Unidad 4 Metabolismo Energético Parte II Fermentaciones

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UNIDAD 4: Metabolismo 
Energético
Parte II. Fermentaciones microbianas
Fermentaciones
C3H6O3 Lactato
C3H8O3 Glicerol
C2H6O Etanol
C2H4O2 Acetato
Usando el “valor de oxidación”, escriba el balance 
de fermentación de la ecuación siguiente:
C6H12O6 + H2O CH3COOH + CH3CH2OH + 2H2 + 2CO2
( ) + ( ) ( ) + ( ) + 2( ) + 2( )
Fermentaciones Microbianas
Fermentación alcohólica y sus variantes
 Adición de sulfito de sodio en el medio: 
Glucosa + HSO3 glicerol + acetaldehido-HSO3 + CO2
( Se utiliza para la producción de glicerol ; ejm: Saccharomyces 
ellipsoideus var. Steimberg)
 En condiciones alcalinas: (dismutación hidrolítica del 
acetaldehído. Parte del acetaldehido es oxidado hasta acetato y 
otra parte es reducida hasta etanol)
2 Glucosa 2 glicerol + acetato + etanol + 2CO2
 Con adición de fosfato inorgánico
Glucosa etanol + CO2 ( incremento en la tasa de 
fermentación)
Fermentación Aceto-Glicérica 
En levaduras 
creciendo en 
medio alcalino. 
Ej. 
Saccharomyces 
ellipsoideus 
• Efecto Pasteur: En presencia de oxígeno hay inhibición de las 
enzimas de fermentación en Saccharomyces cerevisiae
• Efecto Custer: En presencia de oxígeno hay estímulo del 
metabolismo de Brettanomyces
Intolerancia al Etanol 
11% en volumen : Inhibición total de la fermentación alcohólica 
en levaduras . Tolerancia dependiente del incremento de 
ciertos lípidos de membrana y de la presencia de oxígeno.
• En Zymomonas mobilis la tolerancia es mayor en parte por su 
alto contenido de fosfatidiletanolamina y de hopanoides 
(análogos de los esteroles)
Fermentación alcohólica (cont…)
Nueva ruta de producción de alcohol por 
Saccharomyces bulderi. 
van Dijken J P et al. J. Bacteriol. 2002;184:672-678
1, glucosa dHasa;
2, hexokinasa;
3, glucosa 6-P 
dHasa y 6-
fosfogluconato 
dHasa; 
4, reacciones de
reordenamiento
via transketolasa
y transaldolasa;
5, glicólisis.
Gluconolactone is first reduced to glucose via an NADPH-
dependent glucose dehydrogenase. After phosphorylation, half 
of the glucose is metabolized via the pentose phosphate 
pathway, yielding the NADPH required for the glucose-
dehydrogenase reaction. The remaining half of the glucose is 
dissimilated via glycolysis
Fermentación Láctica
• Fermentación homoláctica.- Producto 
principal: Ac. Láctico
Si las condiciones de fermentación son 
alteradas pueden formarse varios 
productos:
– En pH alcalino se incrementa la producción de 
formato, acetato y etanol a partir de lactato.
– La cantidad de equivalentes reductores 
(NADH+H +) disponibles constituyen un factor 
importante en los productos que se formen 
dependiendo de la presencia de un aceptor de 
electrones.
Fermentación láctica
• Los homofermentativos tienen altos niveles de G-6-P 
deshidrogenasa y 6-P gluconato deshidrogenasa, sin embargo 
se mantiene un balance entre EMP y HMP.
• S. bovis tiene una lactato deshidrogenasa activada por 
fructosa difosfato
• E. faecalis produce una 6PGDH dependiente de NADP cuando 
crece en glucosa. Creciendo en gluconato produce una enzima 
para NADP y otra para NAD. La enzima ligada a NADP es 
inhibida por fructosa difosfato pero insensible a ATP. La 
enzima dependiente de NAD es insensible a fructosa difosfato 
pero es inhibida por ATP.
• Varios estreptococos lácticos y varias especies de 
Leuconostoc y Lactobacillus producen acetoína y diacetil, 
existen varias rutas para obtener estos productos.
