Definizione di fermentazione
La fermentazione si riferisce al processo metabolico mediante il quale le molecole organiche (normalmente glucosio) vengono convertite in acidi, gas o alcool in assenza di ossigeno o di qualsiasi catena di trasporto di elettroni. Le vie di fermentazione rigenerano il coenzima nicotinamide adenina dinucleotide (NAD+), che viene utilizzato nella glicolisi per rilasciare energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP). La fermentazione produce solo una rete di 2 ATP per molecola di glucosio (attraverso la glicolisi), mentre la respirazione aerobica produce fino a 32 molecole di ATP per molecola di glucosio con l’aiuto della catena di trasporto degli elettroni.
Lo studio della fermentazione e dei suoi usi pratici si chiama zymology e ha avuto origine nel 1856 quando il chimico francese Louis Pasteur dimostrò che la fermentazione era causata dal lievito. La fermentazione avviene in alcuni tipi di batteri e funghi che richiedono un ambiente privo di ossigeno per vivere (noto come anaerobi obbligati), in anaerobi facoltativi come il lievito e anche nelle cellule muscolari quando l’ossigeno scarseggia (come in un intenso esercizio fisico). I processi di fermentazione sono preziosi per l’industria alimentare e delle bevande, con la conversione degli zuccheri in etanolo utilizzato per produrre bevande alcoliche, il rilascio di CO2 dal lievito utilizzato nella lievitazione del pane, e con la produzione di acidi organici per preservare sapore e verdura e prodotti lattiero-caseari.
Funzione di fermentazione
La funzione principale della fermentazione è quella di convertire il NADH nel coenzima NAD+ in modo che possa essere nuovamente utilizzato per la glicolisi. Durante la fermentazione, un accettore di elettroni organici (come piruvato o acetaldeide) reagisce con NADH per formare NAD+, generando prodotti come anidride carbonica ed etanolo (fermentazione dell’etanolo) o lattato (fermentazione dell’acido lattico) nel processo.
Tipi di fermentazione
Esistono molti tipi di fermentazione che si distinguono per i prodotti finali formati dal piruvato o dai suoi derivati. Le due fermentazioni più comunemente utilizzate dagli esseri umani per produrre alimenti commerciali sono la fermentazione dell’etanolo (utilizzata nella birra e nel pane) e la fermentazione dell’acido lattico (utilizzata per aromatizzare e conservare latticini e verdure).
Fermentazione dell’etanolo
Questa figura descrive i processi di glicolisi e fermentazione dell’etanolo.
Nella fermentazione dell’etanolo, il piruvato prodotto attraverso la glicolisi viene convertito in etanolo e anidride carbonica in due fasi. In primo luogo, il piruvato rilascia anidride carbonica per formare un composto a due atomi di carbonio chiamato acetaldeide. Successivamente, l’acetaldeide viene ridotta dal NADH in etanolo, rigenerando così il NAD + per l’uso nella glicolisi. Nel complesso, una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di anidride carbonica e due molecole di etanolo.
La fermentazione dell’etanolo viene tipicamente eseguita dal lievito, che è un fungo unicellulare.
Fermentazione dell’acido lattico
Questa figura descrive i processi di glicolisi e fermentazione omolattica.
Esistono due tipi principali di fermentazione dell’acido lattico: omolattica ed eterolattica. Nella fermentazione dell’acido omolattico, il NADH riduce il piruvato direttamente per formare il lattato. Questo processo non rilascia gas. Nel complesso, una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di lattato. Nella fermentazione eterolattica, un po ‘ di lattato viene ulteriormente metabolizzato, con conseguente etanolo e anidride carbonica attraverso la via della fosfoketolasi.
La fermentazione dell’acido lattico viene eseguita principalmente da alcuni tipi di batteri e funghi. Tuttavia, questo tipo di fermentazione si verifica anche nelle cellule muscolari per produrre ATP quando l’apporto di ossigeno è stato esaurito durante un intenso esercizio fisico e la respirazione aerobica non è possibile.
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). Questi prodotti sono utilizzati commercialmente in alimenti, vitamine, prodotti farmaceutici o come prodotti chimici industriali. Inoltre, molti prodotti meno comuni offrono ancora valore commerciale. Ad esempio, la produzione di acetone attraverso la fermentazione acetone – butanolo – etanolo fu sviluppata per la prima volta dal chimico ebreo Chaim Weizmann ed era importante per l’industria bellica britannica durante la prima guerra mondiale.
Quiz
1. Qual è il coenzima rigenerato dal processo di fermentazione?
A. NADH
B. NAD+
C. Etanolo
D. Acido lattico
2. Quale tipo di fermentazione si verifica nelle cellule muscolari durante un intenso esercizio fisico?
A. Etanolo
B. Acido misto
C. Acido lattico
D. Acido butirrico
3. Quale chimico ha dimostrato il ruolo del lievito nella fermentazione?
A. Chaim Weizmann
B. Louis Pasteur
C. Marie Curie
D. Antoine Lavoisier
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