酸化と発酵の決定的な違いは、化学反応の種類による。酸化は、酸素の存在下で化合物が酸化される化学的プロセスであり、発酵は、酸素のない状態で糖から酸、アルコール、二酸化炭素が生成される化学的プロセスである。

酸化と発酵は生化学的なプロセスである。酵素や他の補酵素の影響を受けて、生体内で自然に発生するものである。どちらの天然反応も、現在では生体分子の工業的生産に関与している。そのため、これらのプロセスを理解し、両者を区別することが重要である。そこで今回は、酸化と発酵の違いに焦点を当てます。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 酸化とは 3. 発酵とは 4. 酸化と発酵の共通点 5. 横並びの比較 - 表形式での酸化と発酵 6. まとめ

酸化は何ですか？

酸化は、主に好気性生物で起こる重要な生物反応である。ある化合物が酸素を取り込み、別の化合物に変化させることである。酸化酵素は、酸化反応を触媒する主な酵素である。生体物質の酸化は、自然発生的なものと制御されたものがある。また、物質の酸化は、酸化される物質の種類によって、プラスとマイナスの両方の影響をもたらす可能性があります。また、1つの酵素を用いた単段階の反応でも、多くの酵素を用いた多段階の反応でも進行します。

酸化は高等生物のほとんどの代謝経路で主要な役割を担っている。酸化の経路には、ATPを生成する酸化的リン酸化と、脂肪酸をβ酸化してアセチルコエンザイムAを生成する経路がある。

図01：リノール酸のβ酸化反応

また、酸化は高級茶にとって重要なプロセスです。発酵させるよりも、植物に含まれるポリフェノールを枯渇させないという意味で、酸化は重要な役割を担っているのです。そのため、茶ポリフェノールを保存しても、お茶の品質を損なうことはありません。お茶の生産において、ポリフェノールオキシダーゼは非常に重要な酵素である。茶葉に含まれるカテキンという代謝物が酸素と接触すると、酸化酵素が働き始め、分子量の大きなポリフェノールが生成される。そのため、これらのポリフェノールは紅茶に香りと色をつけることができる。しかし、お茶の生産では、酸化は管理された条件のもとで行われ、これによってお茶の品種が区別されるのです。

発酵は何ですか？

発酵は、嫌気性条件下で行われるプロセスです。そのため、酸素分子がない状態で発生する。多くの微生物、植物、ヒトの筋肉細胞は発酵が可能である。発酵の過程で、糖の分子はアルコールと酸に変換される。この化学反応は、乳製品、ベーカリー製品、アルコール飲料などの工業生産に広く応用されている。

図02：エタノール発酵の様子

自然環境では、大きく分けて2種類の発酵があり、どちらも酵素の関与が必要です。この2つのプロセスは、乳酸発酵とエタノール発酵である。乳酸発酵では、乳酸デヒドロゲナーゼの影響でピルビン酸糖画分が乳酸に変換される。乳酸発酵は、主に細菌や人間の筋肉の中で起こります。人間の筋肉に乳酸が蓄積されると、けいれんを起こすことがあります。エタノール発酵は、主に植物と一部の微生物で行われます。アセトアルデヒド脱炭酸酵素とエタノール脱水素酵素は、このプロセスを促進する。

酸化と発酵の共通点

• 酸化と発酵は、生体内でエネルギーを生産する生化学的プロセスである。
• いずれも酵素の関与が必要です。
• さらに、これらのプロセスは有機化合物から始まるため、両プロセスの開始は有機化合物の存在下で行われる。
• また、生体内で起こる自然現象であるが、現在では多くの工業プロセスで利用されている。

酸化と発酵の違い

酸化と発酵という言葉は、生体内で起こる全く異なるプロセスであることは明らかである。しかし、この2つの用語の背後にある化学的プロセスは異なるものの、どちらもエネルギーを生み出すプロセスである。酸化とは、酵素と分子状酸素の存在下で化合物を酸化させることであり、発酵とは、酵素の存在下、分子状酸素がない状態で糖類を酸やアルコールに変化させることである。これが、酸化と発酵の決定的な違いなんですね。

また、反応に使用する酵素の種類によっても、酸化と発酵の違いが生じます。酸化酵素は酸化反応を触媒し、乳酸脱水素酵素、アセトアルデヒド脱炭酸酵素、エタノール脱水素酵素は発酵を触媒する。さらに、産業界でもさまざまな用途に活用されています。お茶の世界では、ポリフェノールを作るために酸化が重要であり、好気性生物では、エネルギーを作るために酸化が必要である。一方、発酵は、乳業、製パン、アルコール産業など多くの工業プロセスで、運動筋のエネルギー生産に重要であるため、その利用により、酸化と発酵をさらに区別することになる。

概要 - 酸化 vs. 発酵

酸化と発酵の違いをまとめると、酸化は酵素と酸素分子の存在下で、ある化合物から別の化合物へと電子が失われることを指し、発酵は酸素のない状態で糖が酸やアルコールに部分的に変換されることを指す。この2つのプロセスは、誤解されているケースもあるが、さまざまな産業プロセスで重要な役割を果たしている。酸化や発酵という生化学反応を行うことができる微生物の多くは、バイオテクノロジーに基づく工業生産プロセスの開発の基礎となるものである。

参考

1 細菌の代謝」、Medical Microbiology.第4版、US National Library of Medicine、1996年1月1日、ここから入手できます。