Anaerobe Atmung
Der erste Schritt der Zellatmung in allen lebenden Zellen ist die Glykolyse, die ohne die Anwesenheit von molekularem Sauerstoff ablaufen kann. Wenn Sauerstoff in der Zelle vorhanden ist, kann die Zelle anschließend die Vorteile der aeroben Atmung über den TCA-Zyklus nutzen, um viel mehr verwertbare Energie in Form von ATP zu produzieren als über jeden anaeroben Weg. Dennoch sind die anaeroben Wege wichtig und stellen für viele anaerobe Bakterien die einzige ATP-Quelle dar. Auch eukaryontische Zellen greifen auf anaerobe Stoffwechselwege zurück, wenn die Sauerstoffzufuhr gering ist. Wenn zum Beispiel Muskelzellen sehr hart arbeiten und ihr Sauerstoffvorrat erschöpft ist, nutzen sie den anaeroben Weg zur Bildung von Milchsäure, um weiterhin ATP für die Zellfunktion bereitzustellen.
Die Glykolyse selbst liefert zwei ATP-Moleküle, ist also der erste Schritt der anaeroben Atmung. Pyruvat, das Produkt der Glykolyse, kann in der Fermentation zur Herstellung von Ethanol und NAD+ oder zur Herstellung von Laktat und NAD+ verwendet werden. Die Produktion von NAD+ ist von entscheidender Bedeutung, da die Glykolyse darauf angewiesen ist und bei Erschöpfung des Vorrats aufhören würde, was zum Zelltod führen würde. Eine allgemeine Skizze der anaeroben Schritte ist unten dargestellt. Sie folgt der Organisation von Karp.
Die anaerobe Atmung (sowohl die Glykolyse als auch die Gärung) findet im flüssigen Teil des Zytoplasmas statt, während der Großteil der Energieausbeute der aeroben Atmung in den Mitochondrien stattfindet. Bei der anaeroben Atmung bleibt viel Energie in Form von Ethanol- oder Laktatmolekülen übrig, die die Muskelzellen nicht nutzen können und ausscheiden müssen. Ein Teil des Laktats gelangt über den Blutkreislauf in die Leber und kann über den Cori-Zyklus wieder in Glukose umgewandelt werden. Das Ethanol kann von der Leber verstoffwechselt werden, ist aber eine schlechte Vorstufe für die Gluconeogenese und kann zu Hypoglykämie führen.