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Fermentazione

Che cosa è la fermentazione? Tipi di fermentazione

La fermentazione è un processo metabolico anerobico in cui il glucosio viene degradato in altri composti organici, producendo energia.

Avviene tipicamente nei batteri e negli lieviti (funghi unicellulari), ma può avvenire anche nell'uomo (fermentazione lattica) in condizioni di anaerobiosi.

I processi di fermentazione di batteri e lieviti sono molto utilizzati in campo industriale per la produzione di bevande come birra, vini, o alimenti come yogurt e cibi fermentati. Sono inoltre utilizzati per la produzione di carburanti, solventi e altri composti chimici.

La Fermentazione inizia con la glicolisi, ovvero il processo catabolico in cui il glucosio viene degradato a molecole di piruvato generando ATP e donando elettroni al trasportatore NADH.

Nella respirazione aerobica, il piruvato viene ossidato ad acetil-CoA e immesso nel ciclo di Krebs, mentre gli elettroni acquisiti durante la glicolisi dal NADH vengono ceduti alla catena di trasporto degli elettroni dei mitocondri per produrre grandi quantità di energia sotto forma di molecole di ATP (fosforilazione ossidativa).

Quando la catena di trasporto degli elettroni è inutilizzabile, spesso a causa della mancanza di un accettore finale degli elettroni (come l'ossigeno), la fermentazione diviene il principale mezzo per la produzione di energia.

Nella fermentazione, il piruvato viene utilizzato come accettore di elettroni per poter ri-ossidare il NADH a NAD+, necessario per i successivi cicli di glicolisi, la quale rimane di fatto l'unica fonte energetica nei processi di fermentazione.

Il processo della fermentazione è quindi necessario per poter continuare la glicolisi, rigenerando gli agenti ossidanti (NAD+) per la degradazione del glucosio.

schema fermentazione

Schema generale della Fermentazione

Tipi principali di fermentazione

A seconda dei prodotti finali, esistono numerosi tipi di fermentazione, tra le cui le principali sono:

Fermentazione alcolica

In questo tipo di fermentazione il glucosio viene metabolizzato ad etanolo e anidride carbonica.

Al termine della glicolisi, le 2 molecole di piruvato prodotte vengono decarbossilate ad acetaldeide da parte dell'enzima Piruvato Decarbossilasi e viene liberata anidride carbonica (CO2).

Successivamente, grazie all'azione dell'enzima Alcol Deidrogenasi, l'acetaldeide viene ridotta ad etanolo e il NADH viene ossidato a NAD+.

reazioni della fermentazione alcolica

Reazioni della Fermentazione Alcolica

La Fermentazione Alcolica è utilizzata in numerosi processi industriali, tra cui la produzione di bevande alcoliche, la produzione di etanolo e biocarburanti, la lievitazione di pane e impasti.

I principali organismi utilizzati sono batteri (procarioti) e lieviti (eucarioti).

Fermentazione Lattica

Durante la Fermentazione Lattica, il piruvato viene convertito in lattato (o acido lattico) in un solo passaggio, ripristinando il NAD+.

Esistono 2 tipi di fermentazione Lattica: omolattica ed eterolattica.

Nella fermentazione omolattica il lattato è l'unico prodotto finale, mentre nella fermentazione eterolattica oltre al lattato viene prodotto anche etanolo o acido acetico.

reazioni della fermentazione lattica

Reazioni della Fermentazione Lattica (omolattica).

L'industria alimentare si serve della Fermentazione Lattica per la produzioni di cibi acidi come lo yogurt, dove sono utilizzati i Lactobacilli (batteri).

Nell'uomo la Fermentazione Lattica avviene nel muscolo in seguito a sforzi fisici intensi e prolungati, quando a causa del deficit di ossigeno la fosforilazione ossidativa non riesce a fornire la quantità di energia richiesta dall'organismo.

La produzione di energia tramite la fermentazione del glucosio viene quindi aumentata e si ha un accumulo di acido lattico nei tessuti, causando la tipica sensazione di bruciore e indolenzimento.

Per contrastare l'acidosi metabolica, il lattato viene poi riconvertito dal fegato in piruvato ed infine in glucosio tramite il processo inverso della glicolisi, la gluconeogenesi, la quale è un processo anabolico che richiede energia.

Altri tipi di fermentazione

Oltre alle fermentazioni citate in precedenza, ricordiamo anche le seguenti:

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