Fermentación microbiana
La fermentación es un proceso metabólico que produce cambios químicos en los sustratos orgánicos mediante la acción de las enzimas. En bioquímica, se define en sentido estricto como la extracción de energía de los carbohidratos en ausencia de oxígeno. En la producción de alimentos, puede referirse más ampliamente a cualquier proceso en el que la actividad de los microorganismos produce un cambio deseable en un alimento o bebida[1] La ciencia de la fermentación se conoce como zimología.
En los microorganismos, la fermentación es el principal medio para producir trifosfato de adenosina (ATP) mediante la degradación de nutrientes orgánicos de forma anaeróbica. El ser humano ha utilizado la fermentación para producir alimentos y bebidas desde el Neolítico. Por ejemplo, la fermentación se utiliza para la conservación en un proceso que produce el ácido láctico que se encuentra en alimentos agrios como los pepinos encurtidos, la kombucha, el kimchi y el yogur, así como para producir bebidas alcohólicas como el vino y la cerveza. La fermentación industrial es el proceso de utilizar microbios para la producción a gran escala de productos químicos, biocombustibles, enzimas, proteínas y productos farmacéuticos. La fermentación también se produce en el tracto gastrointestinal de todos los animales, incluidos los humanos[2].
Fermentación anaeróbica
Meredith es licenciada en ciencias marinas con una especialización en filosofía, así como un máster en ciencias aeronáuticas con énfasis en ciencias espaciales. Ha impartido asignaturas de ciencias marinas, biología, astronomía, matemáticas y lectura a alumnos desde el jardín de infancia hasta el instituto.
El proceso de fermentación del alcohol se produce cuando las levaduras se ven privadas de oxígeno y, a su vez, descomponen azúcares simples que luego se convierten en etanol y dióxido de carbono. Conozca la definición de fermentación y el organismo responsable de la misma, así como el proceso de dos pasos de la fermentación del alcohol.
¿Qué es la fermentación del alcohol? El pan, la cerveza y el Burdeos: ¡a la mayoría de nosotros nos gusta alguno de ellos o todos! Pero no existirían si no fuera por la levadura, un microorganismo eucariota que puede metabolizar azúcares de forma anaeróbica a través de una vía llamada fermentación del alcohol. Los seres humanos han utilizado las levaduras para fabricar estos productos durante miles de años, pero sólo han conocido su existencia en los últimos doscientos años. ¿Cómo hacen exactamente estas pequeñas criaturas estos deliciosos alimentos y bebidas? La fermentación del alcohol, también conocida como fermentación del etanol, es la vía anaeróbica llevada a cabo por las levaduras en la que los azúcares simples se convierten en etanol y dióxido de carbono. Las levaduras suelen funcionar en condiciones aeróbicas, o en presencia de oxígeno, pero también son capaces de funcionar en condiciones anaeróbicas, o en ausencia de oxígeno. Cuando no hay oxígeno disponible, la fermentación del alcohol se produce en el citosol de las células de levadura. Exploremos el proceso de fermentación del alcohol y veamos qué significa para las levaduras y para el ser humano.
Significado de la fermentación
Mientras que la falta de un aceptor final de electrones inorgánico apropiado depende del medio ambiente, las otras dos condiciones están determinadas genéticamente. Así, muchos procariotas, incluidos los miembros del género Streptococcus, de importancia clínica, son permanentemente incapaces de respirar, incluso en presencia de oxígeno. Por el contrario, muchos procariotas son facultativos, lo que significa que, si las condiciones ambientales cambian para proporcionar un aceptor final de electrones inorgánico apropiado para la respiración, los organismos que contienen todos los genes necesarios para hacerlo cambiarán a la respiración celular para el metabolismo de la glucosa, ya que la respiración permite una producción mucho mayor de ATP por molécula de glucosa.
Si no se produce la respiración, el NADH debe ser reoxidado a NAD+ para ser reutilizado como portador de electrones para que continúe la glucólisis, el único mecanismo de la célula para producir ATP. Algunos sistemas vivos utilizan una molécula orgánica (comúnmente piruvato) como aceptor final de electrones a través de un proceso llamado fermentación. La fermentación no implica un sistema de transporte de electrones y no produce directamente ningún ATP adicional al producido durante la glucólisis por la fosforilación a nivel de sustrato. Los organismos que llevan a cabo la fermentación, llamados fermentadores, producen un máximo de dos moléculas de ATP por glucosa durante la glucólisis. La Tabla 1 compara los aceptores finales de electrones y los métodos de síntesis de ATP en la respiración aeróbica, la respiración anaeróbica y la fermentación. Nótese que el número de moléculas de ATP que se muestra para la glucólisis supone la vía de Embden-Meyerhof-Parnas. Se indica el número de moléculas de ATP producidas por la fosforilación a nivel de sustrato (SLP) frente a la fosforilación oxidativa (OP).
Fermentación láctica
¿Cómo generan energía los organismos cuando no hay oxígeno disponible? Exploremos cómo los seres humanos, las bacterias, las levaduras y otros organismos realizan la fermentación para generar energía a partir de los alimentos en ausencia de oxígeno. Antes de comenzar, no olvides imprimir tu Diario de Biología OnTRACK.
B(4) El alumno sabe que las células son las estructuras básicas de todos los seres vivos con partes especializadas que realizan funciones específicas y que los virus son diferentes de las células. Se espera que el alumno:
Haga una pausa por un momento y respire profundamente. Al hacerlo, el aire llena sus pulmones. Los pulmones y el torrente sanguíneo trabajan para suministrar a las células mucho oxígeno para generar la energía que las células necesitan para funcionar. Recuerda que las células utilizan el oxígeno para generar energía utilizable, o ATP, a partir de los alimentos que ingerimos. Esto se hace normalmente a través del proceso de respiración celular. En la respiración celular, el oxígeno acepta electrones al final de la cadena de transporte de electrones, donde se forma la mayor parte del ATP. Sin oxígeno, la cadena de transporte de electrones deja de generar ATP.