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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTÍN-MOYOBAMBA FACULTAD DE ECOLOGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL PROGRAMA DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA AMBIENTAL DEPARTAMENTO ACADEÉMICO DE CIENCIAS AMBIENTALES Y SANITARIA

TEMA: La Fermentación TRABAJO PRESENTADO PARA EL CURSO DE: Bioquímica DOCENTE: Blgo. Mg. Alfredo Iban Díaz Visitación

ESTUDIANTES:    

Grandez Pisco, Jazmín Lozano Arias, Greys Isabel Ocmin Sangama, Ruth Eliana Vásquez Aguilar, Luigi

CICLO IV

MOYOBAMBA_PERÙ 2019

1

ÍNDICE INTRODUCCIÓN............................................................................................................... 3

I. II.

OBJETIVOS .................................................................................................................... 4

III.

MARCO TEORICO ....................................................................................................... 5

3.1.

Descubrimiento de la vida anaeróbica....................................................................... 7

3.2.

Importancia fisiológica de la fermentación ............................................................... 7

3.3.

LA FERMENTACION ALCOHOLICA .................................................................. 9

3.4.

LA FERMENTACION ACETICA .......................................................................... 10

3.5.

LA FERMENTACON LACTICA ........................................................................... 11

3.6.

LA FERMENTACION BUTIRICA ........................................................................ 13

3.7.

LA FERMENTAC1ON PUTRIDA ......................................................................... 13

IV. V.

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CONCLUSIONES ......................................................................................................... 14 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: ........................................................................... 15

I.

INTRODUCCIÓN

Se llama fermentación a un proceso de tipo catabólico, es decir, de transformación de moléculas complejas a moléculas sencillas y generación de energía química en forma de ATP (Adenosín Trifosfato) dicho proceso fue descubierto por el químico francés Louis Pasteur, quien la calificó como “La vida sin aire”, ya que puede ser llevado a cabo en ausencia de oxígeno por microorganismos como las bacterias, levaduras, o algunos metazoos y protistas. En este proceso, entonces, no intervienen ni las mitocondrias ni las estructuras vinculadas al proceso de respiración celular. (RODRIGUEZ, s.f.) Es llevada a cabo por diversas células de nuestro cuerpo para paliar los instantes de ausencia de oxígeno, como ocurre en las células musculares que fermentan glucosa cuando el insumo de oxígeno no es suficiente para continuar respirando. Consiste en un proceso de glucólisis (ruptura de la molécula de glucosa) que produce piruvato (ácido pirúvico) y que al carecer de oxígeno como receptor de los electrones sobrantes del NADH (nicotin, adenin, dincleótido) producido, emplea para ello una sustancia orgánica que deberá reducirse para así reoxidar el NADH a NAD+, obteniendo finalmente un derivado del sustrato inicial que se oxida. Dependiendo de dicha sustancia final, habrá diversos tipos de fermentación las cuales son Fermentación alcohólica. Llevada a cabo por las levaduras principalmente, produce a partir de ciertos azúcares una cantidad de alcohol etanol, dióxido de carbono y ATP. Este es el proceso empleado para producir las bebidas alcohólicas. Fermentación acética. Propia de las bacterias del género Acetobacter, transforma el alcohol etílico en ácido acético, o sea, el alcohol en vinagre. Es, no obstante, un proceso aeróbico, por lo que puede darse en los vinos expuestos al aire. (Concepto de, s.f.) Fermentación láctica. Consiste en una oxidación parcial de la glucosa, llevada a cabo por bacterias lácticas o por las células musculares animales (cuando se quedan sin oxígeno para respirar). Este proceso genera ATP pero subproduce ácido láctico, lo cual produce al acumularse, la sensación dolorosa de fatiga muscular. (Concepto de, s.f.) Fermentación butírica. Descubierta por Pasteur, consiste en la conversión de las glucosas en ácido butírico y gas, esto último le confiere un olor típicamente desagradable. Es llevada a cabo característicamente por las bacterias del género Clostridium y requiere de presencia de lactosa. (Concepto de, s.f.) La fermentación pútrida es un tipo de fermentación que se lleva a cabo sin gasto de sustrato oxidante. Se basa en la degradación de sustratos de naturaleza proteica, y produce productos malolientes como escatol, cadaverinas o indol. Algunas putrefacciones dan lugar a productos poco desagradables, que, por su fuerte aroma y sabor son utilizados en la fabricación de vinos y quesos, como la que lleva a cabo el Penicillium roqueforti, que es la causa de las manchas verdosas del queso Roquefort. (LEROUX, 2011) También puede producir gases apestosos como el ácido sulfhídrico, el cual no posee un olor agradable.

