Fermentación y Respiración Anaeróbica

En ausencia de oxígeno, los microbios conservan energía a través de la fermentación, que equilibra el redox internamente, o mediante la respiración anaeróbica, que utiliza aceptores de electrones terminales alternativos.

Definition

La fermentación es un catabolismo anaeróbico, con balance de electrones, que conserva energía mediante la fosforilación a nivel de sustrato sin un aceptor de electrones externo, mientras que la respiración anaeróbica conserva energía a través del transporte de electrones a un aceptor distinto del oxígeno.

Scope

Este tema abarca los principios de la fermentación y sus principales vías, incluyendo las fermentaciones láctica, alcohólica y de ácidos mixtos; la diversidad de respiraciones anaeróbicas que utilizan aceptores como nitrato, sulfato, hierro férrico y dióxido de carbono; y la importancia ecológica y aplicada del metabolismo anaeróbico. Contrasta la energética de estas estrategias con la respiración aeróbica.

Core questions

• ¿Cómo conservan energía las células cuando el oxígeno no está disponible?
• ¿Qué productos caracterizan las principales vías de fermentación?
• ¿Qué aceptores de electrones alternativos sustentan la respiración anaeróbica?
• ¿Por qué las estrategias anaeróbicas suelen producir menos energía que la respiración aeróbica?

Key concepts

• Fermentación y equilibrio redox interno
• Fermentaciones láctica, alcohólica y de ácidos mixtos
• Aceptores de electrones alternativos
• Respiración de nitrato, sulfato y carbonato
• Rendimiento energético del metabolismo anaeróbico frente al aeróbico

Mechanisms

En la fermentación, un sustrato se oxida parcialmente y sus electrones se transfieren a un intermediario orgánico, regenerando los transportadores de electrones y produciendo ATP por fosforilación a nivel de sustrato; el resultado son productos de fermentación característicos. En la respiración anaeróbica, los electrones fluyen a través de una cadena de transporte hacia un aceptor inorgánico u orgánico distinto del oxígeno, generando una fuerza motriz de protones; debido a que estos aceptores tienen potenciales de reducción más bajos que el oxígeno, generalmente se conserva menos energía.

Clinical relevance

El metabolismo anaeróbico es fundamental para muchos procesos industriales y ambientales, incluyendo la producción de alimentos fermentados, bebidas y biocombustibles, el funcionamiento de hábitats anaeróbicos como los sedimentos y el intestino, y el ciclo global del nitrógeno y el azufre a través de reducciones respiratorias.

History

Los estudios de Louis Pasteur en el siglo XIX establecieron la fermentación como un proceso biológico llevado a cabo por microorganismos vivos en ausencia de aire, y trabajos posteriores caracterizaron las muchas formas de respiración anaeróbica que explotan aceptores de electrones alternativos en ambientes anóxicos.

Key figures

• Louis Pasteur
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

¿En qué se diferencia la fermentación de la respiración anaeróbica?

Ambas ocurren sin oxígeno, pero la fermentación equilibra los electrones internamente utilizando una molécula orgánica como aceptor final y produce ATP por fosforilación a nivel de sustrato, mientras que la respiración anaeróbica pasa los electrones a través de una cadena de transporte a un aceptor externo como nitrato o sulfato, generando una fuerza motriz de protones.