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Biologia

Fermentação

William Mira
Publicado por William Mira
Última atualização: 19/9/2018

Introdução

Assim como o processo de respiração celular e suas etapas, a fermentação também é um processo metabólico para formação de energia celular na forma de ATP.

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. A fermentação é um processo que ocorre sem a presença de oxigênio, conhecido, portanto, como um processo anaeróbico.

Devido a essa característica de operar com ausência de oxigênio, os organismos que realizam fermentação (organismos fermentativos) são também chamados de anaeróbio.

Os organismos anaeróbios facultativos conseguem realizar respiração celular na presença de oxigênioe fermentação na ausência. Os anaeróbios estritos, não possuindo as enzimas catalisadoras do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória, obtém ATP apenas através da fermentação.

Dentro os organismos fermentativos mais conhecidos estão as bactérias e fungos conhecidos como leveduras, assim como alguns moluscos, alguns anelídeos e as próprias células musculares dos seres humanos também podem realizar fermentação em condições específicas.

Outras semelhanças entre a fermentação e a respiração Celular são seus substrato e etapas iniciais. Ambos os processos se iniciam com a absorção de glicose pela célula e essa glicose é quebrada através do processo de glicólise. O processo de fermentação acontece todo no citosol, de forma diferente da respiração, que ocorre parte no citosol e o restante dentro das mitocôndrias.

O rendimento da fermentação é um fator limitante, fazendo com que organismos anaeróbicos facultativos, na presença de oxigênio, prefiram realizar respiração celular que fermentação.

Enquanto são gerados aproximadamente trinta ATPs para cada molécula de glicose que entra na via respiratória, na fermentação são gerados apenas dois ATPs. Os produtos finais na respiração celular, além do ATP, são CO2 e H2O. Eles são utilizados pelo organismo em outros processos metabólicos ou, no caso do CO2, geralmente secretados para o meio extracelular.

Na fermentação há a produção de outras moléculas orgânicas que caracterizam a fermentação, como o ácido láctico na fermentação láctica e o etanol na fermentação alcoólica, por exemplo.

Glicólise

A primeira etapa da Glicólise consiste em quebrar uma molécula de glicose (C6H12O6) que foi absorvida pelas células que precisam sintetizar o ATP e, no próprio citosol, é quebrada gerando duas moléculas de ácido pirúvico, também chamado de piruvato (C3H4O3).

A glicólise consiste em dez reações para que o ácido pirúvico seja formado como produto final. Logo no início, a glicose recebe dois grupos fosfato oriundos da quebra de dois ATPs formando a molécula frutose-1,6-bifosfato que não é tão estável quanto a molécula de glicose, sendo mais fácil sua quebra ao longo da etapa.

Além das duas moléculas de ácido pirúvico geradas, também são geradas quatro moléculas de ATP, porém como a etapa consome dois ATPs na reação inicial, o saldo positivo é de dois ATPs gerados e aceptores de elétrons na forma de NADH + H+, que posteriormente irão transferir seus elétrons para os produtos da glicólise.

Produtos da glicólise

  • 2 Ácidos Pirúvicos;
  • 2 ATPs (4, porém dois são consumidos na própria etapa);
  • 2 NADH+ H+;

Glicólise esquematizada e a formação do ácido pirúvicoGlicólise esquematizada e a formação do ácido pirúvico.

Fermentação

Na presença de oxigênio, os produtos gerados deveriam seguir para o ciclo de Krebs e para a cadeia respiratória, respectivamente. Na ausência de oxigênio, os produtos gerados irão reagir-se, para a regeneração do NAD+ através da transferência de elétrons, formando os produtos da fermentação no próprio citosol e estes produtos caracterizam o processo fermentativo.

Fermentação Alcoólica

Na Fermentação Alcoólica, cada ácido pirúvico gerado é descarboxilado (perde um carbono na forma de CO2), tornando-se um acetaldeído que recebe os elétrons do NADH tornando-se etanol e regenerando o NAD+.

Os principais organismos que realizam esse tipo de fermentação são as bactérias e leveduras e são amplamente utilizadas na indústria biotecnológica para produção de pães, bolos e bebidas fermentadas como cervejas e vinhos.

Equação de Fermentação Alcoólica.Equação de Fermentação Alcoólica.

Na panificação, a introdução de leveduras como "fermentos biológicos" faz com que a massa seja fermentada com as leveduras absorvendo parte do carboidrato presente na massa como trigo e açúcar e o utilizando para produzir ATP.

O processo gera CO2 e etanol como subprodutos que são secretados pelas leveduras. Nesse momento, a massa é colocada no forno, o etanol e o CO2 são evaporados e a massa fica fofa, com inúmeras "câmaras" que continham esses produtos.

