FERMENTAZIONE LATTICA: PROCESSO GRADUALE ED ESEMPI - BIOLOGIA - 2024

La fermentazione lattica , nota anche come fermentazione dell'acido lattico, è il processo di sintesi dell'ATP in assenza di ossigeno che svolgono alcuni microrganismi, tra cui un tipo di batteri chiamati "batteri lattici", che termina con l'escrezione acida lattico.

È considerato un tipo di "respirazione" anaerobica ed è svolto anche da alcune cellule muscolari dei mammiferi quando lavorano duramente e ad alte velocità, superiori alla capacità di trasporto dell'ossigeno dei sistemi polmonare e cardiovascolare.

Schema di fermentazione lattica (Fonte: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) tramite Wikimedia Commons e modificato da Raquel Parada Puig)

Il termine "fermentazione", in generale, si riferisce all'ottenimento di energia (sotto forma di ATP) in assenza di ossigeno, cioè in anaerobiosi, e la fermentazione lattica si riferisce alla sintesi di ATP e all'escrezione di acido acido lattico nell'anaerobiosi, come prodotto del metabolismo del glucosio.

Equazione della produzione di acido lattico dal glucosio.

Batteri dell'acido lattico

L'uomo da tempo sfrutta i benefici della fermentazione lattica per la produzione e la conservazione degli alimenti e, senza dubbio, i batteri lattici sono un pilastro fondamentale a tal fine.

Questi appartengono ad un gruppo piuttosto eterogeneo di batteri che, normalmente, hanno la forma di cocchi e bacilli; Sono batteri Gram-positivi, non produttori di catalasi, non sporulanti, immobili e anaerobici, in grado di sintetizzare l'acido lattico dal piruvato formato dalla via glicolitica.

Appartengono a generi diversi, tra cui Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus e Lactobacillus, all'interno dei quali sono presenti specie omofermentanti ed eterofermentanti.

I batteri lattici omofermentanti producono, per ogni molecola di glucosio che consumano, due molecole di acido lattico; I batteri lattici eterofermentanti, invece, producono una molecola di acido lattico e un'altra di anidride carbonica o etanolo, per esempio.

Processo di fermentazione lattica (passo dopo passo)

La fermentazione dell'acido lattico inizia con una cellula (batterica o muscolare) che consuma glucosio o alcuni zuccheri o carboidrati correlati. Questo "consumo" avviene attraverso la glicolisi.

- Via glicolitica

Investimento ATP

Inizialmente, viene investito 2 ATP per ogni molecola di glucosio consumata, poiché viene fosforilata dall'enzima esochinasi per produrre glucosio 6-fosfato, che viene isomerizzato in fruttosio 6-fosfato (enzima isomerasi glucosio 6-P) e viene fosforilato di nuovo in fruttosio 1 , 6-bisfosfato (enzima fosfofruttochinasi).

Successivamente, il fruttosio 1,6-bisfosfato viene "tagliato" a metà per rilasciare due triosio fosfato noti come gliceraldeide 3-fosfato e diidrossiacetone fosfato, una reazione catalizzata da un enzima aldolasi.

Questi due zuccheri fosforilati a 3 atomi di carbonio sono interconvertibili tra loro da un enzima trioso fosfato isomerasi, quindi si considera che, fino a questo punto, ogni molecola di glucosio che viene consumata viene convertita in due molecole di gliceraldeide 3-fosfato che vengono fosforilate a 1,3-bisphosphoglycerate.

La suddetta reazione è catalizzata da un enzima chiamato gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi (GAPDH), che richiede la presenza del "potere riducente" del cofattore NAD +, senza il quale non può funzionare.

Produzione ATP

A questo punto del percorso sono stati consumati 2 ATP per ogni molecola di glucosio, ma queste due molecole vengono “sostituite” dalla reazione catalizzata dall'enzima fosfoglicerato chinasi, mediante la quale ogni 1,3-bisfosfoglicerato viene convertito in 3-fosfoglicerato. e 2ATP sono sintetizzati.

Ogni 3-fosfoglicerato viene convertito in 2-fosfoglicerato da un enzima fosfoglicerato mutasi e questo, a sua volta, funge da substrato per l'enzima enolasi, che lo disidrata e lo converte in fosfoenolpiruvato.

Con ogni molecola di glucosio che viene consumata, vengono prodotte 2 molecole di piruvato e 2 molecole di ATP, poiché il fosfoenolpiruvato è un substrato per l'enzima piruvato chinasi, che catalizza il trasferimento di un gruppo fosforile dal fosfoenolpiruvato a una molecola di ADP, producendo ATP .