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II.

OBJETIVOS

 Obtener conocimiento sobre el metabolismo de las levaduras, actuando estas sobre los azucares y degradándolos hasta alcohol todo esto en ausencia de oxígeno.  Comprender el proceso de fermentación.

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III.

MARCO TEORICO

Mientras duró la larga controversia sobre la generación espontánea, se observó con frecuencia una correlación entre el crecimiento de los microorganismos en las infusiones orgánicas y la aparición de cambios químicos en tales infusiones. Estos cambios químicos fueron designados con los nombres de «fermentación» y «putrefacción». La putrefacción, proceso de descomposición que tiene como resultado la formación de productos de mal olor, tiene lugar de forma característica en la carne y es una consecuencia de la degradación de las proteínas, que son los principales constituyentes orgánicos de estos productos naturales La fermentación, proceso que da como resultado la formación de alcoholes o ácidos orgánicos, tiene lugar de manera característica en los materiales vegetales, como consecuencia de la degradación de los carbohidratos, que son los compuestos orgánicos predominantes en los tejidos vegetales. (Roger Y. Stanier, 1992, pág. 6) En 1837, tres personas, C. Cagniard Latour, Th. Schwann y F. Kützing, consideraron independientemente que la levadura que aparece durante la fermentación alcohólica era una planta microscópica y que la conversión de los azúcares en alcohol etílico y dióxido de carbono, característicos de la fermentación alcohólica, era una función fisiológica de la célula de levadura. Esta teoría fue duramente ataca-da por químicos tan de vanguardia en aquella época como J. J. Berzelius, J. Liebig y F. Wholer, quienes mantenían el punto de vista de que la fermentación y la putrefacción eran procesos puramente químicos. La ciencia química habla hecho grandes progresos durante las primeras décadas del siglo XIX y en 1828 se habla abierto el amplio campo de la química orgánica sintética con la primera síntesis de un compuesto orgánico, la urea, a partir de materiales inorgánicos. (ALARON, s.f.) Con la demostración de que los compuestos orgánicos conocidos hasta aquella época exclusivamente como productos de la actividad viviente podían ser fabricados en el laboratorio, los químicos pensaron, con propiedad, que gran cantidad de fenómenos naturales podrían ser, desde entonces, analizados bajo un punto de vista fisicoquímico. La conversión de los azúcares en alcohol y dióxido de carbono parecía ser un proceso químico relativamente sencillo. De acuerdo con ello, los químicos no acogieron con benevolencia el intento de interpretar este proceso como resultado de la actividad de un organismo vivo.

