18.5: Fermentación

Objetivos de aprendizaje

1. Definir fermentación.
2. Indicar el mecanismo de generación de ATP durante la fermentación.
3. Describir brevemente la función de la glucólisis durante la fermentación e indicar los reactivos y productos.
4. Comparar el rendimiento máximo de ATP de una molécula de glucosa para respiración aeróbica y para fermentación.

La fermentación es una descomposición anaeróbica de carbohidratos en la que una molécula orgánica es el aceptor final de electrones. No implica un sistema de transporte de electrones. Además,:

1. La fermentación es una descomposición parcial de la glucosa que produce solo 2 ATP netos por glucosa por medio de fosforilación a nivel de sustrato;
2. La fermentación implica solo glucólisis; y
3. La fermentación se encuentra en bacterias que son anaerobios obligados y anaerobios facultativos.

Glicólisis durante la fermentación

Función: Al igual que durante la respiración aeróbica, la glucólisis es una descomposición parcial de una molécula de glucosa de seis carbonos en dos, tres moléculas de piruvato, 2NADH +2H ⁺ y 2 ATP neto como resultado de la fosforilación a nivel de sustrato, como se muestra en (ver Figura\(\PageIndex{1}\) y Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figuras 1 y 2: Resumen de la glicólisis. 1. Se agrega un fosfato de la hidrólisis de una molécula de ATP a la glucosa, un azúcar de 6 carbonos, para formar glucosa 6-fosfato. 2. La molécula de 6-fosfato de glucosa se reordena en un isómero llamado fructosa 6-fosfato. 3. Un segundo fosfato proporcionado por la hidrólisis de una segunda molécula de ATP se agrega al 6-fosfato de fructosa para formar fructosa 1,6-difosfato. 4. El 6-bifosfato de fructosa de 6 carbonos se divide en dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato, una molécula de 3 carbonos. La oxidación y fosforilación de cada 3-fosfato de gliceraldehído produce 1,3-bifosfoglicerato con un enlace fosfato de alta energía (línea roja ondulada) y NADH. 5. A través de la fosforilación a nivel de sustrato, el fosfato de alta energía se elimina de cada 1,3-bifosfoglicerato y se transfiere a ADP formando ATP y 3-fosfoglicerato. Cada 3-fosfoglicerato se oxida para formar una molécula de fosfoenolpiruvato con un enlace fosfato de alta energía.7. A través de la fosforilación a nivel de sustrato, el fosfato de alta energía se elimina de cada fosfoenolpiruvato y se transfiere a ADP formando ATP y piruvato.

La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula. Como se mencionó anteriormente, la reacción general es:

glucosa (6C) + 2 NAD ⁺ +2 ADP +2 fosfatos inorgánicos (P _i)

rinde 2 piruvato (3C) + 2 NADH + 2 H ⁺ 2 ATP neto

La glucólisis también produce una serie de metabolitos precursores clave, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\).

Figura\(\PageIndex{3}\): Integración del Metabolito - Metabolitos Precursores. Los carbohidratos, las proteínas y los lípidos se pueden usar como fuentes de energía; los metabolitos involucrados en la producción de energía se pueden usar para sintetizar carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y estructuras celulares.

Dado que no existe un sistema de transporte de electrones, los protones y electrones donados por ciertas moléculas precursoras intermedias durante la glucólisis no generan moléculas adicionales de ATP. En cambio, se combinan con la coenzima NAD ⁺, la molécula orgánica que sirve como aceptor final de electrones y protones, reduciéndola a NADH + H ⁺ (ver Figura\(\PageIndex{1}\) y Figura\(\PageIndex{2}\)).

Glicólisis

La glucólisis es una descomposición parcial de una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de tres carbonos de piruvato, 2NADH +2H ⁺ y 2 ATP neto como resultado de la fosforilación a nivel de sustrato. La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula.

Los 2 ácidos pirúvicos se convierten luego en uno de los muchos productos finales de fermentación diferentes en varias etapas no productoras de energía.

Productos finales de fermentación

Algunos productos finales de fermentación producidos por microorganismos son muy beneficiosos para los humanos y son la base de una serie de industrias (industria cervecera, industria láctea, etc.). La fermentación se utiliza en la producción de muchos productos alimenticios incluyendo pan, alcohol, yogur, crema agria, quesos, vinagre, chucrut, encurtidos, aceitunas, salsa de soja, poi y kimchi. Los ejemplos de productos finales de fermentación microbiana incluyen:

• Saccharomyces: alcohol etílico y CO ₂
• Streptococcus y Lactobacillus: ácido láctico
• Propionibacterium: ácido propiónico, ácido acético y CO ₂
• Escherichia coli: ácido acético, ácido láctico, ácido succínico, alcohol etílico, CO ₂ y H ₂
• Enterobacter: ácido fórmico, alcohol etílico, 2,3-butanodiol, ácido láctico, CO ₂ y H ₂
• Clostridium: ácido butírico, alcohol butílico, acetona, alcohol isopropílico, CO ₂ y H ₂

Resumen

1. La fermentación es una descomposición anaeróbica de carbohidratos en la que una molécula orgánica es el aceptor final de electrones y no implica un sistema de transporte de electrones.
2. La fermentación es una descomposición parcial de la glucosa produciendo solo 2 ATP netos por glucosa mediante fosforilación a nivel de sustrato, implica solo glucólisis y se encuentra en bacterias anaerobias y anaerobias facultativas.
3. La reacción global es glucosa (6C) + 2 NAD ⁺ +2 ADP +2 fosfatos inorgánicos (P _i) produce 2 piruvato (3C) + 2 NADH + 2 H ⁺ 2 ATP neto.
4. La glucólisis también produce una serie de metabolitos precursores clave.
5. Algunos productos finales de fermentación producidos por microorganismos son muy beneficiosos para los humanos y son la base de una serie de industrias (industria cervecera, industria láctea, etc.).