La producción de energía a partir de compuestos orgánicos, como la glucosa, por oxidación utilizando compuestos químicos (generalmente orgánicos) del interior de una célula como "aceptores de electrones" se denomina fermentación.
Esta es una alternativa a la respiración celular en la que los electrones de la glucosa y otros compuestos que se oxidan se transfieren a un aceptor traído desde el exterior de la célula, generalmente oxígeno. Esta es una alternativa a la respiración celular (sin oxígeno, la respiración celular no puede ocurrir).
Fermentación vs. Respiración celular
Si bien la fermentación puede tener lugar en condiciones anaeróbicas (falta de oxígeno), también puede ocurrir cuando el oxígeno es abundante.
La levadura, por ejemplo, prefiere la fermentación a la respiración celular si hay suficiente glucosa disponible para apoyar el proceso, incluso si hay suficiente oxígeno disponible.
Glucólisis: la descomposición del azúcar antes de la fermentación
Cuando el azúcar rico en energía, en particular la glucosa, ingresa a una célula, se descompone en un proceso llamado glucólisis.
Glucólisis es un paso indispensable tanto para la respiración celular como para la fermentación.Es una vía común para la descomposición del azúcar, que puede conducir a la fermentación o respiración celular.
La glucólisis no requiere oxígeno
La glucólisis es un proceso bioquímico antiguo, que surgió muy temprano en la historia evolutiva. Las reacciones centrales de la glucólisis fueron "inventadas" por microorganismos mucho antes de que evolucionara la fotosíntesis, que surgió aproximadamente 3,5 hace miles de millones de años, pero que tomaría aproximadamente 1.500 millones de años para llenar los mares y la atmósfera con una cantidad apreciable de oxígeno.
Así, incluso los eucariotas complejos (el dominio biológico que incluye los reinos animal, vegetal, fúngico y protista) son capaces de producir energía sin respiración, sin oxígeno, etc. En la levadura, que pertenece al reino de los hongos, los productos químicos de la glucólisis se fermentan para producir energía para la célula.
De la glucólisis a la fermentación
Al final de la glucólisis, la estructura de seis carbonos de la glucosa se habrá dividido en dos moléculas del compuesto de tres carbonos llamado piruvato. También se produce el químico NADH, a partir de un químico más "oxidado" llamado NAD +.
En la levadura, el piruvato sufre una "reducción", la ganancia de electrones, que luego se transfieren del NADH producido anteriormente en la glucólisis para producir acetaldehído y dióxido de carbono.
Luego, el acetaldehído se reduce aún más a alcohol etílico, el producto final de la fermentación. En los animales, incluidos los humanos, el piruvato se puede fermentar cuando la disponibilidad de oxígeno es baja. Esto es especialmente cierto en las células musculares. Cuando esto sucede, aunque se producen pequeñas cantidades de alcohol, la mayor parte del piruvato de la glucólisis se reduce no a alcohol, sino a ácido láctico.
Si bien el ácido láctico puede salir de las células animales y usarse para producir energía en el corazón, puede acumularse dentro de los músculos, causando dolor y disminuyendo el rendimiento deportivo. Esta es la sensación de "ardor" que siente después de levantar pesas, correr durante un largo período de tiempo, correr, levantar cajas pesadas, etc.
Producción de ATP y energía a través de la fermentación
El portador de energía universal en las células es una sustancia química conocida como ATP (trifosfato de adenosina). Si utilizan oxígeno, las células pueden producir ATP a través de la glucólisis seguida de la respiración celular, de modo que una molécula de azúcar glucosa produce 36-38 moléculas de ATP, según el tipo de célula.
De estas 36-38 moléculas de ATP, solo dos se producen durante la fase de glucólisis. Por lo tanto, si se usa la fermentación como alternativa a la respiración celular, las células producen mucha menos energía que con la respiración. Sin embargo, en condiciones anaeróbicas o con poco oxígeno, la fermentación puede mantener a un organismo vivo y sobreviviendo, ya que de otro modo no tendría respiración sin oxígeno.
Usos para la fermentación
Los seres humanos utilizamos el proceso de fermentación para nuestro propio beneficio, especialmente cuando se trata de alimentos y bebidas. La elaboración de pan, la producción de cerveza y vino, los encurtidos, el yogur y la kombucha utilizan proceso de fermentacion.