Fermentação: produção anaeróbica de energia (ATP)

Te proponho o desafio de fazer um exercício mental e refletir: "Em que situações já ouvi a palavra FERMENTAÇÃO?"

E então? Conseguiu lembrar? Se fosse fazer um mapa mental, que palavras e conceitos você relacionaria com a fermentação?

Fonte: studymaps.com.br

Pois bem, a fermentação é um processo de grande utilidade, principalmente, na indústria alimentícia, para a fabricação de pães, bolos, bebidas, iogurtes, queijos, vinagre, bebidas alcoólicas... Então, provavelmente você já deve ter ouvido essa palavra! 

"Me 'fi' vai comprar um fermento pra vovó, pode ficar com o troco ;)"

Quem nunca socorreu uma vó, mãe, tia, tio... querendo fazer uma guloseima mas que foi surpreendide pela falta de fermento na despensa? rs

Acrescento que além de resultar em coisas gostosas, a fermentação tem outra grande função: a PRODUÇÃO DE ENERGIA (NA FORMA DE ATP). E é isso que você desvenderá neste biotexto, caro leitor!

Obs: já expliquei o que é ATP no texto sobre RESPIRAÇÃO CELULAR (clique para conferir: sugiro que leia respiração celular antes da fermentação.)

Os seres vivos precisam de energia para sobreviver, e eles obtêm essa fonte energética através de reações químicas, que quebram as ligações que unem os compostos. O mais utilizado destes compostos, é a glicose. As ligações químicas que formam a molécula de glicose (ligações glicosídicas), contém energia, que é liberada com a sua quebra. A quebra da glicose, por sua vez, pode ser resultado de um processo denominado RESPIRAÇÃO, realizado por organismos aeróbicos, que consomem oxigênio. No entanto, pode haver uma quebra parcial da glicose, e produção de energia sem a necessidade de oxigênio (através da oxidação parcial/incompleta da glicose), caracterizando o processo protagonista deste texto: a FERMENTAÇÃO.

Os organismos que não precisam de oxigênio para produzir energia são chamados de ANAERÓBICOS, e são representados principalmente por algumas espécies de bactérias e fungos. É válido ressaltar também, que existem tipos de indivíduos anaeróbicos: 

Anaeróbicos facultativos: realizam a respiração celular na presença de oxigênio e realizam a fermentação na ausência de oxigênio.

Anaeróbicos estritos: não apresentam as enzimas utilizadas no ciclo de Krebs e na cadeia transportadora de elétrons. O ATP é obtido através da fermentação.

Sendo assim, resumindo... a fermentação é um processo que produz energia na forma de ATP através da degradação incompleta da glicose, sem a necessidade de oxigênio!

Observe abaixo, as diferenças existentes entre as reações de respiração e de fermentação:

• Respiração aeróbica: usa oxigênio atmosférico
  
• C6H12O6 + 6 O2 ➝ 6 H2O + 6 CO2 + energia
  (glicose + oxigênio ➝ água + gás carbônico + liberação de energia)
  

• Respiração anaeróbia: usa substâncias com oxigênio
  C6H12O6 + 4 NO3 ➝ 6 CO2 + 6 H2O + 2 N2 + energia
  (glicose + nitrato ➝ gás carbônico + água + nitrogênio +liberação de energia)

• Fermentação: utiliza substância (enzima/fermento) que degrada a matéria orgânica
  C6H12O6 ➝ 2 C2H5OH + 2 CO2 + energia
  (glicose ➝ etanol + gás carbônico + energia)

#A principal diferença entre os dois processos é a presença do oxigênio. Na respiração celular, o aceptor final de elétrons é o oxigênio que, ao receber íons H+, é convertido a água.

# Por atuarem sem oxigênio, os organismos que realizam fermentação (organismos fermentativos) são também denominados de anaeróbicos.

 

De onde vem o nome "fermentação"?

 

✅ É referência aos compostos que possibilitam a reação de fermentação: os fermentos ou enzimas;

✅ São catalisadores biológicos que transformam substâncias complexas em substâncias simples; 

✅ Sintetizadas por protozoários, bactérias e fungos (principalmente, as leveduras: fungos microscópicos unicelulares) e até mesmo alguns anelídeos, moluscos e as células musculares dos seres humanos (em determinadas situações)... Porém, o maior destaque mesmo é das bactérias e fungos!!!

