結構生物化學/無氧呼吸（發酵）
無氧呼吸是在沒有氧氣的情況下產生ATP的過程。這種方法使用電子傳遞鏈，但沒有氧氣作為電子受體。雖然氧氣是強氧化劑，但它只在有氧過程中被使用。在無氧呼吸中，硫酸根（SO42-）、硝酸根（NO3-）或硫（S）等較弱的氧化劑被用作電子受體。因此，在無氧呼吸過程中，每分子葡萄糖產生的能量較少。大多數生活在缺乏氧氣環境中的原核生物使用有氧呼吸，但人類有時也會使用無氧呼吸（乳酸發酵）。
在這個過程中，特別是在呼吸過程中沒有氧氣的情況下，生物體進化出了回收煙醯胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 的機制，以使糖酵解持續進行，從而合成細胞的“能量貨幣”三磷酸腺苷 (ATP) 分子。這個過程演變成兩種不同的機制，儘管它們都稱為“發酵”。
- 乙醇發酵發生在細菌、酵母菌等中。
- 乳酸（或乳酸鹽）發酵發生在動物（人類等）中。
在糖酵解之後，如果沒有氧氣，丙酮酸就會進入乙醇發酵迴圈。
- 在丙酮酸脫羧酶、TPP（硫胺素焦磷酸）等輔因子的作用下，丙酮酸轉化為乙醛和二氧化碳。
- 乙醛在乙醇脫氫酶催化的氧化還原反應下，被還原為乙醇，同時NADH被氧化為NAD+。
- 然後NAD+被用於糖酵解合成ATP，如果仍然沒有氧氣，發酵就會繼續進行。因此，乙醇和CO2是發酵過程的廢物。
需要注意的是，由於這個反應，在使用酵母菌或某些細菌進行食品加工時，混合物中會有輕微的酒精味（來自乙醇）和氣味（來自CO2）。
類似地，在動物（人類等）中，如果沒有氧氣被帶入細胞，丙酮酸必須進入發酵迴圈。然而，這裡有一個區別。
- 在乳酸脫氫酶催化的還原氧化反應下，丙酮酸被還原為乳酸，同時NADH被氧化為NAD+。
需要注意的是，在動物體內，過度勞作的肌肉細胞無法獲得足夠的氧氣來補償ATP的損失，會產生大量的乳酸作為發酵過程的廢物。發酵是多種多樣的。發酵有兩種型別：同型發酵和異型發酵。同型發酵包括乳酸、乙醇和二氧化碳。然而，異型發酵包括丙酸、乙酸、二氧化碳、氫氣、丁酸、丁醇、丙酮、異丙醇和琥珀酸。此外，在乳酸發酵中，有同型乳酸發酵和異型乳酸發酵。異型乳酸發酵細菌缺乏醛縮酶，並且異型發酵途徑的第一步來自戊糖磷酸途徑。乳酸發酵的一個例子是稱為乳酸桿菌的生物體。這種生物體是革蘭氏陽性的，它是同型發酵的，它屬於厚壁菌門，可以在正常的人類菌群中找到。
有時，細胞呼吸可能無法獲得葡萄糖。如果沒有這種必需的燃料，細胞呼吸將完全停止，最終導致死亡。因此，必須有備用儲存來提供燃料，以防葡萄糖水平不足。當葡萄糖含量低時，身體會使用儲存在肝臟和肌肉中的糖原等碳水化合物。當碳水化合物耗盡時，脂肪會作為下一個來源被使用，最後，蛋白質會被使用。當脂肪和蛋白質被使用時，它們必須首先被轉化為葡萄糖或其衍生物。脂肪被分解成脂肪酸和甘油。脂肪酸可以透過β氧化轉化為乙醯輔酶A。甘油可以轉化為糖酵解的中間體。蛋白質被分解成氨基酸。它們被修飾為酮酸，然後轉化為克雷布斯迴圈的各種中間體。
微生物學。Spencer (TA)。微生物學 120 講座。11/6/12