- Fermentazione lattica e rigenerazione del NAD +

Il piruvato, una molecola di 3 atomi di carbonio, viene convertito in acido lattico, un'altra molecola di 3 atomi di carbonio, attraverso una reazione di riduzione che consuma una molecola di NADH per ogni molecola di piruvato, rigenerando il NAD + "invertito" nella reazione glicolitica. catalizzato da GAPDH.

La sostituzione delle molecole NAD + utilizzate non porta ad una produzione aggiuntiva di molecole di ATP, ma permette al ciclo glicolitico di ripetersi (fintanto che sono disponibili carboidrati) e si producono 2 ATP per ogni glucosio consumato.

La reazione è catalizzata da un enzima chiamato lattato deidrogenasi e va in questo modo:

2C3H3O3 (piruvato) + 2 NADH → 2C3H6O3 (acido lattico) + 2 NAD +

Esempi di processi in cui avviene la fermentazione lattica

- Nelle cellule muscolari

La fermentazione dell'acido lattico nelle cellule muscolari è comune dopo un allenamento dopo diversi giorni di inattività. Ciò è evidente perché l'affaticamento muscolare e il dolore provato dall'atleta sono associati alla presenza di acido lattico nelle cellule.

Immagine di 5132824 su www.pixabay.com

Quando le cellule muscolari si esercitano e le riserve di ossigeno si esauriscono (i sistemi cardiovascolare e respiratorio non sono in grado di far fronte al necessario trasporto di ossigeno), iniziano a fermentare (respirare senza ossigeno), rilasciando acido lattico che può accumularsi.

- Prodotti alimentari

La fermentazione dell'acido lattico svolta da diverse specie di batteri e funghi viene utilizzata dall'uomo in tutto il mondo per la produzione di diversi tipi di alimenti.

Questo metabolismo che caratterizza diversi microrganismi è essenziale per la conservazione economica e la produzione di grandi quantità di cibo, poiché il pH acido da essi raggiunto inibisce generalmente la crescita di altri microrganismi potenzialmente dannosi o patogeni.

Questi alimenti includono yogurt, crauti (cavolo fermentato), sottaceti, olive, diverse verdure in salamoia, diversi tipi di formaggio e latte fermentato, acqua di kefir, alcune carni fermentate e cereali, tra gli altri.

Lo yogurt

Lo yogurt è un prodotto fermentato derivato dal latte ed è prodotto grazie alla fermentazione di questo liquido di origine animale da parte di un tipo di fermenti lattici, generalmente della specie Lactobacillus bulgaricus o Lactobacillus acidophilus.

Yogurt (Immagine di kamila211 su www.pixabay.com)

Questi microrganismi convertono gli zuccheri presenti nel latte (compreso il lattosio) in acido lattico, quindi il pH diminuisce (diventa acido) in questo liquido, modificandone sapore e consistenza. La consistenza più soda o liquida di diversi tipi di yogurt dipende da due cose:

1. Dalla produzione concomitante di esopolisaccaridi da parte di batteri fermentativi, che agiscono come agenti addensanti
2. Dalla coagulazione che deriva dalla neutralizzazione delle cariche negative sulle proteine ​​del latte, per effetto della variazione di pH generata dalla produzione di acido lattico, che le rende completamente insolubili

Verdure fermentate

In questo gruppo possiamo trovare prodotti come le olive conservate in salamoia. Sono inclusi anche preparati a base di cavolo come i crauti o il kimchi coreano, così come i cetriolini sottaceto e il jalapeño messicano.

Carni fermentate

In questa categoria rientrano le salsicce come il chorizo, il fuet, il salame e la sopressatta. Prodotti che si caratterizzano per i loro sapori particolari oltre che per l'elevata capacità di conservazione.

Pesce e crostacei fermentati

Comprende diversi tipi di pesce e crostacei che di solito vengono fermentati mescolati con pasta o riso, come nel caso del Pla raa in Thailandia.

Legumi fermentati

La fermentazione lattica applicata ai legumi è una pratica tradizionale in alcuni paesi asiatici. Il miso, ad esempio, è una pasta a base di soia fermentata.

Semi fermentati

Nella cucina tradizionale africana, c'è un'ampia varietà di prodotti a base di semi fermentati come il sumbala o il kenkei. Questi prodotti includono alcuni condimenti e persino yogurt a base di cereali.

Riferimenti

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