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Los seres vivos, desde los más simples como las bacterias hasta los más complejos como los vertebrados, dependen de un sinfín de reacciones químicas que requieren energía. Esta energía se obtiene del medio ambiente. Casi invariablemente, esa energía proviene de una molécula denominada adenosíntrifosfato o ATP. Sin embargo, el ATP no se encuentra en el medio ambiente, así que los seres vivos han evolucionado para transformar otras fuentes de energía (como la luz solar, el calor, y los nutrientes) en ATP. Las dos formas más comunes de hacer dicha transformación son la respiración celular y la fermentación.
Los primeros seres vivos evolucionaron para producir ATP por medio de la fermentación de distintos tipos de carbohidratos. Más adelante, los eucariotas desarrollaron la capacidad de aprovechar más de la energía almacenada en los carbohidratos por medio de la respiración anaeróbica. Finalmente, otros organismos más avanzados comenzaron a aprovechar uno de los productos de deshecho de la fotosíntesis, el oxígeno, con lo que nació la respiración celular aeróbica.
Por tratarse de dos procesos anaeróbicos, muchas personas confunden a la respiración anaeróbica con la fermentación. Sin embargo, son dos procesos muy diferentes en cuanto a su mecanismo, sus productos finales y su producción de energía.
En las siguientes secciones, abordaremos qué son la respiración anaeróbica y la fermentación, y luego las compararemos para resaltar las diferencias más importantes entre la una y la otra.
Respiración anaeróbica
La respiración anaeróbica es un tipo de respiración celular que ocurre en ausencia de oxígeno, o cuando la concentración de oxígeno es muy baja (de allí el término anaeróbico, que significa literalmente en ausencia de aire). Este tipo de respiración celular solo la llevan a cabo algunas especies de bacterias y otros procariotas.
Al ser un tipo de respiración celular, el proceso comienza con la glicólisis, durante la cual una molécula de glucosa es transformada en dos moléculas de ácido pirúvico, produciendo dos moléculas netas de ATP. El ácido pirúvico luego ingresa al ciclo de Krebs, también denominado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, en el que una serie de reacciones químicas oxidan al ácido pirúvico hasta dióxido de carbono.
En la siguiente etapa del proceso, unas moléculas denominadas portadores de electrones llevan a estos a la cadena de transporte de electrones donde la energía potencial almacenada en estos portadores se transforma en un gradiente de concentración de protones que mueve a una enzima productora de ATP denominada ATP-sintetaza.
Durante esta etapa del proceso es donde se genera la mayor parte de la energía química en forma de moléculas de ATP; es común a todos los procesos de respiración, sean aeróbicos o anaeróbicos. Lo que diferencia a los unos de los otros es cuál molécula se encarga de recibir y llevarse los electrones para que estos no se acumulen al final de la cadena de transporte de electrones.
En presencia de oxígeno, esta molécula es la receptora final de los electrones, y su reducción produce moléculas de agua. En la respiración anaeróbica, en cambio, el receptor final de los electrones es una molécula distinta al oxígeno y depende del microorganismo particular del que se trate.
Aceptores finales de electrones en la respiración anaeróbica
La siguiente tabla muestra tres ejemplos de distintos aceptores finales de electrones en la respiración anaeróbica junto con el producto de su reducción y algunos microorganismos que la utilizan como fuente de energía:
| Aceptor | Producto final | Microorganismo |
| Azufre | Sulfuros | Thermoplasma |
| Nitrato | Nitritos, óxidos de nitrógeno y N2 | Pseudomonas, Bacillus |
| Sulfato | Sulfuros | Desulfovibrio, Clostridium |
Producción de energía en la respiración anaeróbica
La respiración anaeróbica utiliza los mismos mecanismos de producción de ATP que la respiración aeróbica, i.e. la glicólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. Por esta razón, la producción de energía es la misma en ambos tipos de respiración, lo que significa que se producen, en total, entre 36 y 38 moléculas de ATP. Luego de descontar las que se consumen, la producción neta es de entre 30 y 32 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que se oxida.
Fermentación
La fermentación, al igual que la respiración celular, también es un proceso diseñado para utilizar la energía contenida en nutrientes tales como los carbohidratos y transformarla en energía química utilizable por la célula en forma de moléculas de ATP. Se trata de un proceso netamente anaeróbico, es decir, que no requiere oxígeno y puede ocurrir en ausencia de aire. De hecho, en la mayoría de los cursos de biología básica se cita a la fermentación como la alternativa anaeróbica a la respiración celular, obviando así la existencia de la respiración anaeróbica.
