Wiele organizmów w środowisku beztlenowym. Dla niektórych z nich, np. dla licznych chorobotwórczych bakterii bytujących w organizmie człowieka, tlen jest toksyczny, dlatego nazywa się je beztlenowymi bezwzględnymi (anaerobami obigatotyjnymi). Inne, jak drożdże, w obecności tlenu oddychają tlenowo, a przy jego braku lub niedoborze uzyskują energię w procesach beztlenowych. Organizmy te określa się mianem beztlenowców względnych (anaerobów fakultatywnych). Beztlenowe procesy uzyskiwania energii zachodzą również u wszystkich organizmów eukariotycznych w sytuacjach braku tlenu lub przy jego niedoborze. Występują np. w tkankach korzeni roślin lądowych porastających obszary bagienne oraz w intensywnie pracujących włóknach mięśni szkieletowych zwierząt. Beztlenowo pozyskują energię również erytocyty, w których nie występują mitochondria. Dzięki temu erytycyty nie zużywają transportowanego przez siebie tlenu.
Oddychanie beztletowe i fermentacja
Dawniej wszystkie beztlenowe procesy uzyskiwania energii określano mianem oddychanie beztlenowego. Obecnie klasyfikuje sie je ze względu na to, jakiego rodzaju związek jest w nich ostatecznym akceptorem elektronów. Na tej podstawie wyróżnia się :
oddychanie beztlenowe, w którym ostatecznycm akceptorem elektronów z NADH + H+ nie jest tlen, lecz związek nieorganiczny w postaci soli mineralnych - azotanów lub siarczanów lub wolnego pierwiastka (np. siarki jak w wypadku bakterii z rodzaju Desulfuromonas). Proces ten występuje wyłącznie u niektórych bakterii uczestniczących w obiegu azotu (np. bakterii denitryfikacyjnych), bakterii żyjących na dnie zbiorników wodnych albo w jelitach zwierząt. Jego produktami są : dwutlenek węgla, związek nieorganiczny oraz ATP. Podobnie jak w oddychaniu tlenowym elektrony pochodzą od glukozy do NAD+, by trafić na łańcuch przenosników elektronów, co umożliwia syntezę dużych ilości ATP;
fermentację, w której ostatecznym akceptorem elektronówod glukozy do NADH +H+ jest związek organiczny, np. pirogronian lub aldehyd octowy. Beztlenowy rozkład glukozy na drodze fenmentacji przeprowadzają niektóre bakterie (np. mlekowe), grzyby (np.drożdże), protisty zwierzęce, nazwywane dawniej pierwotniakami (np. orzęski żyjące w układzie pokarmowym zwierząt przeżuwających), a także pasożyty bytującw w układzie pokarmowym człowieka (np. tasiemiec czy glisda ludzka).
Uzyskiwanie energii na drodze fermentacji
Fermentacja w całości przebiega w cytozylu i obejmuje dwa etapy:
glkozę, podczas której glukoza zostaje rozłożona do dwóch cząsteczek pirogronianu, przy czym powstają swie cząsteczki NADH + H+, a zysk netto stanowią dwie cząsteczki ATP. W glikozie nie bierze udziału tlen, dlatego przebiega ona tak samo w warunkach tlenowych i beztlenowych;
redukcję, podczas której pirogonian, przyjmując wodory, ulega przemianie w kwas mlekowy (fermentacja mlekowa) lub po odłączeniu CO2 przekształca się w aldechyd octowy, na który przenoszone są elektrony z NADH + H+ i powstje etanol (fermentacja alkoholowa).
Zysk energetyczny procesów beztlenowych
Wydajność energetyczna procesów beztlenowych jest o wiele mniejsza niż wydajność energetyczna oddychania tlenowego. Podczas pierwszego etapu fermentacji z rozkłądu jednej cząsteczki glukozy uzyskuje się jedynie swie cząsteczki ATP, co stanowy zaledwie 2% człkowitej energii chemicznej zawartej w cząsteczce glukozy. Jest to całkowity zysk energetyczny fermentacji, ponieważ następny etap, czyli redukcja, nie daje mozliwości uwalniania ani kumulowania energii. Produkty organiczne (kwas mlekowy czy alkohol) powstające ostatecznie w wyniku fermentacji nadal zawierają sporą ilość energii. W wypadku oddychania tlenowego zyst energetyczny jest większy niż w wypadku fermentacji ze względu na obecność przenośników elektronów. Podczas transporu elektronów przez przenośniki powstają cząsteczki ATP. Ich liczba jest mniejsza niż podczas oddychania tlenowego, lecz większa niż przy fermentacji. Zależy ona od rodzaju, gatunku, a nawet szczepu bakterii przeprowadzającej oddychanie.
Fermentacja alkoholowa i fermentacja mlekowa
Fermentacja jest beztlenowym procesem uzyskiwania energii. W przyrodzie najczęściej występują fermentacja alkoholowa i mlekowa. Fermentację alkoholową przeprowadzają drożdże. Podczas ten wykorzystuje się na szeroką skalę do produkcji: piwa, wina czy wysokoprocentowych napojów alkoholowych. Fermentację mlekową przeprowadzają niekróre bakterie i grzyby. Bakterie wytwarzające kwas mlekowy są wykorzystywane przez ludzi w przemyśle spożywczym, m.in. do produkcji jogurtów i kiszenia kapusty. Kwas mlekowy jest również wytwarzany we włóknach mięśni szkieletowych, gdy mięście intensywnie pracują, a ilość tlenu nie jest wystarczająca. Proces ten trwa jednak tylko kilka minut - po otrzymaniu tlenu mięście kontynuują oddychanie tlenowe. Nadmierny wysiłek fizyczny powoduje zmęczenie mięśni, prawdopodobnie wskutek niedotlenienia i nagromadzenia kwasu mlekowego.