Além do uso ou não do oxigênio, que outras diferenças e semelhanças existem entre respiração e fermentação?

✅ Início e etapas: os dois processos são iniciados com a absorção da glicose pela célula e a quebra desta pelo processo de glicólise;

✅ Local de ocorrência: por só acontecer a etapa de glicólise na fermentação, esta reação ocorre integralmente no citosol. Diferenciando-se da respiração, que apresenta a etapa de glicólise no citosol e as do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória dentro da mitocôndria). 

✅ Rendimento: outra notória diferença é referente ao rendimento, a fermentação produz apenas 2 ATPs para cada molécula de glicose, enquanto que a respiração celular resulta em 30 ATPs. Devido a isso, os organismos anaeróbicos facultativos, na presença de oxigênio, "preferem" realizar a respiração celular.

✅ Produtos finais: há a síntese de outras moléculas orgânicas que caracterizam a fermentação, como o ácido láctico na fermentação láctica, o ácido acético na fermentação acética e o etanol na fermentação alcoólica, dentre outros. Os produtos finais na respiração celular, além do ATP, H2O e CO2, usados pelo organismo em outras reações metabólicas, sendo que o CO2 geralmente é excretado para fora da célula.

 

Vamos entender um pouco mais sobre o uso da fermentação para a fabricação de alguns tipos de alimentos e bebidas:

✅ Fermentação de queijos: os queijos são produzidos através de enzimas sintetizadas (fermentos) por fungos e bactérias. 

 

Exemplos:

 

- Queijo de Minas (por bactérias)

- Queijo Gorgonzola, Camembert e Roquefort (por fungos)

✅ Fermentação de pães: os pães são produzidos pela ação de enzimas de fungos. O famoso fermento utilizado na fabricação de pães é definido como biológico pois se refere à seres vivos: fungos microscópicos chamados de leveduras, que é adicionado na massa e reage com o açúcar, produzindo gás carbônico (CO2). O CO2 produzido é armazenado dentro da massa, que cresce ao longo do processo de fermentação. Desta forma, a função do fermento é fazer a massa crescer e deixá-la mais macia.

✅ Fermentação de iogurtes: são oriundos da fermentação lática, realizada por bactérias chamadas de lactobacilos, tendo como produto o ácido lático.

 

✅ Fermentação de vinhos: as frutas são amassadas e passam por um processo de trituração. O sumo obtido é colocado em tonéis de madeira e submetido à fermentação, que resulta no vinho tal qual conhecemos. O processo é parecido na produção de cerveja, sendo que neste caso, o açúcar do malte que passa pela fermentação. Ambos os processos fermentativos são realizados por leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae e produzem o álcool nas bebidas.

✅ Produção de vinagre: é obtido por meio da fermentação acética: processo químico em que ocorre a oxidação parcial do álcool etílico, produzindo o ácido acético.o vinagre é produzido através da fermentação acética, que consiste em uma reação química, onde ocorre a oxidação parcial do álcool etílico, obtendo o ácido acético.

 

Agora iremos adentrar mais no processo de fermentação e destrinchar as suas etapas, sigam-me os bons!

 

GLICÓLISE

✅ Quebra da molécula de glicose (C₆H₁₂O₆) absorvida pelas células que necessitam produzir o ATP e, no próprio citosol, é quebrada produzindo 2 moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (C₃H₄O₃);

✅ A glicólise é composta por 10 reações, tendo o ácido pirúvico como produto final. Inicialmente, a glicose recebe dois grupos fosfato através da quebra de 2 ATPs gerando a molécula frutose-1,6-bifosfato, menos estável que a molécula de glicose, o que facilita a sua quebra ao longo da etapa.

✅ Além das moléculas de ácido pirúvico, são geradas também 2 moléculas de ATPs (4 ATPs - 2 ATPs consumidos inicialmente) e aceptores de elétrons NADH+ H+, que no final das glicólise transferem os elétrons que carregam para os produtos das glicólise.

PRODUTOS DA GLICÓLISE:

😏- 2 ácidos pirúvicos

😏- 2 ATPs (4 ATPs - 2 ATPs)

😏- 2 NADH+H+

FERMENTAÇÃO

✅ Se houvesse oxigênio, os produtos passariam para o ciclo de Krebs e, em seguida, para a cadeia transportadora de elétrons;

✅ Porém, como a fermentação ocorre sem oxgênio, os produtos gerados irão reagir-se e através da transferência de elétrons, regenerar a NAD+, gerando os produtos característicos da fermentação no próprio citosol.