Sin embargo, hay una diferencia fundamental entre la fermentación y la respiración anaeróbica y es que la primera no utiliza ni el ciclo del ácido cítrico, ni mucho menos la cadena de transporte de electrones, por lo que no se puede considerar como un tipo de respiración celular.
La fermentación comienza de la misma manera que la respiración, es decir, con la glicólisis distintos tipos de azúcares de seis carbonos denominadas hexosas, entre las cuales la glucosa es la más común. Sin embargo, luego de la glicólisis, el piruvato es transformado en otros productos finales dependiendo del organismo que lleve a cabo la fermentación.
Tipos de fermentación
Dependiendo del producto final de la fermentación, esta puede ser de distintos tipos:
Fermentación alcohólica: en algunos casos, como en las levaduras, la fermentación que sigue a la glicólisis produce alcohol etílico o etanol. A este tipo de fermentación se le denomina fermentación alcohólica. Este es el tipo de fermentación utilizada en la fabricación de bebidas alcohólicas.
Fermentación acética: otras células oxidan aún más al etanol llevándolo hasta ácido acético, como sucede en la fabricación de vinagre.
Fermentación láctica: es aquella que da ácido láctico como producto final. Las bacterias que fermentan la leche para producir yogur fermentan lactosa (el azúcar de la leche) a ácido láctico, el cual causa el cuajado de las proteínas de la leche. En el caso de los tejidos musculares de los vertebrados, estos son capaces de fermentar la glucosa hasta ácido láctico cuando la concentración de oxígeno es baja.
Producción de energía
La fermentación es un proceso poco eficiente en términos de producción de energía. La primera etapa, la glicólisis, produce apenas 2 moléculas netas de ATP (produce 4 en total pero también consume 2). La posterior fermentación produce propiamente dos moléculas netas de NADH, que también es una molécula de alto contenido energético, aunque no tan alto como el del ATP.
Diferencias entre fermentación y respiración anaeróbica
Como se puede observar, hay diferencias y similitudes entre la fermentación y la respiración anaeróbica. Las principales semejanzas son que ambas comienzan con la glucólisis, ambas ocurren en ausencia de oxígeno y algunas especias de procariotas pueden llevar ambas a cabo. Sin embargo, las semejanzas acaban allí. La siguiente tabla resume las principales diferencias entre estas dos formas de obtención de ATP:
| Fermentación | Respiración anaeróbica |
| La pueden llevar a cabo tanto los organismos procariotas como los eucariotas, incluso organismos multicelulares como los vertebrados. | Solo la pueden llevar a cabo algunas especies de procariotas. |
| Distintos tipos de fermentación dan distintos productos finales de oxidación de la glucosa, incluyendo ácido láctico, ácido acético y etano, entre otros. | Oxida la glucosa completamente hasta dióxido de carbono y le transfiere los electrones a distintos tipos de aceptores finales de electrones, tales como azufre elemental, sulfatos o nitratos. |
| Produce relativamente poca energía aprovechable por la célula. Tan solo dos moléculas netas de ATP y dos moléculas de NADH. | Produce grandes cantidades de ATP, aprovechando al máximo la energía contenida en la glucosa. Por cada molécula de glucosa se producen más de 30 moléculas de ATP. |
| Ocurre exclusivamente en el citoplasma. | Comienza en el citoplasma y termina dentro de la mitocondria. |
| Es un proceso relativamente sencillo que consiste en un número reducido de reacciones enzimáticas. | Es un proceso muy complejo que requiere de la intervención de numerosas enzimas diferentes tanto en el citosol, como en la matriz, el espacio intermembrana y la membrana interna de la mitocondria. |
| Se puede llevar a cabo in vitro. Solo se requieren las enzimas que se encargan de la fermentación las cuales pueden funcionar en un ambiente extracelular adecuado. | Depende de la presencia de las mitocondrias, por lo que no se puede llevar a cabo in vitro. |
Referencias
- Ambientum. (2018, 11 abril). Tipos de fermentación. Recuperado de https://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/suelos/tipos_de_fermentacion.asp
- Clark, M. A. (2018, 5 marzo). Metabolism without Oxygen – Biology 2e. Recuperado de https://opentextbc.ca/biology2eopenstax/chapter/metabolism-without-oxygen/
- Lakna, B. (2017, 26 diciembre). Difference Between Fermentation and Anaerobic Respiration | Definition, Process, Application. Recuperado de https://pediaa.com/difference-between-fermentation-and-anaerobic-respiration/
- Kaur, J. (s. f.). How do fermentation and anaerobic respiration differ? | Socratic. Recuperado de https://socratic.org/questions/how-do-fermentation-and-anaerobic-respiration-differ
