Fermentação e Respiração Anaeróbica

Na ausência de oxigênio, os microrganismos conservam energia através da fermentação, que equilibra o redox internamente, ou através da respiração anaeróbica, que utiliza aceitadores de elétrons terminais alternativos.

Definition

Fermentação é um catabolismo anaeróbico, com balanço de elétrons, que conserva energia por fosforilação em nível de substrato sem um aceitador de elétrons externo, enquanto a respiração anaeróbica conserva energia através do transporte de elétrons para um aceitador diferente do oxigênio.

Scope

Este tópico aborda os princípios da fermentação e suas principais vias, incluindo as fermentações láctica, alcoólica e de ácidos mistos; a diversidade das respirações anaeróbicas utilizando aceitadores como nitrato, sulfato, ferro férrico e dióxido de carbono; e o significado ecológico e aplicado do metabolismo anaeróbico. Ele contrasta a energética dessas estratégias com a respiração aeróbica.

Core questions

• Como as células conservam energia quando o oxigênio não está disponível?
• Quais produtos caracterizam as principais vias de fermentação?
• Quais aceitadores de elétrons alternativos suportam a respiração anaeróbica?
• Por que as estratégias anaeróbicas geralmente produzem menos energia do que a respiração aeróbica?

Key concepts

• Fermentação e balanço redox interno
• Fermentações láctica, alcoólica e de ácidos mistos
• Aceitadores de elétrons alternativos
• Respiração de nitrato, sulfato e carbonato
• Rendimento energético do metabolismo anaeróbico versus aeróbico

Mechanisms

Na fermentação, um substrato é parcialmente oxidado e seus elétrons são passados para um intermediário orgânico, regenerando carreadores de elétrons e produzindo ATP por fosforilação em nível de substrato; o resultado são produtos de fermentação característicos. Na respiração anaeróbica, os elétrons fluem através de uma cadeia de transporte para um aceitador inorgânico ou orgânico diferente do oxigênio, gerando uma força motriz de prótons; como esses aceitadores têm potenciais de redução mais baixos que o oxigênio, geralmente menos energia é conservada.

Clinical relevance

O metabolismo anaeróbico é central para muitos processos industriais e ambientais, incluindo a produção de alimentos fermentados, bebidas e biocombustíveis, a função de habitats anaeróbicos como sedimentos e o intestino, e o ciclo global de nitrogênio e enxofre através de reduções respiratórias.

History

Os estudos de Louis Pasteur no século XIX estabeleceram a fermentação como um processo biológico realizado por microrganismos vivos na ausência de ar, e trabalhos posteriores caracterizaram as muitas formas de respiração anaeróbica que exploram aceitadores de elétrons alternativos em ambientes anóxicos.

Key figures

• Louis Pasteur
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Como a fermentação difere da respiração anaeróbica?

Ambas ocorrem sem oxigênio, mas a fermentação equilibra os elétrons internamente usando uma molécula orgânica como aceitador final e produz ATP por fosforilação em nível de substrato, enquanto a respiração anaeróbica passa elétrons através de uma cadeia de transporte para um aceitador externo, como nitrato ou sulfato, gerando uma força motriz de prótons.