Metabolismo Energético de las Levaduras: Respiración y Fermentación

Respiración Celular

La respiración celular es el proceso metabólico mediante el cual las células obtienen energía, principalmente en forma de ATP, a partir de la degradación de moléculas orgánicas como los azúcares.

Etapas Clave y Destino del Piruvato

• Glucólisis: Ocurre en el citoplasma. En esta etapa, la molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato. Se genera una pequeña cantidad de ATP y NADH.
• Respiración aeróbica: Si hay oxígeno (O₂) disponible, el piruvato entra en la mitocondria, donde se utiliza en el ciclo de Krebs.
• Fosforilación oxidativa: Es la etapa final de la respiración aeróbica. Utiliza la cadena de transporte de electrones para generar la mayor parte del ATP.

El Destino del Piruvato

El piruvato es una molécula central cuyo destino depende de la presencia de oxígeno:

• En presencia de O₂ (condiciones aerobias): Se convierte en acetil-CoA para ingresar al ciclo de Krebs dentro de la mitocondria.
• En ausencia de O₂ (condiciones anaerobias): Se convierte en etanol o lactato a través de un proceso llamado fermentación.

Metabolismo de las Levaduras

Las levaduras son organismos que obtienen su energía mediante la degradación de la materia orgánica. Su metabolismo puede seguir dos rutas principales dependiendo de la disponibilidad de oxígeno.

Condiciones Metabólicas

• Con O₂ (aerobiosis): Las levaduras realizan la respiración celular. Este proceso ocurre en las mitocondrias, produce una gran cantidad de energía (ATP), lo que permite una reproducción rápida, y genera poco alcohol.
• Sin O₂ (anaerobiosis): Las levaduras realizan la fermentación. Este proceso ocurre en el citoplasma, produce poca energía (ATP) pero genera una gran cantidad de alcohol (etanol).

Los procesos metabólicos fundamentales que llevan a cabo incluyen la glucólisis, la respiración y la fermentación (como la alcohólica), que culmina con la fosforilación oxidativa en condiciones aerobias.

Fermentación Alcohólica (FOH)

La fermentación alcohólica es un proceso en el que el piruvato se convierte primero en acetaldehído (por acción de la enzima piruvato descarboxilasa) y luego en etanol (por la acción de la alcohol deshidrogenasa). Durante este proceso, el NADH se oxida a NAD⁺, lo que es crucial para permitir que la glucólisis continúe generando ATP en ausencia de oxígeno.

Otras Fermentaciones Secundarias

Además de la fermentación alcohólica, la levadura es capaz de realizar otras fermentaciones:

• Fermentación láctica (FL)
• Fermentación gliceropirúvica
• Fermentación maloalcohólica

Subproductos de la Fermentación

Durante su metabolismo, las levaduras generan diversos subproductos que influyen en las características del medio:

• Ácidos orgánicos: Como el ácido oxálico, succínico y láctico.
• Diacetilo: Compuesto que puede reducirse a acetoína y, posteriormente, a 2,3-butanodiol.
• Ácido acético: Conocido como un ácido volátil.

Condiciones que Afectan la Producción de Subproductos

La producción de estos subproductos aumenta en condiciones específicas, como una alta concentración de azúcar, la presencia de uvas con Botrytis, un pH muy bajo o deficiencias de aminoácidos o vitaminas en el medio.

Efecto Pasteur

El efecto Pasteur describe la inhibición de la fermentación alcohólica (FOH) debido a la presencia de oxígeno (O₂). En condiciones aerobias, las células de levadura prefieren la respiración aeróbica porque es un proceso mucho más eficiente en la producción de ATP.

Nutrición de las Levaduras

Las levaduras necesitan nitrógeno para la síntesis de aminoácidos y, consecuentemente, de proteínas. Este nitrógeno se obtiene por la fijación del ion amonio sobre un esqueleto hidrocarbonado originado en el metabolismo de los azúcares. Tanto el ion amonio como los aminoácidos entran en la célula a través de transportadores proteicos específicos localizados en la membrana celular.