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Bastante irónicamente, fue Pasteur, él mismo químico de formación, quien más tarde llegó a convencer al mundo científico de que todos los procesos fermentativos son resultado de la actividad microbiana. El trabajo de Pasteur sobre la fermentación se extendió, con pequeñas interrupciones, desde 1857 a 1876. Este trabajo tuvo un ori-gen práctico. Los destiladores de Lille, en donde la fabricación de alcohol a partir de la remolacha constituía una importante industria local, habían tropezado con dificulta-des y acudieron a Pasteur en busca de ayuda. Pasteur encontró que sus fallos se debían al hecho de que la fermentación alcohólica habla sido reemplazada, en parte, por otra clase de proceso fermentativo, que daba como resultado la conversión del azúcar en ácido láctico. Cuan-do examinó microscópicamente el contenido de las vasijas de fermentación en las que se estaba formando ácido láctico, encontró que las células de levadura características de la fermentación alcohólica hablan sido reemplazadas por unos bacilos y esferas mucho más pequeños. Si una pequeña parte de este material se colocaba en una disolución de azúcar con algo de cal, tenía lugar una vigorosa fermentación láctica y se iba formando un depósito grisáceo, en el cual, al ser observado al microscopio, se veía que estaba constituido también por pequeños organismos con forma esférica y bacilar. Sucesivas transferencias de pequeñas cantidades de este material a matraces con el mismo medio fresco daban siempre como resultado la producción de una fermentación láctica y un aumento de los corpúsculos formados. Pasteur arguyó que el agente activo, o nueva «levadura», era un microorganismo que durante su desarrollo convertía específicamente el azúcar en ácido láctico. (ALARON, s.f.) Utilizando métodos semejantes, Pasteur estudió, durante los 20 años siguientes, un número considerable de procesos fermentativos. Logró demostrar que la fermentación iba invariablemente acompañada del desarrollo de microorganismos. Además, demostró que cada tipo químico de fermentación en particular, definido en función de sus principales productos orgánicos finales (por ejemplo, la fermentación láctica, alcohólica o butírica), va acompañado del desarrollo de un tipo específico de microorganismo. Muchos de estos tipos microbianos específicos podían ser reconocidos y diferenciados microscópicamente por su tamaño y forma característicos. Además, podían distinguirse por las condiciones ambientales específicas que favorecían su desarrollo. Pasteur observó muy pronto que mientras que el agente de fermentación alcohólica puede desarrollarse en un medio ácido, los agentes de la fermentación láctica crecen mejor en un medio neutro. Ésta fue la razón que le llevó a añadir carbonato cálcico al medio de cultivo para los organismos lácticos; esta sustancia hace de agente neutralizante y evita la acidificación demasiado fuerte del 6

medio, que de otra forma tendría lugar como consecuencia de la formación de ácido láctico. 3.1.Descubrimiento de la vida anaeróbica Durante sus estudios sobre la fermentación butírica, Pasteur descubrió otro fenómeno biológico fundamental: la existencia de formas de vida que solamente pueden vivir en ausencia de oxígeno molecular. Mientras examinaba al microscopio fluidos que estaban sufriendo una fermentación butírica, Pasteur observó que las bacterias que estaban en el borde de una gota aplastada, en estrecho contacto con el aire, quedaban inmóviles, mientras que las que estaban en el centro de la gota continuaban móviles. Esta observación sugería que el aire tenía un efecto inhibidor sobre los microorganismos en cuestión, inferencia que Pasteur rápidamente confirmó mostrando que el paso de una corriente de aire a través del fluido en fermentación podía retrasar, y a veces detener por completo, la fermentación butírica. Pasteur concluyó pues, que algunos microorganismos pueden vivir solamente en ausencia de oxígeno, gas previamente considerado como esencial para el mantenimiento de toda vida. Introdujo los términos aeróbica y anaeróbica para designar, respectivamente, la vida en presencia y en ausencia de oxígeno. (Vargas, 1996) 3.2.Importancia fisiológica de la fermentación La fermentación es un proceso menos eficaz que la respiración aeróbica en cuanto a suministro energético, ya que parte de la energía presente en la sustancia descompuesta está todavía presente en los productos orgánicos finales (por ejemplo, el alcohol o el ácido láctico) formados de manera característica en los procesos fermentativos. Tal como Pasteur fue el primero en indicar, la degradación de un determinado peso de azúcar da como resultado un crecimiento de la levadura sustancialmente más pequeño en condiciones anaeróbicas que en condiciones aeróbicas, demostrando así la relativa ineficacia de la fermentación como fuente de energía. El trabajo de Pasteur mostró que las fermentaciones son «procesos vitales», que desempeñan una función de importancia fisiológica fundamental para la vida de muchas células. El desarrollo posterior de los conocimientos acerca de la naturaleza de la fermentación surgió como resultado de una observación accidental hecha por H. Buchner en 1897. Al intentar conservar un extracto de levadura, preparado moliendo células de levadura con arena, Buchner añadió una gran cantidad de azúcar y quedó

