Fermentación alcohólica por levaduras

Fermentación alcohólica por levaduras

Las levaduras han sido un objeto de investigaci6n preferencial en el estudio de las vías del metabolismo básico antes citadas. Ya Gay-Lussac (1815) formuló la transformación de la glucosa a etanol en su forma actual:

C6H12O6→2CO2+2C2H5OH

La fermentación normal de la glucosa por la levadura. La fermentaci6n de la glucosa a etanol y anhídrido carb6nico por las levaduras (Saccharomyces cerevisiae) se realiza a través de la vía de la fructosa-bifosfato. La transformación de piruvato a etanol implica dos pasos. En el primero se descarboxila el piruvato por la piruvato-descarboxilasa (I) con participación de la tiaminapirofosfato, formándose acetaldehído; este se reduce a etanol con NADH2 mediante la alcohol-deshidrogenasa (2):

[pic 1]

En esta transferencia de hidrógeno se consume el hidrógeno liberado en la deshidrogenación de la triosa-fosfato: el balance de oxidación-reducción queda así equilibrado.

Historia de la investigación de la fermentación por levaduras. L. PASTEUR aclaró definitivamente la cuesti6n del origen de la fermentaci6n y ya estableció que las levaduras a partir de una cantidad dada de azúcar y bajo condiciones aeróbicas, forman aproximadamente veinte veces mas sustancia celular que bajo condiciones anaeróbicas. EI hallazgo de que el oxigeno reprime la fermentación se ha convertido, como "efecto PASTEUR", en un ejemplo modelo de la regulación metabólica. BUCHNER y HAHN observaron en 1896/97 que en un jugo obtenido moliendo con arena de cuarzo y sílice levaduras de cerveza se producía una fermentación de azucares cuando este se añadía. Esta fue la primera realizaci6n de un proceso bioquímico complejo fuera de la célula. En jugos de levadura realizaron HARDEN y YOUNG (1926) el descubrimiento de que la fermentación de la glucosa requiere fosfato inorgánico y que se fija en forma de fructosa-I ,6-bifosfato. EI jugo de levadura fermenta la glucosa según la ecuación de HARDEN-YOUNG:

2 C6H12O 6 + 2 Pi~→ 2 CO2 + 2 C2H5OH + 2 H2O + fructosa-1, 6-bifosfato

Formas de fermentación de NEUBERG. Demostró que no sólo la glucosa, sino que también el piruvato, puede ser fermentado por la levadura. Par captación del aldehído con sulfito de hidrogeno pudo demostrarse que el acetaldehído aparece como un producto intermediario. El sulfito de hidrogeno no es prácticamente tóxico para la levadura. Si se añade sulfito de hidrogeno a la levadura que esta fermentando la glucosa, precipita el acetaldehído como un compuesto de adición:

CH3-CHO + NaHS03→CH3-CHOH-S03Na

Debido a ello se forma un nuevo producto de fermentación, la glicerina; simultáneamente disminuye la producción de etanol y anhídrido carbónico. La fermentación en presencia de sulfito de hidrogeno se ha empleado en la industria para la obtención de glicerina. La producción de glicerina se basa en que el acetaldehído es captado y por tanto no puede funcionar como aceptor de hidrógenos. En lugar del acetaldehído aparece la dihidroxiacetona-fosfato como aceptor de hidrógenos; se reduce a glicerina-3-fosfato y se desfosforila hasta glicerina. La ecuación de la fermentación es la siguiente:

glucosa + sulfito de hidrógeno→ glicerina + sulfito-acetaldehído + CO2

Esta fermentación modificada de la levadura se conoce como "segunda forma de fermentación de NEUBERG". EI principio de captar algunos metabolitos durante el proceso metabólico se utiliza de forma general en bioquímica como "procedimiento de captura".

Al añadir una base (NaHCO3, Na2HPO4) a una fermentación se llega igualmente a la formación de glicerina, porque el acetaldehído se transforma en etanol y el acetato no puede realizar la función del aceptor de hidrógenos; la ecuación de la fermentación se conoce como "tercera forma de fermentación de NEUBERG":

2 glucosa + H20 → etanol + acetato + 2 glicerina + 2 CO2

La fermentación normal por las levaduras la denomino NEUBERG como primera forma de fermentación. Aceptaba que el 2-oxopropanal (metilglioxal:CH3-CO-CHO) que aparece en la rotura no biológica de la fructosa era también un producto intermediario de la fermentación de la glucosa.

 Relación de la levadura respecto al oxígeno. EI proceso de fermentación de la glucosa por las levaduras es un proceso anaeróbico; no obstante, las levaduras son aeróbicas. Bajo condiciones anaeróbicas las levaduras fermentan de una forma muy intensa pero casi no crecen. Can la aireación se reduce la fermentación en favor de la respiración.

En algunas levaduras la fermentación puede reprimirse casi totalmente mediante una aireación intensa (efecto PASTEUR). El efecto, no obstante, no se limita solo a las levaduras sino que es una característica de todas las células anaeróbicas facultativas, incluidas las células de los tejidos de los animales superiores. [pic 2]

El balance de la transformación de la glucosa en una experiencia representativa con levaduras se expresa en la tabla. La aireación determina una disminución del consumo de glucosa y de la producción de etanol y anhídrido carbónico, y permite el crecimiento.

Desde el punto de vista energético estos resultados parecen comprensibles e indican un mecanismo de regulación extraordinariamente justificado: en condiciones anaeróbicas únicamente se forman 2 moles de ATP por mol de glucosa frente a los 3 moles de ATP durante la respiración de la glucosa. La célula se adapta por tanto, mediante la regulación de la transformación del sustrato, al grado de eficacia en la ganancia energética determinada por ambas condiciones.

[pic 3]

Se indica en la tercera columna los resultados de una experiencia en la que la levadura se ha incubado en condiciones aeróbicas en presencia de 0,4 mmoles de 2,4-dinitrofenol (DNP) por litro. El DNP es un "desacoplante" de la fosforilación de la cadena respiratoria; inhibe el acoplamiento entre el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa y deja a la respiración sin el control de la fosforilación.

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