Polisacárido
(pectina, celulosa, almidón, glucógeno)
lactato (acido lactico), acetato (acido
acético), formato, CO2, diacetil,
Monosacárido (C6)
Disacárido (C12) 
Enzimas
Enzimas
Enzimas
Sistema PEP-PTS 
Enzimas
Monosacárido (C6)
Sistema PEP-PTS
Metabolismo de Carbohidratos
En bacterias lácticas las pentosas se metabolizan
por fermentación heteroláctica
Pentosa
Pentosa
Pentosa-PO4
Xylulosa-PO4
o
Ribulosa-PO4
Fermentación 
Heteroláctica
ATP
ADP
isomerización
Homofermentadoras Obligadas
Grupo I especies de Lactobacillus y otras especies
• Hexosas son fermentadas por la vía homoláctica 
(glucolisis + LDH)
• Pueden realizar fermentacion acido mixta de 
hexosas bajo ciertas condiciones 
• No fermentan pentosas
• Tienen FDP aldolasa
• No poseen fosfocetolasa
Heterofermentadoras Obligadas
Group III especies de Lactobacillus, Leuconostoc, 
Oenococcus
• Las hexosas son fermentadas por fermentación 
heteroláctica (vía fosfocetolasa)
• Las pentosas son fermentadas por fermentación 
heteroláctica 
• Poseen fosfocetolasa
• No tienen FDP aldolasa
Heterofermentadoras Facultativas
Group II especies de Lactobacillus, Lactococcus, 
Pediococcus, Streptococcus thermophilus
• Las hexosas son fermentadas por la vía homoláctica 
(glucólisis + LDH)
• Pueden realizar fermentación acido mixta de 
hexosas bajo ciertas condiciones 
• Las pentosas son fermentadas por la vía 
heteroláctica
• Tienen FDP aldolasa y fosfocetolasa
A. Glicólisis B. Ferm. Acido mixta
C. Ferm. Heteroláctica D. Utilización de 
galactosa
Bacterias lácticas que producen acetoína y 2,3 butanodiol
Two molecules of pyruvate are converted to one molecule of acetoin by α-acetolactate 
synthase (AlsS) and α-acetolactate decarboxylase (AlsD). Acetoin can be further 
reduced to 2,3-butanediol by 2,3-butanediol dehydrogenase (Bdh1). The water-forming 
NADH oxidase (NoxE) catalyzes the oxidation of NADH to NAD+ using oxygen as an 
electron acceptor. Dashed arrows indicate multiple enzymatic steps. The crosses 
represent blockage of the pathway by deleting the corresponding genes. DHAP, 
dihydroxyacetone phosphate; G3P, glycerol-3-phosphate; GAP, glyceraldehyde-3-
phosphate
NATURE Scientific Reports volume6, 
Article number: 27667 (2016)
Super Producción de acetoína por S. cerevisiae JHY605
Lb. rhamnosus
Lactobacillus
Homolácticas y heterolácticas facultativas – no CO2 a partir de glucosa, FDP aldolasa presente
Heterolácticas Obligadas – CO2 a partir de glucosa, fosfocetolasa presente
Lb. sanfrancisco
Lb. kefir
Bacteria Lácticas 
(coco Gram +)
Lactococcus sp.
Leuconostoc sp.
Streptococcus sp.
Bifidobacterias 
Via de 
utilización de 
glucosa en 
Bifidobacterium
Produce 5 ATPs 
por cada 2 
moléculas de 
glucosa
fermentadas
Fermentación de maltosa en 
Archaea Pyrococcus furiosus
Fermentación en Enterobacterias
En ausencia de oxígeno, las bacterias entéricas experimentan 
varios cambios fisiológicos como parte de la adaptación al 
crecimiento anaerobio. Estos son:
1. Las reductasas terminales reemplazan a las oxidasas en la 
cadena transportadora de electrones.
2. El ciclo del ácido cítrico es modificado hacia una vía parcialmente 
reductiva. La α-cetoglutarato deshidrogenasa desaparece o actúa 
en bajos niveles, la succinato deshidrogenasa es reemplazada 
por la fumarato reductasa.
3. La piruvato deshidrogenasa es sustituida por la piruvato formato 
liasa
4. Realizan una fermentación ácido mixta o butanodiólica. Ambas 
producen una mezcla de ácidos , CO2, H2 y etanol.
Fermentación Acido Mixta
Ejm. Escherichia coli
Salmonella
Proteus
Shigella
Enzimas de la fermentación y sus genes
LDH = lactato deshidrogenasa ldhA
ACDH = acetaldehido deshidrogenasa adhE
ADH = alcohol deshidrogenasa adhE
FDH = formato deshidrogenasa fdhF
HYD = hidrogenasa hyd
PFL = piruvato formato liasa pfl
ACK = acetato kinasa ack
PTA = fosfotransacetilasa pta
formato hidrógeno liasa
Fermentación ácido-mixta en Escherichia coli
• En E. coli Hay 2 alternativas:
– En condiciones ácidas el principal producto de la fermentación es lactato. LDH 
es inducida cuando las condiciones son tanto anaeróbicas como acídicas. LDH 
es también activada por piruvato . 
– Cuando el medio no es acidico E. coli produce una mezcla de etanol y acetato 
junto con formato. Si E. coli crece bajo condiciones intermedias depH tanto el 
lactato como el etanol se producen.
