Fermentación
¿Qué es la Fermentación?
Se llama fermentación a un proceso de oxidación incompleta, que no requiere de oxígeno para tener lugar, y que produce una sustancia orgánica como resultado, esto ha sido de gran aporte a la humanidad y su aplicación en las industrias alimenticias y farmacéuticas. Es un proceso de tipo catabólico, es decir, de transformación de moléculas complejas (Suele ocurrir a partir de glúcidos o hidratos de carbono que pueden presentarse, por ejemplo, en forma de glucosa, sacarosa, maltosa y fructuosa, entre otros) a moléculas sencillas y generación de energía química en forma de ATP (Adenosín Trifosfato).
La
fermentación consiste en un proceso de glucólisis (ruptura de la
molécula de glucosa) que produce piruvato (ácido pirúvico) y que al carecer de
oxígeno como receptor de los electrones sobrantes
del NADH producido (nicotin adenin dinucleótido), emplea para ello una
sustancia orgánica que deberá reducirse para reoxidar el NADH a NAD+,
obteniendo finalmente un derivado del sustrato inicial que se oxida.
Dependiendo de dicha sustancia final, habrá diversos tipos de fermentación.
Este
proceso fue descubierto por el químico francés Louis Pasteur, quien
lo calificó como “La vida sin aire” (La vie sans l’air), ya que puede
ser llevado a cabo en ausencia de oxígeno por microorganismos como
las bacterias, levaduras, o algunos metazoos y protistas. En este proceso,
entonces, no intervienen ni las mitocondrias ni
las estructuras vinculadas al proceso de respiración celular.
La fermentación sirve para que los organismos unicelulares produzcan energía en forma de ATP para sobrevivir. Solamente los organismos anaeróbicos, facultativos o estrictos, que no necesitan oxígeno pueden fermentar.
En
comparación con la respiración
aerobia, la fermentación no es un método de obtención de energía muy
eficaz: se producen solo 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa
consumida, mientras que al respirar se obtienen de 36 a 38.
Sin embargo, este proceso es llevado a cabo por diversas células de nuestro cuerpo para cubrir los instantes de ausencia de oxígeno, como ocurre en las células musculares que fermentan glucosa cuando el insumo de oxígeno no es suficiente para continuar respirando.
Fermentación Alcohólica
La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras y algunas clases de bacterias. Estos microorganismos transforman el azúcar en alcohol etílico y dióxido de carbono. La fermentación alcohólica, comienza después de que la glucosa entra en la celda. La glucosa se degrada en un ácido pyruvic. Este ácido pyruvic se convierte luego en CO2 y etanol. Desde hace miles de años, la humanidad aprovechó este proceso para hacer pan, cerveza y vino. En estos tres productos se emplea el mismo microorganismo: la levadura común o lo Saccharomyces Cerevisae. Los productos obtenidos en esta fermentación son:
La glucolisis es la primera etapa de la fermentación, lo mismo que en la respiración celular, y al igual que ésta necesita de enzimas para su completo funcionamiento e inicialmente una molécula de hexosa:
C6H12O6 + 2 Pi +
2 ADP →
2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 2
Balance energético
La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico exotérmico (libera energía) y moléculas de ATP necesarias para el funcionamiento metabólico de las levaduras ). Debido a las condiciones de ausencia de oxígeno durante el bioproceso, la respiración celular de la cadena del ADP en ATP queda completamente bloqueada, siendo la única fuente de energía para las levaduras la glicólisis de la glucosa con la formación de moléculas de ATP mediante la fosforilación a nivel de sustrato.
El balance a nivel molecular del proceso se puede decir que genera 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. Si se compara este balance con el de la respiración celular se verá que se generan 38 moléculas de ATP. A pesar de ello parece ser suficiente energía para los organismos anaeróbicos. La energía libre de Gibbs (entalpía libre) de la reacción de fermentación etílica muestra un valor de ΔG de -234.6 kj mol-1 (en un entorno de aciden neutro pH igual a 7) este valor negativo de la energía libre de Gibbs indica que: desde el punto de vista termodinámico la fermentación etílica es un proceso químico espontáneo.
Fermentación Acética
Es un proceso que involucra el crecimiento y actividad de microorganismos, con el fin de modificar su sabor y permito su conservación. Es la fermentación bacteriana causada por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforman el alcohol en Ácido Acético.
Aplicaciones y Usos
Fermentación Láctica
En la fermentación láctica o cultivos lácticos, los agentes encargados de llevar a cabo el proceso fermentativo son las Bacterias Ácido Lácticas (BAL) que acidifican, preservan y mejoran la textura, sabores y aromas de ciertos alimentos.
En la glucólisis, la glucosa se oxida a dos moléculas de ácido pirúvico, generándose NADH. Después, el ácido pirúvico acepta los electrones del NADH, reduciéndose a ácido láctico. El rendimiento energético es de 2 ATP, obtenidas por fosforilación a nivel de sustrato.
Entre las bacterias que realizan fermentación láctica, cabe destacar los lactobacilos (Lactobacillus) y los Streptococcus, que se localizan en la leche y en el intestino. El queso, yogur, kéfir ( resultado de la fermentación de levaduras como Kluyveromyces marxianus en simbiosis con bacterias) , son algunos de los productos que se obtienen por este tipo de fermentación.
Fermentación Butírica
La fermentación butírica (descubierta por Louis Pasteur) es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables.
Esta fermentación deriva de una reacción de escisión de piruvato que da acetilcoenzima A, H2 y CO2; esta reacción requiere tiaminpirofosfato y coenzima A. El acetaldehido activo reacciona directamente con H S - coenzima A y produce acetilcoenzima A y el carbanión de! TPP, estabilizado por resonancia.
Parte del acetilcoenzima A puede fosfotransacetilarse dando acetiI-fosfato y liberando coenzima A; el acetil-fosfato más ADP en presencia de la acetoquinasa produciría acetato y ATP.
Parte del acetilcoenzima A se condensa con otra molécula de acetilcoenzima A para dar acetoacetilcoenzima A (reacción catalizada por la tiolasa). Este se reduce subsiguientemente en varias etapas hasta buttrilcoenzima A. La conversión de butirilcoenzima A a ácido butírico permite también la formación de ATP.
En una fermentación butírica se producen mayores cantidades de ATP, que las obtenidas en las reacciones anteriores a piruvato en la vía de Embden-Meyerhof. Las bacterias del género Clostridium y otras anaerobias obligadas, contienen un transportador de electrones especial, la ferredoxina, una proteína que contiene hierro y que posee un bajo potencial rédox, pudiendo así mediar en la utilización de hidrógeno molecular, para la reducción del NAD.
Fermentación Butanodiolica
Comentarios
Publicar un comentario