Práctica 2 Balance de fermentación Fermentaciones FERMENTACIÓN Proceso generador de energía, que involucra la oxidación parcial de un compuesto orgánico, en donde el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico endógeno. RESPIRACIÓN Proceso generador de energía, que involucra la oxidación total de un compuesto (generalmente orgánico) y donde el aceptor final de electrones es el oxígeno (Respiración Aeróbica) o un compuesto inorgánico diferente al oxígeno (Sulfatos , nitratos, etc.) (Respiración anaeróbica). Comparaciones entre la respiración y la fermentación RESPIRACIÓN FERMENTACIÓN Cadena transportadora de electrones ACTIVA INACTIVA Grado de oxidación Oxidación total del sustrato Oxidación parcial del sustrato Molécula exógena, generalmente de Aceptor final de electrones naturaleza inorgánica: En respiración aeróbica: O2, En respiración anaeróbica: NO3-, SO42-, etc. Síntesis de ATP Por fosforilación a nivel de sustrato y por fosforilación oxidativa (la mayor cantidad) Compuesto endógeno Por fosforilación a nivel de sustrato Proceso catabólico, a partir del cual la Degradación anaeróbica de Función célula obtiene el mayor rendimiento nutrientes orgánicos para de energía obtener en forma de • Dentro de la célula, ¿En dóndemetabólica sucede (ATP) la respiración y la energía fermentación? ATP Respiración y fermentación (localización en la célula) FERMENTACIONES GLICOLÍTICAS Homoláctica Alcohólica Ácido-mixta Butanodiólica Propiónica Butírica I Butírica II Glicolísis Lactobacillus lactis, brevis, vulgaris, casei. Streptococcus faecalis, cremoris. FERMENTACIÓN HOMOLÁCTICA Piruvato Reacciones de fermentación 2 Lactato Lactato Piruvato Fermentación Alcohólica Burbujitas descarboxilación Alcohol deshidrogenasa 2 Etanol 2 Acetaldehído Piruvato descarboxilasa La fermentación regenera el NAD+ para la glicolísis Glucosa Saccharomyces Erwinia amylovora Sarcina ventriculi 2 Piruvato Efecto Pasteur Es un efecto de inhibición de la fermentación alcohólica debido a la participación de oxígeno (O2). La fermentación es un proceso completamente anaeróbico (sin la participación del aire) y la inclusión del oxígeno la detiene o minimiza . El efecto fue descubierto en el año 1857 por el científico francés Louis Pasteur, que observó por primera vez que las levaduras aumentaban su tasa de crecimiento mientras disminuían o cesaban su producción de alcohol. El efecto Pasteur se produce en microorganismos capaces de realizar metabolismo fermentador y respiración aerobia, conocidos como anaerobios facultativos. Efecto Crabtree Describe el fenómeno a través del cual las levaduras, principalmente del género Saccharomyces, producen alcohol (etanol) en condiciones aerobias y con una gran concentración de glucosa externa. Incrementando las concentraciones de glucosa se acelera la glicólisis, lo que da lugar a la producción de grandes cantidades de ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Esto reduce la necesidad de una fosforilación oxidativa y por tanto disminuye el consumo de oxígeno. Se cree que este fenómeno se desarrolla como mecanismo competitivo (debido a la naturaleza antiséptica del etanol) con el fin de inhibir el crecimiento de otros microorganismos. FERMENTACIÓN ÁCIDO-MIXTA 1.5 Glucosa EMP Fermentación ácido-mixta Prueba de rojo de metilo Prueba de Rojo de Metilo para la producción de mezcla de ácidos: Se agregaron tres gotas del indicador de rojo de metilo. A) Escherichia coli (E. coli es positiva en la producción de una mezcla de ácidos orgánicos. B) Enterobacter cloacae es negativo. NOTA: El rojo de metilo es rojo por debajo de pH 4.8 y amarillo arriba de pH 6.0 FERMENTACIÓN BUTANODIÓLICA EMP 1.5 Glucosa Fermentación butanodiol Prueba de Voges-Proskauer Prueba de IMViC Prueba de Indol Prueba de rojo de metilo Prueba de VP Prueba de Citrato de Simmons FERMENTACIÓN PROPIÓNICA Glc Microorganismos que la llevan a cabo: Propionibacterium, Veillonella Acetato cinasa FERMENTACIÓN BUTÍRICA I FERMENTACIÓN BUTÍRICA II Metabolismo heterotrófico anaerobio Fermentaciones NO Glicolíticas (Vías centrales alternativas a la glicólisis) Entner-Doudoroff (ED). Hexosa monofosfato fermentativa ó Warburg-Dickens Hoerecker (HMPF). Hexosa fosfocetolasa (HP). Fermentación Entner-Doudoroff 5. 2-ceto-3-desoxi 6P gluconato aldolasa Zymomonas mobilis Pseudomonas saccharophila Alcaligenes eutrophus Resumen de las fermentaciones glicolíticas Acetil fosfato cinasa Esquema Fosfocetolasa Balance de fermentación • Es una herramienta matemática que nos permite expresar la cantidad de los sustratos fermentados y de sus productos finales formados, de tal forma que podemos conocer la eficiencia que se tiene en nuestro sistema de fermentación. • Los parámetros que nos muestra son: ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ Productos oxidados Productos reducidos Índice O/R La cantidad del sustrato fermentado en unidades molares El estado de oxidación de las sustancias en la fermentación La cantidad de los productos finales formados en mmoles de productos formados por mmol de sustrato. ¿Qué indica el índice OR? • El índice OR indica la relación entre los productos oxidados y reducidos de un sistema fermentativo ¿Qué indica el % de carbono recuperado? • Nos indica el rendimiento de carbono que hubo durante la fermentación Balance de fermentación para Lactobacillus pentoaceticus Compuesto Mmoles Mmol de carbonoa Valor de oxidaciónb Glucosa 100 600 0 Lactato 96 288 0 Glicerol 7 21 -1 7 Etanol 86 172 -2 172 Acetato 7 14 0 CO2 89 89 +2 Totales 584 Productos oxidados (Mmoles) Productos reducidos (Mmoles) C1 Observado 86 7 178 178 89 179 89 Carbono Recuperado Oxidación-Reducción Balance de C1 Mmoles de producto x 100 Mmoles de sustrato Productos oxidados Productos reducidos C1 observado C1 calculado 178 = 1.0 179 89 = 0.96 93 584 X 100 = 97.4% 600 C1 Calculadoc 93 a mmoles de C = mmoles de compuesto x número de átomos de C. valor de oxidación = (número de átomos de O) - (número de átomos de H/2). c C1 calculado = cantidad esperada por cada C2 observado. En el ejemplo de arriba, por cada mol de piruvato que se convierte en etanol, se espera una cantidad igual de CO2:: Piruvato (C3)) etanol (C2) + CO2 (C1) B Similarmente, por cada mol de piruvato convertido en acetato, se espera obtener una cantidad igual de CO 2: Piruvato (C3) acetato (C2). + CO2 (C1)
