Factores que afectan la actividad enzimática y la fermentación alcohólica en levaduras

Resumen

El documento describe los factores que modifican la actividad enzimática (temperatura, pH, concentración de sustrato, activadores e inhibidores) y cómo estos procesos influyen en la fermentación alcohólica. También aborda la toxicidad del etanol para las levaduras, la formación de alcoholes superiores en vinos y las necesidades de oxígeno de estos microorganismos, incluido el efecto Pasteur.

Puntos clave

A la temperatura óptima la actividad enzimática es máxima; por debajo disminuye la movilidad molecular y por encima la enzima se desnaturaliza.
Cada enzima tiene un rango de pH óptimo; fuera de él se desnaturaliza y pierde actividad.
La velocidad de reacción aumenta con la concentración de sustrato hasta que la enzima se satura.
Los inhibidores pueden ser irreversibles (se unen permanentemente al centro activo) o reversibles (bloquean la enzima temporalmente).
El etanol en alta concentración aumenta la permeabilidad de la membrana de la levadura, que debe expulsar iones H+ con alto gasto energético.
Las levaduras son anaerobias facultativas: necesitan oxígeno para multiplicarse, pero una vez iniciada la fermentación la aireación induce la respiración e inhibe la fermentación (efecto Pasteur).

Ponte a prueba

Factores que Afectan la Actividad Enzimática

Temperatura: A una temperatura óptima, la actividad enzimática es máxima. Si la temperatura es inferior, la movilidad de las moléculas disminuye, reduciendo los encuentros intermoleculares. A temperaturas excesivas, la enzima se desnaturaliza, perdiendo sus propiedades y paralizando su actividad.

pH: Las enzimas tienen un rango de pH óptimo. Fuera de este rango, la enzima se desnaturaliza y pierde su actividad. El pH óptimo varía según la enzima y el sustrato.

Concentración del Sustrato: Al aumentar la concentración del sustrato, la velocidad de reacción aumenta hasta que las enzimas se saturan. Esto se debe a una mayor probabilidad de encuentro entre enzima y sustrato. Una concentración excesiva de sustrato no aumenta la velocidad de reacción.

Activadores: Los iones favorecen la unión entre la enzima y el sustrato.

Inhibidores: Sustancias que impiden o disminuyen la actividad enzimática. Pueden ser:

Irreversibles: El inhibidor se une permanentemente al centro activo de la enzima, alterando su estructura e inutilizándola.
Reversibles: Impiden el funcionamiento de la enzima temporalmente.

Toxicidad del Etanol en Levaduras

En un medio con alta concentración de etanol, la membrana plasmática de la levadura sufre modificaciones en sus fosfolípidos, aumentando su permeabilidad. Esto permite la entrada de iones H+, que la levadura debe expulsar con un alto gasto energético para evitar su muerte.

Producción de Alcoholes Superiores en Vinos

Aminoácido + NAD⁺ + H₂O → ácido α-cetónico + NH₄⁺ + NADH + H⁺

La levadura asimila todos los aminoácidos excepto la prolina. Los ácidos cetónicos (formados en la desaminación de aminoácidos) pueden ser excretados como aldehídos y reducidos a alcoholes (Reacción de Ehrlich). Este es uno de los mecanismos por los cuales la levadura produce alcoholes superiores.

Otra vía de formación es a través del metabolismo glucídico, mediante la descarboxilación de α-cetoácidos (derivados del ácido pirúvico) a aldehídos, que luego se reducen a alcoholes superiores.

Factores que aumentan la concentración de alcoholes superiores:

Tipo de levadura
pH elevado
Aireación
Temperatura de fermentación elevada
Bajo contenido de nitrógeno amoniacal en el mosto

Necesidades de Oxígeno de las Levaduras

Las levaduras son anaerobias facultativas y necesitan oxígeno para multiplicarse y sintetizar ácidos grasos y esteroles.

Una vez iniciada la fermentación, el oxígeno no es necesario. Su presencia causaría el Efecto Pasteur, desviando el metabolismo de los azúcares hacia la respiración.

Efecto Pasteur: A bajas concentraciones de glucosa, la levadura puede usar los azúcares por respiración o fermentación. La aireación induce la respiración e inhibe la fermentación.

Preguntas frecuentes

¿Qué factores afectan la actividad enzimática?

La temperatura, el pH, la concentración del sustrato, la presencia de activadores (iones) y de inhibidores. A temperatura y pH óptimos la actividad es máxima, y fuera de esos valores la enzima puede desnaturalizarse.

¿Qué es el efecto Pasteur?

Es el fenómeno por el que la presencia de oxígeno desvía el metabolismo de la levadura de la fermentación hacia la respiración, de modo que la aireación induce la respiración e inhibe la fermentación.

¿Qué factores aumentan la producción de alcoholes superiores en vinos?

Influyen el tipo de levadura, un pH elevado, la aireación, una temperatura de fermentación alta y un bajo contenido de nitrógeno amoniacal en el mosto.