Na produção de bebidas, o processo é similar. Leveduras são depositadas em meio contendo grande concentração de carboidratos que são absorvidos e convertidos a ATP, etanol e CO2. O CO2 liberado gera os gases presentes na forma de espuma ou na pressão dentro do recipiente e o etanol se dilui no meio inicial aumentando o teor alcoólico presente na mistura, formando bebidas como cervejas e vinhos.

Outro processo industrial em que a fermentação alcoólica é fundamental é na produção de bicombustível utilizando como substrato produtos vegetais como mamonas, cana-de-açúcar etc.

Fermentação Acética

É uma fermentação derivada da alcoólica. Na fermentação acética, o etanol gerado é oxidado e convertido a ácido acético, quando em contato com bactérias específicas. Esse tipo de fermentação é importante na produção de vinagres, onde o ácido acético é seu principal constituinte.

Equação Fermentação Acética.Equação Fermentação Acética.

Fermentação Láctica

Realizada principalmente por bactérias chamadas Lactobacilos e tem como característica a produção de ácido láctico, também chamado de lactato.

Esse tipo de fermentação geralmente utiliza galactose como substrato e glicose que, depois de serem quebradas em ácido pirúvico, recebem os elétrons do NADH+, sofrem redução e são convertidas a ácido láctico, que é eliminado da célula.

Equação Fermentação Láctica.

Esse ácido láctico, quando em contato com outras proteínas, principalmente do leite, pode degradá-las deixando no meio mais viscoso. Esse processo é o princípio utilizado para a fabricação de queijos e iogurtes.

As células musculares também podem realizar fermentação láctica quando a quantidade de oxigênio presente não é o bastante para suprir a necessidade na respiração celular. Isso ocorre geralmente em exercícios físicos intensos. As células musculares passam a produzir ácido láctico como forma de produzir ATP para a carga intensiva de exercícios. O ácido láctico gerado fica armazenado no músculo e é um dos motivos de, após uma maratona de exercícios intensos, o indivíduo sentir dores musculares.

Fermento Biológico X Fermento Químico

Fermentos são utilizados na panificação para a produção de pães e bolos, como já foi dito anteriormente. O tipo de fermento utilizado promove reações diferentes que podem resultar no crescimento da massa e na sua textura mais “fofa”. Os dois tipos de fermentos empregados são os fermentos biológicos e químicos.

Os fermentos biológicos são as leveduras mostradas anteriormente, que absorvem o carboidrato presente na massa e realizam fermentação alcoólica, liberando CO2 e etanol para a massa.

Esse processo fermentativo precisa ocorrer antes da massa ir ao forno, pois, uma vez ao forno, as leveduras presentes podem ter suas células degradadas com as elevadas temperaturas. Por isso, é comum deixar a massa de repouso por um período ou “descansando” como visto nos livros culinários. O fermento biológico é mais indicado para a produção de pães.

Os fermentos químicos são gerados a partir de compostos inorgânicos como bicarbonato de sódio (NaHCO3), que em elevadas temperaturas se decompõe. Essa decomposição depende de elevadas temperaturas para acontecem e tem como produto água e CO2. Os fermentos químicos são mais indicados para preparo de biscoitos, bolos e bolachas.


Exercícios

Exercício 1
(FUVEST/2017)

No preparo de certas massas culinárias, como pães, é comum adicionar-se um fermento que, dependendo da receita, pode ser o químico, composto principalmente por hidrogenocarbonato de sódio (NaHCO3), ou o fermento biológico, formado por leveduras. Os fermentos adicionados, sob certas condições, são responsáveis pela produção de dióxido de carbono, o que auxilia a massa a crescer.

Para explicar a produção de dióxido de carbono, as seguintes afirmações foram feitas.

I. Tanto o fermento químico quanto o biológico reagem com os carboidratos presentes na massa culinária, sendo o dióxido de carbono um dos produtos dessa reação.

II. O hidrogenocarbonato de sódio, presente no fermento químico, pode se decompor com o aquecimento, ocorrendo a formação de carbonato de sódio (Na2CO3), água e dióxido de carbono.

III. As leveduras, que formam o fermento biológico, metabolizam os carboidratos presentes na massa culinária, produzindo, entre outras substâncias, o dióxido de carbono.

IV. Para que ambos os fermentos produzam dióxido de carbono, é necessário que a massa culinária seja aquecida a temperaturas altas (cerca de 200 ºC), alcançadas nos fornos domésticos e industriais.

Dessas afirmações, as que explicam corretamente a produção de dióxido de carbono pela adição de fermento à massa culinária são, apenas:

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