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sorprendido al observar un desprendimiento de dióxido de carbono acompañado de formación de alcohol. Se había descubierto así una preparación enzimática soluble, capaz de llevar a cabo la fermentación alcohólica. El descubrimiento de Buchner inició el desarrollo de la moderna bioquímica: el análisis detalla-do del mecanismo de la fermentación alcohólica libre de células sirvió para demostrar que este complejo proceso metabólico puede ser interpretado como resultado de una sucesión de reacciones químicamente inteligibles, cada una de ellas catalizada por un enzima especifico. Hoy día la creencia de que incluso los más complejos procesos fisiológicos pueden ser comprendidos de igual forma, en términos fisicoquímicos, está totalmente aceptada por todos los biólogos. En este sentido, la intuición de los químicos del siglo XIX, que lucharon contra la teoria biológica de la fermentación, ha resultado ser correcta. (Vargas, 1996). La fermentación es una forma de metabolismo que se caracteriza por ser un proceso de oxidación incompleta (concretamente es una deshidrogenación incompleta, por lo que el producto final es siempre un compuesto orgánico, es decir, una molécula que tiene todavía hidrógenos unidos a los átomos de carbono. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. Así hay fermentación alcohólica, fermentación láctica, fermentación acética, etc. Cuando la sustancia que se fermenta es un prótido, -se denomina fermentación pútrida o, mejor, putrefacción. Las fermentaciones pueden ser oxidativas, cuan-do el aceptor de hidrógenos es el oxígeno molecular (O₂) por ejemplo la fermentación-acética, o anoxidativas, cuando el aceptor es un compuesto orgánico, por ejemplo, la fermentación alcohólica. Este compuesto orgánico proviene del sustrato que se divide en dos moléculas una que actúa como dador de hidrógenos y otra que actúa corno aceptor do hidrógenos Por ello a las fermentaciones anoxidaticas se las llama también de descomposición. Por ejemplo, en la fermentación alcohólica de la glucosa (C₆H₁₂O₆) → 2(CH₃─CH₂OH) + 2CO₂, vemos que la glucosa, sin reaccionar con ninguna otra molécula, se ha escindido en una sustancia sin hidrógenos (CO₂) la sustancia oxidada, y en otra con tres hidrógenos por carbono (CH₃─CH₂OH), la sustancia reducida. Las fermentaciones son propias de los microorganismos (ciertas bacterias y levaduras), aunque alguna, como la fermentación láctica, puede realizarse además en el tejido muscular de los animales cuando no llega suficiente oxígeno. Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la

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respiración: así, a partir de una glucosa sólo se obtienen 2ATP en la fermentación, mientras que se producen 38ATP en la respiración. Ello se debe al diferente camino que siguen los NADH₂, que en vez de penetrar en la cadena respiratoria ceden sus hidrógenos a compuestos orgánicos con poco poder oxidante. 3.3.LA FERMENTACION ALCOHOLICA La fermentación alcohólica consiste en la transformación de la glucosa en dos moléculas de alcohol etílico y dos de CO₂, El proceso de degradación de la glucosa es común al de la glucólisis hasta el estado de ácido pirúvico, pero a partir de aquí éste se descarboxila pasando a acetaldehído, el cual se reduce posteriormente a alcohol etílico mediante las reacciones. La reacción global de fa fermentación alcohólica será:

En la fermentación alcohólica se producen también otras sustancias orgánicas, denominadas productos secundarios, como, por ejemplo, ácido succínico, glicerina y ácido acético. (Guillén, s.f.) En la fermentación alcohólica la cual el NADH dona sus electrones a un derivado del piruvato y produce etanol como producto final. Para obtener etanol a partir de piruvato, se usan dos pasos. En el primer paso, al piruvato se le retira un grupo carboxilo y se libera como dióxido de carbono, con lo que se produce una molécula de dos carbonos llamada acetaldehído. En el segundo paso, el NADH dona sus electrones al acetaldehído y regenera el NAD a la vez que genera etanol.

