Glikozun oksijen kullanılmadan enzimatik tepkimelerle etil alkol veya laktik asit gibi organik moleküllere dönüştürülmesine fermantasyon denir. Fermantasyon, hücrelerin sitoplazmasında gerçekleşir. Bazı maya mantarlarında, bazı bakterilerde, omurgalıların çizgili kaslarında ve bazı bitkilerin tohumlarında görülür.
Fransız Kimyager Louis Pasteur (Luis Pastör), 1857 yılında canlı maya hücrelerini izleyerek fermantasyon olayını keşfetmiştir. Günümüzde sütten yoğurt ve peynir yapılması, hamurun mayalanması, üzüm suyundan sirke elde edilmesi, boza üretilmesi, turşu yapılması vb. olaylar fermantasyon ile gerçekleştirilir. Endüstriyel fermantasyon ise mikroorganizmalar yardımıyla endüstride kullanılacak gliserin, etanol, yağ asidi, laktik asit ve süt ürünlerinin üretilmesini sağlar.
Fermantasyon, tepkime sonucu oluşan son ürüne göre isimlendirilir. Fermantasyon tepkimelerinde kullanılan enzim çeşidi son ürün farklılığına neden olur. Canlılarda gerçekleşen en önemli fermantasyon çeşitleri etil alkol fermantasyonu ve laktik asit fermantasyonudur.
a) Glikoliz Evresi
Glikoliz fermantasyon olayının ilk evresidir. Sitoplazmada gerçekleşen glikoliz sonucunda glikozdan 2 ATP, 2 NADH ve 2 pirüvik asit (piruvat) elde edilir.
b) Etil Alkol Fermantasyonu
Etil alkol fermantasyonu bazı bakterilerde, maya hücrelerinde ve bazı bitki tohumlarında görülür. Glikolizden başlayarak etil alkol oluşumunu sağlayan kimyasal tepkimeler dizisine etil alkol fermantasyonu denir.
Glikoz, glikoliz tepkimeleri ile 2 molekül pirüvik asite parçalanır. ATP sentezi, glikoliz sonucunda gerçekleşir. Etil alkol fermantasyonu sonucunda 1 molekül glikozdan 2 molekül etil alkol, 2 molekül CO2 açığa çıkar.
Hamurun mayalanması, etil alkol fermantasyonuna örnektir. Hamurun kabarması oluşan CO2 sayesinde gerçekleşir ve ortamdaki gaz basıncı artar.
c) Laktik Asit Fermantasyonu
Bazı bakterilerde, bazı mantarlarda, omurgalıların çizgili kaslarında ve memelilerin olgun alyuvar hücrelerinde görülür. Glikolizden başlayarak laktik asidin oluşmasını sağlayan kimyasal tepkimeler dizisine laktik asit fermantasyonu denir.
Laktik asit fermantasyonunda glikoz, 2 molekül pirüvik asite kadar parçalanır. Oluşan pirüvik asitler, ortamdaki NADH moleküllerinin hidrojenlerini alarak laktik asit moleküllerine dönüşür. Bu sayede serbest kalan NAD+ molekülleri, tekrar glikoliz reaksiyonlarına katılabilir. ATP sentezi glikolizde gerçekleşir. Laktik asit fermantasyonunda etil alkol fermantasyonundan farklı olarak karbondioksit (CO2) meydana gelmez.
Laktik asit fermantasyonu sonucunda 1 molekül glikozdan 2 molekül laktik asit oluşur. Glikoliz ile toplam 4 ATP (net 2 ATP) sentezlenir.
Laktik asit fermantasyonu, hayvan hücrelerinin bazılarında enerji elde etmek amacıyla kullanılır. Kas aktivitesi yoğun olduğunda ATP üretmek için glikozun yıkım hızı, kandan oksijen elde etme hızını aşar. Bu durumda hücreler oksijenli solunumla birlikte laktik asit fermantasyonu da yapar.
Yoğun egzersiz hareketleri yapılması veya maç öncesi yapılan ısınma hareketleri, az miktarda laktik asidin oluşmasını sağlayarak kaslara uyarıcı etki yapar. Böylece kasların daha iyi çalışması sağlanmış olur. Yoğun kas faaliyetleri sonucunda kasta biriken laktik asit; beyni uyararak bireyde yorgunluk, uyku hissi, ağrı ve kaslarda kramplara neden olabilir.
Çizgili kaslarda oluşan laktik asidin çoğu, karaciğere taşınarak pirüvik aside çevrilir. Pirüvik asidin bir kısmı, karaciğer hücrelerinde oksijenli solunumda kullanılırken bir kısmı da glikoza dönüştürülerek glikojen sentezlenir.
Bazı bakteriler tarafından gerçekleştirilen laktik asit fermantasyonu; süt endüstrisinde yoğurt ve peynir yapımında, boza üretiminde kullanılır. Yoğurt, sütün özel koşullar altında Streptococcus thermophilus (Sitreptokokus termofilus) ve Lactobacillus bulgaricus’ un (Laktobasillus bulgarikus) fermantasyonuyla elde edilen bir üründür. Yoğurt yendiğinde de uykunun gelmesinin sebebi yoğurtta bulunan laktik asittir.
Glikolizde organik molekülün yapısındaki enerjinin çok az bir kısmı açığa çıkarken büyük bir kısmı pirüvik asit molekülünün yapısında kalır. Glikoliz sonucunda oluşan pirüvik asit, oksijensiz ortamda etil alkol veya laktik aside kadar dönüştürülür. Bu tepkimelerde farklı enzimlerin kullanılması farklı son ürünlerin oluşmasına neden olur.
Fermantasyonda görev alan enzimler, hücrenin sitoplazmasında bulunur. Fermantasyon tepkimelerinde besinler CO2 ve H2O’ya kadar parçalanamadığı için enerjinin büyük bir bölümü, son ürünlerin kimyasal bağlarında kalır. Bu nedenle fermantasyon ile açığa çıkan enerji, oksijenli solunuma göre daha azdır.