La producción de energía a partir de compuestos orgánicos, como la glucosa, por oxidación utilizando compuestos químicos (generalmente orgánicos) de una célula como "aceptores de electrones" se llama 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 de fuera de la célula, típicamente oxígeno.
Fermentación vs. Respiración celular
Mientras la fermentación puede tener lugar bajo condiciones anaeróbicas (falta de oxígeno), puede ocurrir cuando el oxígeno es abundante también. 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.
Glicólisis: la descomposición del azúcar antes de la fermentación
Cuándo azúcar rica en energía - glucosa en particular - ingresa a una célula, se descompone en un proceso llamado glucólisis. La glucólisis es un requisito previo tanto para la respiración celular como para la fermentación. Es una vía común para la descomposición del azúcar, que puede conducir a cualquiera de los dos procesos.
Glycolyis no requiere oxígeno
La glucólisis es un antiguo proceso bioquímico que surgió muy temprano en la historia de la evolución. Las reacciones centrales para la glucólisis fueron "inventadas" por microorganismos mucho antes de la fotosíntesis, que surgió hace aproximadamente 3.500 millones de años, pero que tomaría aproximadamente 1.500 millones de años para llenar los mares y la atmósfera con cualquier cantidad apreciable de oxígeno. Por lo tanto, incluso los eucariotas complejos (el "dominio" biológico que incluye los reinos de animales, plantas, hongos y protistas) son capaces de producir energía sin oxígeno. 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, los seis carbonos La estructura de la glucosa se divide en dos moléculas del compuesto de tres carbonos "piruvato". También se produce el NADH químico, a partir de un químico más "oxidado" llamado NAD +. En la levadura, el piruvato experimenta "reducción", la ganancia de electrones, que luego se transfieren del NADH producido anteriormente en la glucólisis para producir acetaldehído y dióxido de carbono. El acetaldehído se reduce luego a alcohol etílico, el producto final de la fermentación. En los animales, incluidos los humanos, el piruvato puede fermentarse 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 mayoría del piruvato de la glucólisis se reduce no al alcohol, sino al ácido láctico. Mientras que 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 disminución del rendimiento atlético.
ATP y producción de energía a través de la fermentación
El portador universal de energía en las células es una sustancia química conocida como ATP. Si se utiliza 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, dependiendo del tipo de célula. De estas 36-38 moléculas de ATP, solo se producen dos durante la fase de glucólisis. Por lo tanto, si se utiliza la fermentación como alternativa a la respiración celular, las células producen mucha menos energía que la que utilizan mediante la respiración.
