5.10: Fermentación

Rápido y Furioso

Los músculos de este velocista necesitarán mucha energía para completar su carrera corta porque estarán corriendo a máxima velocidad. La acción no durará mucho, pero será muy intensa. La energía que necesita el velocista no puede ser proporcionada lo suficientemente rápido por la respiración celular aeróbica. En cambio, sus células musculares deben utilizar un proceso diferente para impulsar su actividad.

Figura\(\PageIndex{1}\): Velocista en el campo

Hacer ATP sin oxígeno

Las células de los seres vivos potencian sus actividades con la molécula portadora de energía ATP (trifosfato de adenosina). Las células de la mayoría de los seres vivos producen ATP a partir de la glucosa en el proceso de respiración celular. Este proceso se presenta en tres etapas principales, y una etapa intermedia: glucólisis, oxidación del piruvato, ciclo de Krebs y transporte de electrones. Las dos últimas etapas requieren oxígeno, haciendo de la respiración celular un proceso aeróbico. También hay otras formas de hacer ATP a partir de glucosa sin oxígeno, como la respiración anaeróbica y la fermentación, de hacer ATP a partir de glucosa sin oxígeno. Nuestras células no realizan respiración anaeróbica. Por lo tanto, solo nos centraremos en la fermentación en esta sección.

Figura\(\PageIndex{2}\). La imagen muestra la glucólisis y la fermentación. Existen dos tipos de fermentación, el ácido alcohólico y el ácido láctico. La fermentación sigue a la glucólisis en ausencia de oxígeno. La fermentación alcohólica produce etanol, dióxido de carbono y NAD ⁺. La fermentación de ácido láctico produce ácido láctico (lactato) y NAD ⁺. El NAD ⁺ retrocede para permitir que la glucólisis continúe y se haga más ATP. Cada bola negra en la imagen representa un átomo de carbono, y las bolas rojas representan oxígeno.

Fermentación

La fermentación comienza con la glucólisis, pero no implica las dos últimas etapas de respiración celular aeróbica (el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa). Durante la glucólisis, dos portadores de electrones NAD+ se reducen a dos moléculas de NADH y se producen 2 ATP netos. El NADH debe volver a oxidarse para que la glucólisis pueda continuar y las células puedan continuar haciendo 2 ATP. Las células no pueden producir más de 2 ATP en fermentación porque la fosforilación oxidativa no ocurre por falta de oxígeno. Existen dos tipos de fermentación, la fermentación alcohólica y la fermentación con ácido láctico. Nuestras células solo pueden realizar fermentación de ácido láctico; sin embargo, hacemos uso de ambos tipos de fermentación utilizando otros organismos.

Fermentación Alcohólica

Fermentación alcohólica El proceso por el cual esto sucede se resume en la Figura\(\PageIndex{2}\). Las dos moléculas de piruvato que se muestran en este diagrama provienen de la división de la glucosa a través de la glucólisis. Este proceso también produce 2 moléculas de ATP. La descomposición continua del piruvato produce acetaldehído, dióxido de carbono y eventualmente etanol. La fermentación alcohólica requiere los electrones del NADH y resulta en la generación de NAD+.

La levadura en masa de pan también utiliza la fermentación alcohólica para obtener energía y produce gas dióxido de carbono como producto de desecho. El dióxido de carbono que se libera provoca burbujas en la masa y explica por qué la masa sube. ¿Ves los pequeños agujeros en el pan en Figura\(\PageIndex{3}\)? Los agujeros estaban formados por burbujas de gas dióxido de carbono.

Figura\(\PageIndex{3}\): Los agujeros del gas dióxido de carbono en la masa de pan se dejan atrás después de que el pan se hornea.

Fermentación de ácido láctico

La fermentación del ácido láctico es realizada por ciertas bacterias, incluyendo las bacterias en el yogur. También lo llevan a cabo tus células musculares cuando las trabajas duro y rápido. Es así como los músculos del velocista en Figura\(\PageIndex{1}\) obtienen energía por su corta duración pero intensa actividad. El proceso por el cual esto sucede se resume en la Figura\(\PageIndex{2}\). De nuevo, dos moléculas de piruvato y dos ATP resultan de la glucólisis. La reducción del piruvato usando los electrones transportados por el NADH produce lactato (es decir, ácido láctico). Si bien esto es similar a la fermentación alcohólica, no se produce dióxido de carbono en este proceso.

