Mecanismos De Fermentación

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MEDELLÍN

FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE QUIMICA

DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE FERMENTACION DE VARIOS CARBOHIDRATOS

1 OBJETIVOS.

• Conceptualizar sobre los procesos de fermentación que ocurre en los organismos.

• Observar cualitativa y cuantitativamente la velocidad del proceso fermentativo de varios carbohidratos.

• Justificar con base a eventos bioquímicos las diferentes velocidades en la fermentación de mono, di y polisacáridos.

2 FUNDAMENTOS TEORICOS.

2.1 LA VIA GLUCOLITICA.

La vía glucolítica o simplemente glucólisis se puede definir como la ruptura anaeróbica de la molécula de glucosa en piruvato, acompañada de una pequeña producción de energía en forma de ATP y NADH. Es el proceso más importante del metabolismo de los carbohidratos, y constituye la ruta universal que usan los organismos (aerobios y anaerobios) para extraer la energía de aquellos. La ruta comprende 10 compuestos intermedios y 10 reacciones químicas, cada una con una enzima diferente, localizadas en el citoplasma celular. La reacción neta del proceso es la siguiente:

Desde el punto de vista energético, la vía glucolítica comprende dos etapas:

a. Etapa de preparación, inversión o activación de la glucosa, en la cual se consume la energía de 2 ATP para fraccionar a la glucosa en dos unidades de gliceraldehído – 3 – fosfato (una triosa), que es un metabolito activado (fosforilado). Esta etapa comprende 5 reacciones sumariadas así:

b. Etapa productora de energía, en la cual el gliceraldehído – 3 – fosfato se oxida hasta piruvato, liberando energía suficiente para recuperar el ATP invertido en la primera fase. Comprende otras 5 reacciones globalizadas así:

2.2 DESTINO DEL PIRUVATO

El producto orgánico final de la glucólisis es el piruvato, que debido a su alta reactividad, y dependiendo del organismo (animal, planta, microbios) y de sus condiciones de crecimiento (aerobio o anaerobio), puede seguir participando en diversos procesos:

a. La aminación, promovida por una enzima aminotransferasa, lo convierte en el aminoácido alanina, precursor de proteínas en todos los organismos:

b. La carboxilación mediada por ATP y por la enzima piruvato carboxilasa, convierte al piruvato en oxaloacetato, cuando se requiere resintetizar glucosa en el proceso llamado gluconeogénesis en los animales:

c. La carboxilación acompañada de una reducción, y en presencia de la enzima málica, convierte al piruvato en L-malato, el cual se oxida luego a oxaloacetato. Esta es una de las reacciones fijadoras de CO2 en el Ciclo de Krebs, cuando los intermediarios de éste se agotan:

d. La descarboxilacion acompañada de oxidación, y facilitada por el complejo piruvato deshidrogenasa, convierte al piruvato en acetil CoA, que en condiciones aeróbicas, en la mayoría de organismos, se enlaza con otros procesos (ciclo de Krebs, cadena respiratoria, fosforilación oxidativa), para liberar la máxima cantidad de energía (ATP), contenida en los azucares y en los lípidos:

El acetil CoA, además, funciona como precursor de varias biomoléculas como los ácidos grasos (lípidos), cuerpos cetónicos, tespenoides, policétidos, flavonoides.

e. La reducción del piruvato por la enzima lactato deshidrogenasa, en condiciones anaeróbicas, y en cierto tipo de bacterias, produce el lactato, en un proceso conocido como fermentación láctica:

f. La descarboxilación del piruvato por la enzima piruvato descarboxilasa (presente en cierto tipo de levaduras), produce acetaldehído, que posteriormente se reduce hasta etanol, en un proceso conocido como fermentación alcohólica:

2.3 PROCESO DE FERMENTACION.

El termino fermentación indica degradación anaeróbica de un sustrato, y bioquímicamente se puede definir como el proceso que utilizan algunas células para extraer energía de los carbohidratos cuando no existe O2 como aceptor de electrones (es decir como agente oxidante). Ello suele ocurrir en los organismos anaerobios como bacterias y levaduras, y en células aerobias cuando se ha agotado el O2, como en las células musculares en ejercicio prolongado. De acuerdo al producto final generado, la fermentación puede ocurrir por varias vías que normalmente son variantes o derivaciones de la ruta glucolítica. Es así como se habla de fermentación butanólica, isoproponólica, acetoláctica, propiónica, acética, pero sobre todo de fermentación láctica y etanólica.

2.3.1 FERMENTACION LÁCTICA.

Ocurre en bacterias anaerobias como:

• Streptococcus lactis: usada en la producción de mantequilla a partir de la leche.

• Lactobacillus: empleadas en la producción de quesos, cuajos y yogurt a partir de la leche.

También ocurre en el músculo animal cuando se agita el O2 debido al ejercicio prolongado.

En ambos casos el producto final es el ácido láctico, que en la medida en que se produce, se consigue, sobretodo, que la célula disponga del agente oxidante (NAD+) necesario para seguir extrayendo de los carbohidratos, la energía requerida para sobrevivir (ver reacción neta de la glucólisis).

El NAD+ se regenera en la siguiente reacción, catalizada por la enzima lactato deshidrogenasa:

Al acoplar esta reacción con la reacción neta de la glucólisis (ver numeral 2.1), se obtiene la reacción neta para la fermentación láctica de la glucosa:

El lactato generado no se convierte en otras sustancias. En

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