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Diagrama de la fermentación alcohólica. La fermentación alcohólica tiene dos pasos: la glucólisis y la regeneración del NADH. Durante la glucólisis, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato y se obtienen dos moléculas de ATP y dos de NADH netas. Durante la regeneración del NADH, las dos moléculas de piruvato primero se convierten en moléculas de acetaldehído y liberan dos moléculas de dióxido de carbono. Luego, las dos moléculas de NADH donan electrones y átomos de hidrógeno a las dos moléculas de piruvato, lo que produce dos moléculas de etanol y se regenera el NAD+. La fermentación alcohólica la llevan a cabo enzimas especiales contenidas en levaduras del género Saccharomyces, que son anaeróbicas facultativas Dependiendo de la especie, se puede llegar a obtener cerveza, whisky, ron (Saccharomyces cerevisiae), vino (S. ellypsoideus), sidra (S. apiculatus) y pan (variedad purificada de S. cerevisiae). 3.4.LA FERMENTACION ACETICA La fermentación acética es llevada a cabo por bacterias de la especie Acetobacter aceti y consiste en la transformación del alcohol etílico en ácido acético mediante el

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csiguiente proceso de oxidación, en presencia de O₂. A esta reacción se debe el agriamiento del vino cuando se expone al aire, produciéndose vinagre. (Fermentación acética, s.f.)

3.5.LA FERMENTACON LACTICA Fermentación láctica consiste en la formación de ácido láctico a partir de la degradación de la lactosa de la leche mediante las reacciones. La glucosa puede sufrir la vía de la glucólisis hasta acido pirúvico, el cual posteriormente se reducirá a ácido láctico. La galactosa, al isomerizarse en glucosa puede también proporcionar dos moléculas de ácido láctico. Esta fermentación es la homoláctica, que sólo se produce ácido láctico como producto final. Otra variedad es la heteroláctica, en la que se tienen además otros compuestos, como el etanol y el CO₂.

En la fermentación láctica, el NADH transfiere sus electrones directamente al piruvato y se obtiene lactato como producto de degradación. El lactato, que es la forma desprotonada del ácido láctico, le da al proceso su nombre. Las bacterias que forman el yogur realizan la fermentación del ácido láctico al igual que los eritrocitos

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de tu cuerpo, los cuales no tienen mitocondrias y, por lo tanto, no pueden llevar a cabo la respiración celular.

Diagrama de la fermentación láctica. La fermentación láctica tiene dos pasos: la glucólisis y la regeneración del NADH. Durante la glucólisis, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato y se obtienen dos moléculas de ATP y dos de NADH netas. Durante la regeneración del NADH, las dos moléculas de NADH donan electrones y átomos de hidrógenos a dos moléculas de piruvato y producen dos moléculas de lactato y regeneran NAD+. Las células musculares llevan a cabo la fermentación láctica, pero solo cuando tienen muy poco oxígeno como para continuar la respiración aeróbica, como cuando haces ejercicio muy intenso. Alguna vez se pensó que la acumulación de lactato en los músculos era responsable del dolor causado por el ejercicio, pero investigaciones recientes sugieren que tal vez esa no sea la razón. El ácido láctico producido en las células musculares se transporta a través del torrente sanguíneo hacia el hígado, donde se vuelve a convertir en piruvato y se continúa de manera normal con las reacciones restantes de la respiración celular.