¿Alguna vez corriste una carrera, levantaste pesas pesadas o participaste en alguna otra actividad intensa y notaste que tus músculos comienzan a sentir una sensación de ardor? Esto puede ocurrir cuando sus células musculares utilizan la fermentación de ácido láctico para proporcionar ATP para la energía. La acumulación de ácido láctico en los músculos provoca la sensación de ardor. La sensación dolorosa es útil si consigue que dejes de sobretrabajar tus músculos y permitirles un periodo de recuperación durante el cual las células puedan eliminar el ácido láctico.

Pros y contras de la fermentación

Con oxígeno, los organismos pueden utilizar la respiración celular aeróbica para producir hasta 36 moléculas de ATP a partir de una sola molécula de glucosa. Sin oxígeno, algunas células humanas deben usar la fermentación para producir ATP, y este proceso produce solo dos moléculas de ATP por molécula de glucosa. Aunque la fermentación produce menos ATP, tiene la ventaja de hacerlo muy rápidamente. Permite que tus músculos, por ejemplo, obtengan la energía que necesitan para ráfagas cortas de actividad intensa. La respiración celular aeróbica, en contraste, produce ATP más lentamente.

Característica: Mito vs Realidad

Mito: la acumulación de ácido láctico puede provocar fatiga muscular y sensación de ardor en los músculos. Se cree que el dolor se debe al daño microscópico de las fibras musculares.

Realidad: La afirmación sobre el ácido láctico que causa la quemadura en el músculo no tiene pruebas experimentales sólidas. Hipótesis alternativas sugieren que a través de la producción de ácido láctico, el pH interno del músculo disminuye, desencadenando la contracción muscular debido a la activación de las neuronas motoras.

Revisar

1. Declarar la principal diferencia entre la respiración celular aeróbica y la fermentación.
2. ¿Qué es la fermentación?
3. Comparar y contrastar la fermentación alcohólica y de ácido láctico.
4. Identificar el mayor pro y el mayor con de fermentación en relación con la respiración celular aeróbica.
   1. ¿Qué proceso se comparte entre la respiración celular aeróbica y la fermentación? Describa brevemente el proceso.
   2. ¿Por qué este proceso puede ocurrir tanto en la fermentación como en la respiración aeróbica?
5. ¿Qué tipo de proceso metabólico ocurre en el cuerpo humano?
   1. Respiración celular aeróbica
   2. Fermentación alcohólica
   3. Fermentación de ácido láctico
   4. Tanto A como C
6. Verdadero o Falso. La fermentación de ácido láctico produce dióxido de carbono.
7. Verdadero o Falso. Tipos de bacterias pueden realizar fermentación alcohólica y fermentación de ácido láctico.
8. Verdadero o Falso. No se produce ATP por fermentación.
9. Tanto la fermentación de ácido láctico como la fermentación alcohólica utilizan qué moléculas de ácido para elaborar sus productos finales?
10. ¿Qué tipo de proceso se utiliza en la elaboración de pan y vino?
    1. Fermentación alcohólica
    2. Fermentación de ácido láctico
    3. Respiración celular aeróbica
    4. Respiración procariota
11. ¿La fermentación es un proceso aeróbico o anaeróbico?
12. ¿Cuál es el reactivo, o material de partida, compartido por la respiración aeróbica y ambos tipos de fermentación?

Explora más

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Si bien mucha gente piensa que los Cerveceros son artesanos por su producción de cerveza, en realidad, el verdadero oficio y proceso de elaboración de la cerveza se deben a la glucólisis anaeróbica de la levadura. Conoce más aquí:

Atribuciones

1. Jimmy Vicaut de Marie-Lan Nguyen, con licencia CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons
2. Fermentación alcohólica por Vtvu, licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons
3. Pan por Instituto Nacional del Cáncer, dominio público vía Wikimedia Commons
4. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0