El camino del piruvato tras la glucólisis desemboca en dos potenciales destinos, dependiendo de la presencia de oxígeno. Durante la glucólisis, cada molécula de glucosa se descompone para generar un balance energético de dos ATP y dos NADH. El piruvato, cargado de energía, tiene el potencial de continuar este rendimiento energético, pero necesita transformarse en acetil-CoA mediante un proceso de descarboxilación para adentrarse en el ciclo del ácido cítrico. Este ciclo, también conocido como ciclo de Krebs, es una central metabólica que oxida los átomos de carbono del acetil-CoA a CO2, generando NADH en el proceso.
Con oxígeno disponible, el NADH entra en el sistema de transporte electrónico, donde sus electrones se transfieren a través de una cadena de reacciones de oxidación-reducción hasta alcanzar el oxígeno, formando agua. Este flujo electrónico está intrínsecamente ligado a la creación de un gradiente de protones que facilita la síntesis de ATP, destacando la eficiencia de la respiración celular aeróbica.
En ambientes sin oxígeno, la situación es distinta. La oxidación adicional del piruvato se ve bloqueada, y diferentes células adoptan estrategias para regenerar el NAD+ necesario para mantener activa la glucólisis. Este mecanismo de salvaguarda se conoce como fermentación. En este contexto, el piruvato se convierte en lactato en células musculares y algunas bacterias, como el Lactobacillus, para producir NAD+ y permitir que la glucólisis prosiga. Este entramado de reacciones bioquímicas subraya la flexibilidad y adaptabilidad del metabolismo celular ante condiciones cambiantes.
Los microbios que generan energía a través de la fermentación láctica se clasifican en dos categorías principales. Los primeros son los fermentadores homolácticos, especialistas en la producción exclusiva de lactato, un ejemplo típico lo constituyen diversas bacterias lácticas que son esenciales en la industria láctea. Por otro lado, los fermentadores heterolácticos o mixtos diversifican su producción, generando una gama de ácidos orgánicos. Un escenario donde esto es evidente es en el rumen del ganado, donde microorganismos simbióticos, capaces de descomponer celulosa, producen una mezcla de ácidos orgánicos como el láctico, acético, propiónico, y butírico, que el ganado absorbe como nutrientes. Además, estos procesos fermentativos liberan gases como el metano y dióxido de carbono.
Por otro lado, la fermentación alcohólica es el dominio de las levaduras y algunas especies bacterianas. Las levaduras transforman el piruvato en acetaldehído, que luego se reduce a etanol en presencia de NADH. Este proceso, aparte de ser un fenómeno biológico fascinante, tiene aplicaciones prácticas significativas en la producción de bebidas alcohólicas como el vino y la cerveza, así como en la panificación. Además, ciertas bacterias, tales como Clostridium acetobutylicum – pariente cercano de los organismos causantes del botulismo y el tétanos – optan por producir butanol en lugar de etanol. Aunque tradicionalmente este microorganismo fue utilizado en la síntesis comercial de butanol para la producción de detergentes y fibras sintéticas, los avances en la síntesis química basada en petróleo han relegado este método biológico a un segundo plano.