Organik besin monomerlerinin oksijen kullanılmadan enzimler yardımıyla küçük moleküllere parçalanması sonucu açığa çıkan enerji yardımıyla substrat yoldan ATP sentezlenmesi olayına fermentasyon adı verilir.
Fermentasyon organik bileşiklerin hem elektron vericisi hem de elektron alıcısı olduğu bir anaerobik katabolizma şeklidir.
Bu tip solunumla enerji eldesi bazı bakterilerde, maya mantarlarında, omurgalıların çizgili kas hücrelerinde ve bazı bitki tohumlarında gözlenmektedir.
Oksijensiz solunumda organik besin, CO2 ve H2O gibi çok düşük enerjili moleküllere kadar yıkılmadığından içerdiği enerjinin çok büyük bir kısmı ATP moleküllerine aktarılamadan son ürünler içerisinde kalır. Bu nedenle oksijenli solunumun % 40 olan enerji verimi fermentasyonda % 2 civarında kalmaktadır.
Fermantasyon reaksiyonları iki temel aşamada gerçekleşmektedir.
ü Glikoliz
ü Son ürün oluşum safhası
Glikozun hücre sitoplazmasında enzimler yardımıyla 2 molekül piruvik aside kadar yıkılması olarak özetlenebilecek glikoliz evresi ortamda oksijen varlığına bağlı olmaksızın gerçekleşir. Glikoliz, solunum ve fermentasyonun her ikisinde de gerçekleşen ortak safhadır.
Tüm canlı hücreler solunum yapmak suretiyle enerji üretmek zorundadır. Glikoliz evresi tüm solunum tiplerinde ortak olduğundan bütün canlılar glikoliz tepkimelerinde görev alacak enzimleri sentezlemek zorundadırlar. Buradan çıkacak başka bir sonuç ta bu enzimleri kodlayan gen bölgelerinin tüm canlıların DNA larında bulunması gerekliliğidir.
Glikoliz evresinde oluşan piruvatın sonrasında geçireceği kimyasal değişimler ve bu değişimler sonucunda ortaya çıkacak ürünlerin çeşidi, fermentasyon yapan canlının enzim sistemlerine bağlıdır.
Yani piruvattan sonra gerçekleşecek kimyasal reaksiyonların yönü, canlının genetik şifresinde kodlanmıştır.
Fermentasyonda bir molekül glikoz için elde edilen net ATP kazancı 2’dir. Hatırlanacak olursa glikoliz evresinde substrat yoldan sentezlenen toplam ATP sayısı 4, net ATP kazancı ise 2’dir.
O halde, fermentasyonda glikoliz evresinden sonra gelen son ürün oluşumu evresinin gerçekleştirilmesindeki amaç ATP sentezi değildir. ( Bazı canlılarda son ürün oluşum evresinde de ATP sentezi olur. ) Çünkü bundan sonraki reaksiyon basamaklarında ATP sentezi olmayacaktır.
Son ürün oluşumu evresinin gerçekleştirilmesindeki temel iki sebep şöyle sıralanabilir.
ü Son ürün oluşum evresi, glikolizde indirgenen NAD+ koenzimlerinin yükseltgenerek tekrar hidrojen tutabilecek hale gelmesini sağlar.
ü Son ürün oluşum evresi sayesinde sitoplazmada piruvat ve H+ birikmesi sonucu önceki reaksiyonların durması önlenmiş olur.
Glikolizin son ürünü olan piruvatın, son ürün oluşumu evresinde işlenmesiyle farklı canlılarda sitrik asit, laktik asit, asetik asit, etil alkol, aseton, bütirik asit gibi farklı ürünler meydana getirilebilir. Reaksiyonların hangi ürüne doğru ilerleyeceğini canlının sahip olduğu enzim sistemleri belirler.
Fermantasyon çeşitleri, oluşan son ürüne bağlı olarak isimlendirilir.