Kõigil elusolenditel peavad olema pidevad energiaallikad, et jätkata ka kõige elementaarsemate elufunktsioonide täitmist. Kas see energia tuleb otse päikeselt fotosünteesi kaudu või taimede söömise kaudu või loomade jaoks tuleb energia kulutada ja seejärel muuta see kasutatavaks näiteks adenosiintrifosfaadiks (ATP).
Paljud mehhanismid võivad muuta algse energiaallika ATP-ks. Kõige tõhusam viis on läbi aeroobne hingamine, mis nõuab hapnik. See meetod annab kõige rohkem ATP-d energia sisendi kohta. Kui hapnikku pole saadaval, peab organism siiski energiat muul viisil muundama. Selliseid protsesse, mis toimuvad ilma hapnikuta, nimetatakse anaeroobseteks. Käärimine on tavaline viis elusate asjade jaoks ATP valmistamiseks hapnikuvabalt. Kas see teeb kääritamisest sama, mis anaeroobne hingamine?
Lühike vastus on ei. Ehkki neil on sarnased osad ja kumbki ei kasuta hapnikku, on kääritamise ja anaeroobse hingamise vahel erinevusi. Tegelikult sarnaneb anaeroobne hingamine palju rohkem aeroobsel hingamisel kui fermentatsioonil.
Käärimine
Enamik teadusklasse arutab käärimine ainult aeroobse hingamise alternatiivina. Aeroobne hingamine algab protsessist, mida nimetatakse glükolüüs, milles laguneb süsivesik nagu glükoos ja pärast mõne elektroni kaotamist moodustab molekuli, mida nimetatakse püruvaadiks. Kui seal on piisavalt hapnikku või mõnikord muud tüüpi elektronide aktseptoreid, liigub püruvaat aeroobse hingamise järgmisse ossa. Glükolüüsiprotsess annab 2 ATP puhaskasumit.
Käärimine on sisuliselt sama protsess. Süsivesikud lagunevad, kuid püruvaadi valmistamise asemel on lõppsaadus erinev molekul, sõltuvalt kääritamise tüübist. Fermentatsiooni käivitab enamasti aeroobse hingamisahela jätkamiseks piisava hapnikukoguse puudumine. Inimesed käärivad piimhapet. Püruvaadiga viimistlemise asemel luuakse piimhape.
Teised organismid võivad läbi viia alkoholkäärimise, kus tulemuseks ei ole püruvaat ega piimhape. Sel juhul valmistab organism etüülalkoholi. Muud kääritamisviisid on vähem levinud, kuid kõik annavad erinevaid produkte, sõltuvalt fermenteerimisest. Kuna kääritamisel ei kasutata elektronide transpordiahelat, ei peeta seda hingamise tüübiks.
Anaeroobne hingamine
Ehkki kääritamine toimub ilma hapnikuta, pole see sama kui anaeroobne hingamine. Anaeroobne hingamine algab samamoodi nagu aeroobne hingamine ja kääritamine. Esimene samm on ikkagi glükolüüs ja see loob ikkagi 2 ATP ühest süsivesiku molekulist. Kuid selle asemel, et lõpetada glükolüüsiga, nagu käärimine, loob anaeroobne hingamine püruvaadi ja jätkub seejärel samal teel aeroobse hingamisega.
Pärast atsetüülkoensüüm A-molekuli valmistamist jätkub see sidrunhappe tsüklis. Tehakse rohkem elektronkandjaid ja siis jõuab kõik elektronide transpordiahelasse. Elektronkandjad ladestavad elektronid ahela alguses ja tekitavad siis kemmiosmoosiks kutsutud protsessi kaudu palju ATP-d. Elektronide transpordiahela jätkamiseks peab olema lõplik elektronide vastuvõtja. Kui aktseptor on hapnik, loetakse seda protsessi aeroobseks hingamiseks. Kuid teatud tüüpi organismid, sealhulgas mitut tüüpi bakterid ja muud mikroorganismid, võivad kasutada erinevaid lõplikke elektronide aktseptoreid. Nende hulka kuuluvad nitraatioonid, sulfaatioonid või isegi süsinikdioksiid.
Teadlaste arvates on kääritamine ja anaeroobne hingamine vanemad protsessid kui aeroobne hingamine. Hapniku puudus Maa varajases atmosfääris muutis aeroobse hingamise võimatuks. Läbi evolutsioon, eukarüootid omandatud võime kasutada fotosünteesi hapniku "jäätmeid" aeroobse hingamise loomiseks.