A) Fermentação Alcoólica

✅ Cada ácido pirúvico/piruvato é descarboxilado (perde um carbono na forma de CO2), produzindo um acetaldeído que ao receber os elétrons do NADH transforma-se em etanol e regenera o NAD+;

✅ Os organismos mais utilizados para a fabricação de bebidas alcoólicas pelas indústrias são as bactérias e os fungos. Além de serem muito utilizados para a produção de alimentos como pães queijos e bolos.

✅ Na fabricação de pães (panificação), as leveduras (os fermentos biológicos) absorvem parte do açúcar/carboidrato presente na massa e através da fermentação produzem CO2 e etanol, que ao serem evaporados, entram nas câmaras da massa e a fazem crescer e ficar macia. Lembrando que este processo também produz energia na forma de ATP.  

✅ O processo é parecido na produção de bebidas! As leveduras são adicionadas em recipientes contendo elevada concentração de carboidratos, que ao serem absorvidos, transformam-se em etanol, CO2 e geram ATP. Os gases em forma de espuma, contidos nas bebidas, são resultantes da liberação de CO2 ou da alta pressão no interior do recipiente. E o etanol produzido é diluído no meio inicial, definindo o teor alcoólico das bebidas fermentadas. 

Obs: A fermentação alcoólica também é utilizada para fabricar biocombustíveis, através de substratos vegetais, como a cana-de-açúcar, o milho, a mamona...

B) Fermentação Acética

✅ É derivada da alcoólica! Ou seja, utiliza o etanol produzido na fermentação alcoólica;

✅ O etanol obtido sofre oxidação e tranforma-se em ácido acético;

✅ O processo ocorre através do contato do etanol com bactérias específicas;

✅ É o tipo de fermentação que produz o vinagre, constituído em grande parte por ácido acético.

C) Fermentação Láctica

✅ Utiliza, principalmente, a galactose e a glicose como substrato;

✅ A galactose e a glicose são submetidas à ação de bactérias denominadas de Lactobacilos, sendo quebradas em ácido pirúvico/piruvato e em seguida recebem os elétrons do NADH+, passam pela reação de redução e transformam-se em ácido lático/lactato, que é eliminado do meio intracelular.

✅ O ácido lático ao ser misturado com outras proteínas, como as dos leite, as degrada e produz um meio viscoso, o que caracteriza o processo de produção de iogurtes e queijos.

Obs: as células musculares realizam fermentação lática quando a concentração de oxigênio não é suficiente para suprir a respiração celular. Situação comum durante a prática intensa de exercícios físicos, as células musculares produzem ácido lático para gerar ATP e complementar a insuficiência de energia produzida pela respiração celular. O ácido lático produzido é armazenado nos músculos e é uma das causas das dores comuns após exercícios físicos intensos.

Você já deve ter ouvido falar também do fermento químicoe então deve ter surgido a dúvida: qual a diferença do fermento biológico para o químico?

✅ Como  já sabemos, os fermentos são usados para a fabricação de bolos, pães...

✅ Os dois tipos de fermentos: biológicos e químicos, promovem o crescimento das massas e as deixam mais macias.

✅ Os fermentos biológicos se referem à células, no caso, as leveduras que são fungos microscópicos. Estas absorvem o carboidrato contido na massa e executam a fermentação alcoólica, produzindo CO2 e etanol que ao serem evaporados, são armazenados na massa. Este. processo deve ocorrer antes que a massa seja colocada no fogo, pois as leveduras podem ser destruídas em elevadas temperaturas. É daí que vem o costume de deixar a massa "descansar". É o tempo necessário para as leveduras (o fermento) agirem. Este tipo de fermento é o mais recomendado para a panificação.

✅ Por outro lado, o fermento químico representa compostos inorgânicos, a exemplo do bicarbonato de sódio (NaHCO3), que em altas temperaturas é decomposto e produz água e CO2. São recomendados para a fabricação de bolos, bolachas e biscoitos.

TÓPICOS ABORDADOS

1. Introdução

2.  Diferença entre respiração e fermentação; Entre seres aeróbicos e anaeróbicos facultativos e estritos

3. Fermentação na Indústria de alimentos e combustíveis

4. Glicólise

5. Fermentação: alcoólica, acética e lática