3.03 – Fermentazioni
Ultimo aggiornamento: 30/07/2023
La fermentazione un processo biochimico importante, avviene nel citoplasma, ed è la tappa successiva alla glicolisi che si verifica in condizioni anaerobiche (mancanza di ossigeno). Vi sono due tipi di fermentazione:
La fermentazione alcolica
Durante la fermentazione alcolica, il prodotto finale è l’etanolo, con solo due atomi di carbonio. Il processo inizia con la decarbossilazione del piruvato, dove viene rimosso un gruppo CO2. La presenza di CO2 è responsabile delle bollicine che si evidenziano nel mezzo di fermentazione ed è un segnale osservabile che la fermentazione è in atto. Questo tipo di fermentazione è tipica di microrganismi come i lieviti, in particolare il lievito Saccharomyces cerevisiae.
I lieviti sono funghi anaerobi facoltativi e sono ampiamente impiegati nell’industria alimentare per la produzione di bevande come il vino e la birra, così come per la preparazione del pane. Durante la produzione del vino, i lieviti sfruttano il glucosio presente nell’uva per compiere la glicolisi. All’interno dei tini di fermentazione, dove l’ambiente è anaerobico, i lieviti deviano verso la fermentazione alcolica. Come prodotto di scarto, producono etanolo, che contribuisce al tenore alcolico del vino che si aggira intorno al 14%.
Nella produzione della birra, i lieviti utilizzano il maltosio, uno zucchero presente nell’orzo, come substrato per la fermentazione alcolica. Anche in questo caso, l’etanolo è il prodotto finale che conferisce il caratteristico sapore e contenuto alcolico alla birra.
Per quanto riguarda la preparazione del pane, la presenza della farina con glutine comporta la formazione di una struttura reticolare durante l’impasto. Durante la fermentazione, i lieviti producono CO2 come prodotto di scarto. Questa CO2 viene intrappolata nelle maglie formate dal glutine, creando bolle nell’impasto che conferiscono la tipica leggerezza al pane. Durante la cottura, l’aumento della temperatura fa espandere ulteriormente queste bolle, dando al pane la sua consistenza porosa e gradevole.
La fermentazione lattica
L’acido lattico è il prodotto finale della fermentazione lattica, un processo che avviene all’interno del nostro organismo. Durante la fermentazione lattica, l’enzima lattato deidrogenasi svolge un ruolo chiave nella conversione dell’acido piruvico in acido lattico. Questa reazione permette anche l’ossidazione del coenzima NADH+H+ in NAD+, evitando così l’accumulo di NADH+H+ e garantendo il corretto funzionamento della glicolisi.
La produzione di acido lattico svolge un ruolo importante nella regolazione dell’equilibrio acido-base dell’organismo. Durante l’esercizio fisico intenso o in situazioni di ipossia, si verifica una maggiore produzione di acido lattico. Questo comporta una diminuzione del pH sia all’interno che all’esterno delle cellule, fenomeno noto come effetto Bohr. L’acidificazione dell’ambiente intra ed extracellulare favorisce la dissociazione dell’ossigeno dall’emoglobina, consentendo alle cellule di utilizzare il piruvato nel ciclo di Krebs per produrre energia.
È importante sottolineare che la produzione di acido lattico durante la fermentazione lattica è un meccanismo temporaneo e di emergenza. Una volta ripristinato un adeguato apporto di ossigeno, l’acido lattico prodotto viene convertito nuovamente in acido piruvico e può essere utilizzato per la produzione di energia attraverso la respirazione aerobica.
La fermentazione lattica e la produzione di acido lattico svolgono quindi un ruolo fondamentale nell’adattamento dell’organismo alle condizioni di stress metabolico, consentendo la sopravvivenza e il corretto funzionamento delle cellule in situazioni di richiesta energetica elevata o di ridotta disponibilità di ossigeno.
Esercizio 1
La fermentazione è:
(A) sinonimo di respirazione aerobica
(B) un processo che avviene solo nelle piante
(C) l’incompleta demolizione delle molecole di sostanze nutritizie, specialmente zuccheri, in assenza di ossigeno
(D) un processo di demolizione incompleta degli zuccheri, in assenza di ossigeno, presente solo nei batteri
(E) quesito senza soluzione univoca o corretta
Correzione commentata
Risposta corretta lettera C: La fermentazione è un processo metabolico che avviene in assenza di ossigeno, in cui le molecole di sostanze nutritive, come gli zuccheri, vengono parzialmente degradate per produrre energia. Durante la fermentazione, l’energia viene estratta dalle molecole di sostanze nutritive attraverso reazioni chimiche senza la presenza di ossigeno come accade nella respirazione aerobica. Questo processo è utilizzato da diverse specie di organismi, inclusi batteri, lieviti e alcune cellule di organismi complessi.
Le altre opzioni sono errate:
(A) sinonimo di respirazione aerobica: La fermentazione non è sinonimo di respirazione aerobica, poiché la respirazione aerobica richiede l’ossigeno come accettore finale di elettroni.
(B) un processo che avviene solo nelle piante: La fermentazione avviene in vari organismi, inclusi batteri e lieviti, oltre alle piante.
(D) un processo di demolizione incompleta degli zuccheri, in assenza di ossigeno, presente solo nei batteri: La fermentazione non è limitata solo ai batteri, ma si verifica anche in altri organismi come i lieviti.
Esercizio 2
La fermentazione lattica:
(A) avviene nelle cellule eucariote in presenza di eccessive quantità di ossigeno
(B) produce acqua e ossigeno
(C) produce acido lattico con un rendimento energetico basso
(D) produce acido lattico con un rendimento energetico alto
(E) quesito senza soluzione univoca o corretta
Correzione commentata
Risposta corretta lettera C: La fermentazione lattica è un tipo di fermentazione che avviene in alcune cellule, come i batteri lattici e le cellule muscolari, in condizioni di scarsa disponibilità di ossigeno. Durante la fermentazione lattica, i carboidrati, come il glucosio, vengono convertiti in acido lattico attraverso una serie di reazioni chimiche. Questo processo avviene in modo anaerobico, ovvero senza la presenza di ossigeno come accettore finale di elettroni.
La fermentazione lattica è caratterizzata da un rendimento energetico relativamente basso rispetto alla respirazione aerobica, che sfrutta l’ossigeno per produrre energia in modo più efficiente. Durante la fermentazione lattica, l’acido lattico prodotto è considerato un prodotto di scarto, e l’energia generata è inferiore rispetto alla completa ossidazione dei carboidrati nella respirazione aerobica.
Le altre opzioni sono errate:
(A) avviene nelle cellule eucariote in presenza di eccessive quantità di ossigeno: La fermentazione lattica si verifica in condizioni di scarsa disponibilità di ossigeno, non in presenza di eccessive quantità di ossigeno.
(B) produce acqua e ossigeno: La fermentazione lattica non produce acqua e ossigeno, ma acido lattico come prodotto principale.
(D) produce acido lattico con un rendimento energetico alto: La fermentazione lattica produce acido lattico, ma il rendimento energetico è relativamente basso rispetto alla respirazione aerobica.