Fermentacion

LA FERMENTACIÓN

Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. En su acepción estricta, se refiere a la obtención de energía en ausencia de oxígeno y generalmente lleva agregado el nombre del producto final de la reacción.

La primera explicación bioquímica del proceso por el cual el azúcar en solución acuosa es descompuesto en alcohol y gas carbónico, en virtud de la acción de células vivas de levadura, la dio el químico francés Louis Pasteur, el cual vio que mientras descomponen el azúcar en ausencia de aire, las células de levadura viven y se propagan en el líquido en fermentación y llamó al proceso de la fermentación alcohólica “vida sin oxigeno”. La explicación de Pasteur fue modificada por Buchner, quien demostró que podía realizarse la fermentación en una solución acuosa de azúcar por el jugo obtenido prensando células muertas de levadura. Se observó, entonces, que el jugo filtrado de células de levadura que habían sido molidas con arena contenía una sustancia eficaz para descomponer los azúcares, y a esta sustancia activa o mezcla catalizadora se dio el nombre de fermento, enzima o zimasa. De acuerdo con la interpretación bioquímica hecha por Pasteur, la fermentación se conoce como la desasimilación anaeróbica de compuestos orgánicos por la acción de microorganismos u otras células o de extractos celulares; además, es un conjunto de reacciones bioquímicas a través de las cuales una sustancia orgánica se transforma en otras por acción de ciertos microorganismos (bacilos, bacterias, células de levadura), que en general van acompañadas de un desprendimiento gaseoso y de un efecto calorífico.

A bajas concentraciones de oxigeno o en ausencia del mismo, la molécula de acido pirúvico puede continuar siendo degrada mediante procesos anaeróbicos o de fermentación. Durante este proceso, el acido pirúvico se transforma en acido láctico o en alcohol etílico. Durante la fermentación, la obtención de energía es menor que en el proceso aeróbico.

Es importante destacar que la fermentación fue el primer mecanismo que utilizaron los seres vivos para obtener energía en ausencia de oxigeno. Actualmente, solo unos pocos organismos (por ejemplo, las bacterias) dependen exclusivamente de la glucolisis o respiración anaeróbica.

PROCESO DE LA FERMENTACIÓN

El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.

La realización de este proceso comienza con la glucosa, molécula de seis carbonos, se rompe en dos moléculas de acido pivurico, (compuesto de tres carbonos), mediante una serie de pasos enzimáticos. Para que se inicie el desdoblamiento de la molécula, son necesarias dos moléculas de ATP, y durante el proceso se sintetizan cuatro moléculas, siendo la ganancia nata dos moléculas de ATP. Durante la degradación de la glucosa se eliminan los hidrógenos y se transfieren a una molécula receptora NAD. Se obtienen asi dos moléculas de NADH2. El producto final de la glucolisis o fermentación es el acido láctico (células musculares) o el alcohol etílico (levaduras).

En las células de la levadura, el acido pirúvico se convierte anaeróbicamente en etanol. El NADH se oxida y el acetaldehído se reduce. En las células de los músculos, el acido pirúvico se reduce. El NAD+ se recicla en la secuencia glucolítica para evitar una acumulación de ácidos lácticos que causaría dolores musculares.

Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.

En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.

La fermentación empieza igual que la respiración celular por medio de la Glucólisis (ruptura de la glucosa) y luego toma otra vía metabólica en la cual no se utiliza oxígeno. La glucólisis se divide en varias etapas y se puede resumir a continuación:

Glucolisis

La glucólisis consiste en un conjunto de reacciones en las cuales la glucosa se parte en 2 moléculas más pequeñas, y se forman al final 2 moléculas de piruvato. Esto se resume en la siguiente ecuación:

Al final de este proceso se producen 4 moléculas ATP, pero se gastan 2 por lo que la ganancia neta es de 2 ATP. Además al romperse la glucosa se liberan un total de 4 electrones que son tomados por la molécula de NADH + H+ y se utilizan luego al final en la fermentación.

La glucólisis produce un total de:

2 ATP (por ganancia neta)

6 ATP (por transporte de electrones)

______ =

8 ATP

Reacciones de la Glucólisis

1. La molécula de glucosa obtiene un fosfato del ATP y se convierte en glucosa

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