Los microorganismos que pueden llevar a cabo la fermentación son las bacterias Lactobacillus - L. bulgaricus, Streptococcus lactis, obteniéndose de ella productos derivados de la leche, como el queso, el yogur y la mantequilla. (Fermentación Láctica, s.f.) 12

3.6.LA FERMENTACION BUTIRICA La fermentación butírica es la transformación de sustancias glucídicas vegetales, como el almidón y la celulosa, en determinados productos entre los que destacan el ácido butírico, el H₂, el CO₂ y otras sustancias malolientes. Es llevada a cabo por bacterias anaeróbicas, como Bacillus amilobacter y Clostridum butyricum. La fermentación butírica tiene importancia, ya que contribuye a la descomposición de los restos

vegetales

que

caen

al

suelo.

(GARCIA,

2011)

3.7.LA FERMENTAC1ON PUTRIDA Le fermentación pútrida recibe también el nombre de putrefacción y se separa claramente de las demás fermentaciones porque los sustratos de los que se parte son de naturaleza proteica o aminoacídica. Los productos de esta fermentación suelen ser orgánicos y malolientes, como el indol, la cadaverina, el escatol, a los que deben el olor los cadáveres de animales y restos vegetales. Las putrefacciones se efectúan por bacterias como Micrococcus prodigiosus, Bacterium coli y Micrococcus ureae, Esta última extrae energía de la hidrólisis de la urea mediante le reacción siguiente:

A esta reacción se le llama corrientemente fermentación amoniacal. El amoniaco obtenido proporciona el olor característico a los urinarios públicos. Clostridium

sporogenes

actúa

sobre

los

aminoácidos

transformándolos en ácido acético. (GARCIA, 2011)

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alanina

y glicina

IV. 

CONCLUSIONES

Las levaduras utilizan azúcares como principales fuentes de energía y carbono para su metabolismo a través de la vía glucolítica.



Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y cuyo producto final es un compuesto orgánico.

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V.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

ALARON, F. P. (s.f.). Fermentacion. Obtenido de https://www.academia.edu/36223921/Fermentacion Concepto de. (s.f.). Obtenido de https://concepto.de/fermentacion/ Fermentación acética. (s.f.). Obtenido de https://www.ecured.cu/Fermentaci%C3%B3n_ac%C3%A9tica Fermentación Láctica. (s.f.). Obtenido de https://www.tempeh.info/es/fermentacionlactica.php GARCIA, G. (26 de 04 de 2011). FERMENTACIÓN. Obtenido de http://2045germangarcia.blogspot.com/2011/04/fermentacion.html Guillén, J. L. (s.f.). La célula. Obtenido de http://www.lourdesluengo.org/unidadesbio/metabolismo/12Respiracion.pdf LEROUX, S. R. (19 de 5 de 2011). Obtenido de http://dspace.udla.edu.ec/bitstream/33000/2153/1/UDLA-EC-TIAG-2011-19.pdf RODRIGUEZ, K. (s.f.). Hickman 13 edicion hasta el capitulo 15 -patatabrava.PDF. Obtenido de https://www.academia.edu/28011237/Hickman_13_edicion_hasta_el_capitulo_15_patatabrava.PDF Roger Y. Stanier, J. R. (1992). Microbiología. ESPAÑA: REVERTÉ S.A. Obtenido de https://books.google.com.pe/books?id=2u6Q2XCMDgC&pg=PA6&lpg=PA6&dq=Mientras+dur%C3%B3+la+larga+controversia+so bre+la+generaci%C3%B3n+espont%C3%A1nea,+se+observ%C3%B3+con+frecuencia+u na+correlaci%C3%B3n+entre+el+crecimiento+de+los+microorganismos+en+las+i Vargas, C. M. (1996). Boletín de la Sociedad Peruana de Medicina Interna. Obtenido de http://sisbib.unmsm.edu.pe/bvrevistas/spmi/v09n1/Aport_Luis_Past.htm

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