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+2\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$

$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{-}$ je piruvat, a $\mathrm{P}\mathrm{i}$ je neorganski fosfat. Na kraju se piruvat konvertuje u etanol i $\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ u dva stupnja, pri čemu se regeneriše oksidovani $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\phantom{A}}^{+}$ koji je neophodan za glikolizu:

1. $\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}⟶\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

je katalizovano pyruvatnom dekarboksilazom

2. $\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}+\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}⟶\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\phantom{A}}^{+}$

Ova reakcija je katalizovana alkoholnom dehidrogenazom (ADH1 u pekarskom kvascu).

Kao što je prikazano jednačinom reakcije, glikoliza uzrokuje redukciju dva molekula $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\phantom{A}}^{+}$ do $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}$. Dva molekula $\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}$ se isto tako konvertuju do dva molekula $\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}$ i dva molekula vode putem fosforilacije supstratnog nivoa.