La fermentación es el proceso metabólico mediante el cual los organismos adquieren energía en ausencia de oxígeno o con muy poco oxígeno. Sin embargo, no es la única manera de obtener energía anaeróbicamente a partir de combustible. Otro camino es la respiración anaeróbica. A menudo las personas las confunden, y algunos clasifican la fermentación como respiración anaeróbica.
Fermentación
Ambas son estrategias de supervivencia para los organismos en condiciones de deficiencia de oxígeno. La fermentación no involucra una cadena de transporte de electrones ni ATPasa. El mecanismo para sintetizar ATP es la fosforilación a nivel de sustrato. La glucosa se descompone en dos piruvatos, dos ATP y dos NADH durante la glucólisis. Si no hay un mecanismo para reciclar NADH, la glucólisis agotará rápidamente la reserva de NAD+ de la célula y se detendrá debido a la falta de oxidantes. En la fermentación, el piruvato o sus productos de descomposición son los aceptores internos de electrones que consumen NADH. La fermentación es utilizada por casi todos los eucariotas para producir ATP en un ambiente sin oxígeno, pero la fermentación solo puede sostener la vida por un corto tiempo. La falta de cadena respiratoria significa que produce menos ATP que la respiración anaeróbica. Ejemplos comunes incluyen la fermentación alcohólica y láctica. Por ejemplo, la levadura fermenta la cebada en cerveza, o el ejercicio intenso provoca dolor muscular. Además, la fermentación produce ácidos grasos de cadena corta y alcoholes.
Respiración anaeróbica
La respiración anaeróbica ocurre principalmente en procariotas. De hecho, su mecanismo para reciclar NADH es la cadena de transporte de electrones. Los electrones de NADH son transferidos a otros aceptores de electrones a través de la cadena de transporte de electrones, como nitratos, sulfatos, azufre, carbonatos, hierro férrico y fumarato. El transporte de electrones está acoplado a la translocación conservadora de energía de protones a través de las membranas celulares, pero el ATP producido es muy poco, usualmente solo ligeramente más que en la fermentación, y mucho menos que en la respiración aeróbica. Incluso la respiración con nitratos, cuya disminución de energía libre es comparable a la respiración aeróbica, solo puede producir aproximadamente 10 ATP por glucosa. Una de las razones es que la energía libre liberada por la descomposición de estos compuestos orgánicos en condiciones sin oxígeno es menor que la energía libre liberada en oxígeno. Otra razón es que las mitocondrias especializadas de los eucariotas tienen crestas muy abundantes y complejas para aumentar el área y prevenir la fuga de protones, mientras que los procariotas no: los protones se almacenan en el espacio entre la membrana celular y la pared celular, y hay muy pocas crestas en su membrana celular.
La glucosa u otras sustancias orgánicas (ácidos grasos de cadena corta o alcoholes) también pueden descomponerse completamente en agua y dióxido de carbono (los elementos de oxígeno provienen de los aceptores de electrones). Además, el gas nitrógeno y el sulfuro de hidrógeno son subproducto. El olor a huevos podridos en las alcantarillas y lodazales indica la presencia de bacterias reductoras de sulfato. Algunas bacterias antiguas también consumen materia inorgánica en lugar de orgánica para obtener energía, como las metanógenas que producen ATP a partir de gas hidrógeno y dióxido de carbono. El metano es su subproducto, al igual que el dióxido de carbono en la respiración aeróbica.
Algunas bacterias son estrictamente anaeróbicas, y su metabolismo se inhibe, o incluso pueden morir cuando hay oxígeno presente. Los anaerobios facultativos tienen cadenas de transporte de electrones ramificadas: realizan respiración aeróbica cuando el oxígeno es abundante y cambian a respiración anaeróbica cuando los niveles de oxígeno son bajos o están ausentes. También hay muy pocos eucariotas que pueden sobrevivir y reproducirse en entornos sin oxígeno. Por ejemplo, el nitrito es metabolizado a N₂O por ciertos hongos; los electrones son aceptados por el fumarato en nematodos que viven en el intestino humano.