Definición de fermentación
La fermentación se refiere al proceso metabólico por el cual las moléculas orgánicas (normalmente glucosa) se convierten en ácidos, gases o alcohol en ausencia de oxígeno o de cualquier cadena de transporte de electrones. Las vías de fermentación regeneran la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+), que se utiliza en la glucólisis para liberar energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP). La fermentación solo produce una red de 2 ATP por molécula de glucosa (a través de la glucólisis), mientras que la respiración aeróbica produce hasta 32 moléculas de ATP por molécula de glucosa con la ayuda de la cadena de transporte de electrones.
El estudio de la fermentación y sus usos prácticos se llama zimología y se originó en 1856 cuando el químico francés Louis Pasteur demostró que la fermentación era causada por levadura. La fermentación ocurre en ciertos tipos de bacterias y hongos que requieren un ambiente libre de oxígeno para vivir (conocidos como anaerobios obligatorios), en anaerobios facultativos como la levadura, y también en células musculares cuando el oxígeno es escaso (como en el ejercicio extenuante). Los procesos de fermentación son valiosos para las industrias de alimentos y bebidas, con la conversión de azúcares en etanol utilizado para producir bebidas alcohólicas, la liberación de CO2 por la levadura utilizada en la fermentación del pan y la producción de ácidos orgánicos para preservar y dar sabor a verduras y productos lácteos.
Función de fermentación
La función principal de la fermentación es convertir NADH de nuevo en la coenzima NAD+ para que pueda usarse de nuevo para la glucólisis. Durante la fermentación, un aceptor de electrones orgánicos (como piruvato o acetaldehído) reacciona con NADH para formar NAD+, generando productos como dióxido de carbono y etanol (fermentación de etanol) o lactato (fermentación de ácido láctico) en el proceso.
Tipos de Fermentación
Hay muchos tipos de fermentación que se distinguen por los productos finales formados a partir de piruvato o sus derivados. Las dos fermentaciones más utilizadas por los seres humanos para producir alimentos comerciales son la fermentación de etanol (utilizada en cerveza y pan) y la fermentación de ácido láctico (utilizada para dar sabor y conservar lácteos y verduras).
Fermentación de etanol
Esta figura representa los procesos de glicólisis y fermentación de etanol.
En la fermentación del etanol, el piruvato producido a través de la glucólisis se convierte en etanol y dióxido de carbono en dos pasos. Primero, el piruvato libera dióxido de carbono para formar un compuesto de dos carbonos llamado acetaldehído. A continuación, el NADH reduce el acetaldehído a etanol, regenerando así el NAD+ para su uso en la glucólisis. En general, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de dióxido de carbono y dos moléculas de etanol.
La fermentación de etanol se realiza típicamente por levadura, que es un hongo unicelular.
Fermentación de ácido láctico
Esta figura representa los procesos de glucólisis y fermentación homoláctica.
Hay dos tipos principales de fermentación de ácido láctico: homoláctico y heteroláctico. En la fermentación del ácido homoláctico, el NADH reduce el piruvato directamente para formar lactato. Este proceso no libera gas. En general, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de lactato. En la fermentación heteroláctica, parte del lactato se metaboliza aún más, lo que resulta en etanol y dióxido de carbono a través de la vía de la fosfocetolasa.
La fermentación de ácido láctico se realiza principalmente por ciertos tipos de bacterias y hongos. Sin embargo, este tipo de fermentación también ocurre en las células musculares para producir ATP cuando el suministro de oxígeno se ha agotado durante el ejercicio extenuante y la respiración aeróbica no es posible.
Fermentation Equation
Ethanol Fermentation
glucose → 2 ethanol + 2 carbon dioxide
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Lactic Acid Fermentation
glucose → 2 lactic acid
C6H12O6 → 2 C3H6O3
Products of Fermentation
While there are a number of products from fermentation, the most common are ethanol, lactic acid, carbon dioxide, and hydrogen gas (H2). Estos productos se utilizan comercialmente en alimentos, vitaminas, productos farmacéuticos o como productos químicos industriales. Además, muchos productos menos comunes todavía ofrecen valor comercial. Por ejemplo, la producción de acetona a través de la fermentación de acetona – butanol – etanol fue desarrollada por primera vez por el químico judío Chaim Weizmann y fue importante para la industria de guerra británica durante la Primera Guerra Mundial.
Quiz
1. ¿Qué es la coenzima regenerada por el proceso de fermentación?
A. NADH
B. NAD +
C. Etanol
D. Ácido láctico
2. ¿Qué tipo de fermentación ocurre en las células musculares durante el ejercicio extenuante?
A. Etanol
B. Ácido mixto
C. Ácido láctico
D. Ácido butírico
3. ¿Qué químico demostró el papel de la levadura en la fermentación?
A. Chaim Weizmann
B. Louis Pasteur
C. Marie Curie
D. Antoine Lavoisier
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