Fermentación

En la respiración aeróbica, el aceptor final de electrones es una molécula de oxígeno, O₂. Si se produce respiración aeróbica, se producirá ATP utilizando la energía de los electrones de alta energía transportados por NADH o FADH₂ a la cadena de transporte de electrones. Si no se produce la respiración aeróbica, el NADH debe volverse a oxidar a NAD⁺ para su reutilización como un portador de electrones para que continúe la glucólisis. ¿Cómo se hace esto? Algunos sistemas vivos usan una molécula orgánica como aceptor final de electrones. Los procesos que usan una molécula orgánica para regenerar NAD⁺ a partir de NADH se denominan colectivamente fermentación. En contraste, algunos sistemas vivos usan una molécula inorgánica (que no sea oxígeno) como un receptor de electrones final para regenerar NAD⁺; ambos métodos son anaeróbicos (no requieren oxígeno) para lograr la regeneración de NAD⁺ y permiten a los organismos convertir energía para su uso en ausencia de oxígeno.

Fermentación de ácido láctico

El método de fermentación utilizado por los animales y algunas bacterias como las del yogurt es la fermentación de ácido láctico. Esto ocurre rutinariamente en los glóbulos rojos de mamíferos y en el músculo esquelético que tiene un suministro de oxígeno insuficiente para permitir que continúe la respiración aeróbica (es decir, en los músculos utilizados hasta el punto de fatiga). En los músculos, la circulación sanguínea debe eliminar el ácido láctico producido por la fermentación y llevarlo al hígado para un mayor metabolismo. La reacción química de la fermentación de ácido láctico es la siguiente:

La enzima que cataliza esta reacción es la lactato deshidrogenasa. La reacción puede proceder en cualquier dirección, pero la reacción de izquierda a derecha es inhibida por condiciones ácidas. Esta acumulación de ácido láctico causa rigidez muscular y fatiga. Una vez que el ácido láctico ha sido eliminado del músculo y circula al hígado, puede convertirse de nuevo en ácido pirúvico y catabolizarse aún más para obtener energía.

La fermentación con ácido láctico es común en los músculos que se han agotado por el uso.

Tremetol, un veneno metabólico que se encuentra en la planta de raíz de serpiente blanca, previene el metabolismo del lactato. Cuando las vacas comen esta planta, Tremetol se concentra en la leche. Los humanos que consumen la leche se enferman. Los síntomas de esta enfermedad, que incluyen vómitos, dolor abdominal y temblores, empeoran después del ejercicio. ¿Por qué crees que este es el caso?

Fermentación de alcohol

Otro proceso de fermentación familiar es la fermentación de alcohol, que produce etanol, un alcohol. La reacción de fermentación del alcohol es la siguiente:

Se muestra la reacción que resulta en la fermentación de alcohol.

En la primera reacción, se elimina un grupo carboxilo del ácido pirúvico, liberando dióxido de carbono como gas. La pérdida de dióxido de carbono reduce la molécula en un átomo de carbono, produciendo acetaldehído. La segunda reacción elimina un electrón de NADH, formando NAD⁺ y produciendo etanol a partir del acetaldehído, que acepta el electrón. La fermentación del ácido pirúvico por levadura produce el etanol que se encuentra en las bebidas alcohólicas. Si el dióxido de carbono producido por la reacción no sale de la cámara de fermentación, por ejemplo en cerveza y vinos espumosos, permanece disuelto en el medio hasta que se libera la presión. El etanol por encima del 12 por ciento es tóxico para la levadura, por lo que los niveles naturales de alcohol en el vino se producen en un máximo del 12 por ciento.

Respiración Celular Anaerobia

Ciertos procariotas, incluidas algunas especies de bacterias y arqueas, utilizan respiración anaeróbica. Por ejemplo, el grupo de Archaea llamado metanógenos reduce el dióxido de carbono a metano para oxidar NADH. Estos microorganismos se encuentran en el suelo y en el tracto digestivo de rumiantes, como vacas y ovejas. De manera similar, las bacterias reductoras de sulfato y Archaea, la mayoría de las cuales son anaeróbicas, reducen el sulfato a sulfuro de hidrógeno para regenerar NAD⁺ a partir de NADH.

El color verde que se ve en estas aguas costeras proviene de una erupción de sulfuro de hidrógeno. Las bacterias anaerobias reductoras de sulfato liberan gas sulfuro de hidrógeno a medida que descomponen las algas en el agua.

Otros métodos de fermentación se producen en bacterias. Muchos procariotas son facultativamente anaeróbicos. Esto significa que pueden cambiar entre la respiración aeróbica y la fermentación, dependiendo de la disponibilidad de oxígeno. Ciertos procariotas, como la bacteria Clostridia, son anaerobios obligados. Los anaerobios obligados viven y crecen en ausencia de oxígeno molecular. El oxígeno es un veneno para estos microorganismos y los mata tras la exposición. Cabe señalar que todas las formas de fermentación, excepto la fermentación de ácido láctico, producen gas. La producción de tipos particulares de gas se usa como un indicador de la fermentación de carbohidratos específicos, que desempeña un papel en la identificación de la bacteria en el laboratorio. Los diferentes métodos de fermentación son utilizados por diferentes organismos para asegurar un suministro adecuado de NAD⁺ para el sexto paso en la glucólisis. Sin estas vías, ese paso no ocurriría, y no se recolectaría ATP de la descomposición de la glucosa.

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