¿QUÉ PASA EN LA FERMENTACIÓN?

En este post vamos a ver qué pasa en la Fermentación. Prácticamente todos los organismos de la Tierra recurren a la glucólisis, lo que prueba que es una de las rutas bioquímicas más antiguas. Los científicos plantean que las primeras formas de vida aparecieron en condiciones anaeróbicas (antes de la evolución de la fotosíntesis, que libera oxígeno). Estas formas primitivas de vida dependían de la glucólisis para generar energía; degradaban moléculas orgánicas formadas en las condiciones que privaban en el planeta antes de que apareciera la vida.

Todavía prosperan muchos organismos en lugares donde el oxígeno es raro o inexistente, como el estómago y los intestinos de los animales (incluidos los seres humanos), las profundidades del suelo o en pantanos y marismas. Algunos microorganismos no tienen enzimas para realizar la respiración celular; son incapaces de aprovechar el oxígeno incluso en condiciones aeróbicas. De hecho, el oxígeno es tóxico para algunas especies de bacterias, como la que causa el tétanos.

¿Por qué es necesaria la fermentación?

En condiciones anaeróbicas, después de la glucólisis ocurre la fermentación. Ésta no produce más ATP; entonces, ¿por qué se necesita? La fermentación es necesaria para convertir el NADH producido durante la glucólisis en NAD, que debe reciclarse constantemente para que la glucólisis continúe.

En condiciones aeróbicas, casi todos los organismos realizan la respiración celular y regeneran el NAD donando los electrones energizados del NADH a la CTE. Pero en condiciones anaeróbicas, sin oxígeno que permita el funcionamiento de la CTE, la célula tiene que regenerar el NAD por medio de la fermentación.

Durante la fermentación se donan electrones del NADH (junto con algunos iones hidrógeno) al piruvato, con lo que cambia químicamente. Si el suministro de NAD se agotara (lo que ocurriría rápidamente sin la fermentación), la glucólisis se detendría, cesaría la producción energética y el organismo moriría muy rápido.

Dependiendo de la ruta metabólica con la que hayan evolucionado, los organismos realizan una de dos formas de fermentación para regenerar el NAD: fermentación láctica, que produce ácido láctico a partir del piruvato, o la fermentación alcohólica, que produce alcohol y CO2 a partir del piruvato. Como la fermentación no degrada completamente la glucosa ni toma energía del NADH para producir más ATP, los organismos que dependen de la fermentación deben consumir más glucosa para generar la misma cantidad de ATP que los organismos que realizan la respiración celular.

Algunas células fermentan el piruvato para formar lactato

La fermentación del piruvato en lactato se llama fermentación láctica (en el citosol, el ácido láctico se ioniza, con lo que forma lactato). La fermentación láctica ocurre en músculos tan activos que consumen todo el oxígeno que tienen.

Cuando les falta oxígeno, los músculos no dejan de trabajar de inmediato. En última instancia, los animales se mueven más vigorosamente cuando luchan, huyen o persiguen a su presa. Durante estas actividades, su capacidad de persistir un poco más puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte. Cuando los músculos tienen muy poco oxígeno, la glucólisis suministra sus escasas dos moléculas de ATP por molécula de glucosa, lo cual le permite aportar la energía necesaria para una aceleración breve y final.

Para regenerar el NAD, las células musculares fermentan moléculas de piruvato en lactato usando electrones del NADH y iones hidrógeno (FIGURA 8-8).

Por ejemplo, si respiras agitadamente tras haber corrido para llegar a tiempo a clases, tus músculos dependieron de la glucólisis para obtener parte de su energía y tus pulmones se esforzaron por restituir el oxígeno necesario para la respiración celular. Cuando el oxígeno queda reabastecido, el lactato se convierte de nuevo en piruvato tanto en las células de los músculos, donde se usará para la respiración celular, como en el hígado, donde el piruvato se convierte de nuevo en glucosa. Ésta pasa luego al torrente sanguíneo como fuente de energía para células del resto del cuerpo.

Diversos organismos se valen de la fermentación láctica, como las bacterias que convierten la leche en yogur, crema ácida y queso. Como los ácidos tienen un sabor amargo, el ácido láctico contribuye al sabor distintivo de estos alimentos. El ácido también desnaturaliza la proteína de la leche, pues altera su estructura tridimensional. Por esto la leche se espesa y la textura de la crema ácida y la leche es semisólida.

Algunas células fermentan el piruvato para formar alcohol etílico y dióxido de carbono

Muchos microorganismos, como la levadura (hongo unicelular), realizan la fermentación alcohólica en condiciones anaeróbicas.

Como en la fermentación láctica, el NAD debe regenerarse para que continúe la glucólisis. Durante la fermentación alcohólica, con el H y los electrones del NADH se usan para convertir el piruvato en etanol y CO2 (y no en lactato). Esto libera NAD, que luego queda listo para aceptar más electrones energizados en la glucólisis (FIGURA 8-9).