• La conversión del formato en gas (CO2 + H2) es favorecida en 
condiciones ácidas.
• El acetil-CoA formado por PFL es convertido a una mezcla de 
etanol y acetato. La producción de etanol consume 4(H) por 
piruvato. La producción de acetato no consume H . La producción 
de etanol + acetato (50:50) dispone de 2(H) por piruvato. La 
ventaja de este sistema sobre la producción de lactato es que un 
extra ATP es producido por la acetato kinasa. 
• Las enzimas para interconvertir el acetato en acetil-CoA son 
expresadas constitutivamente. En metabolismo anaeróbico el 
acetato es excretado, en metabolismo aeróbico , el acetato ingresa 
a Krebs para ser oxidado.
Fermentación ácido mixta
Fermentación ácido mixta en E.coli
• La etanol dHasa y acetaldehido dHasa son inducidas 
anaeróbicamente en respuesta a la elevación del 
contenido de NADH +H+. 
• Bajo condiciones anaeróbicas los niveles de PFL son 
inducidos cerca de unas 5 veces. El principal cambio es 
que la proteína es activada por modificación covalente. 
Los detalles de la reacción de activación no son claros 
aún pero al parecer un radical libre es generado en el 
sitio activo de la PFL. La presencia de oxígeno elimina la 
PFL por pérdida del radical libre.
• Adicionalmente E. coli produce pequeñas cantidades de 
succinato – cerca del 5-10% del total de productos de la 
fermentación, al margen de las condiciones de pH. El 
fumarato es convertido en succinato mediante la 
fumarato reductasa inducida en anaerobiosis.
Fermentación ácido mixta (cont….)
Bacterias
fermentadoras
ácido mixtas que
poseen sintasa y 
descarboxilasa de 
acetolactato y 
butanodiol
deshidrogenasa
FERMENTACIÓN 2,3 BUTANODIÓLICA
Fermentación acetobutílica
• Este tipo de fermentación es producida por un grupo de bacterias que difieren 
en cuanto a la cantidad y naturaleza de los productos finales y las 
condiciones para que se realicen. 
• Una de esas fermentaciones produce butanol, acetona, etanol ácidos acético 
y butírico, dióxido de carbono y gases hidrogenados. Se asocia a estos 
productos al Clostridium acetobutylilcum, organismo móvil, no patógeno y 
anaerobio. Es bastante susceptible a la acción de productos antisépticos y 
germicidas. Puede utilizar las proteínas y peptonas como fuente de nitrógeno. 
La temperatura optima de cultivo oscila entre 37 y 42° C.
• El segundo tipo produce acetona y etanol, interviene el Bacillus aceto-
ethylicum, organismo anaerobio, móvil y esporógeno. El rango de pH en que 
trabaja optimamente es de 8 a 9 y la temperatura de 40 a 43° C.
• En el tercer tipo se produce butanol, isopropanol y acetona y actúa el 
Clostridium butylicum, anaerobio, esporógeno, posee flagelos; reduce los 
nitratos a nitritos, licua el almidón; la temperatura óptima para el desarrollo es 
37° C.
Dos fases definidas en la fermentación de C. acetobutylicum
Fermentación 
Butírica
Ejm. Clostridium
Fermentación propiónica
• Dos vías que oxidan 3 moles de lactato hacia 
dos moles de propionato, una mol de acetato, 
CO2 y ATP
– 1) Vía del Acrilato
Clostridium propionicum. 
– 2) Vía del Propionato-Succinato
Propionibacterium
Clostridium propionicum
VIA DEL ACRILATO
VIA DEL SUCCINATO-PROPIONATO
Fermentación propiónica: Vía del propionato-succinato
Fermentación acética
Bacterias del ácido acético
• Acetobacter xylinum tiene una gluconoquinasa que permite 
pasar el gluconato a fosfogluconato con ATP. De este modo 
puede continuar la via de las pentosas obviando la reacción 
de la glucosa-6-P-deshidrogenasa. Esta gluconoquinasa 
también se ha encontrado en Bifidobacterium.
• Acetobacter aceti y A. xylimun pueden formar acetil-P a partir 
de fosfato inorganico y fructosa-6-P. Esto por acción de una 
hexosa fosfocetolasa. Este enzima solo se ha encontrado 
además en Bifidobacterium. El acetil-P genera ATP mediante 
la acetato quinasa.
• Con el género Gluconobacter y tres especies de Acetobacter 
(A. aceti, A. pasteurianus y A. peroxydans) pueden
establecerse cuatro modelos metabólicos
Resumen del metabolismo de los glúcidos en las bacterias del
ácido acético
• Fermentación alcohólica
• Saccharomyces cerevisiae
• Zymomonas
• Rhizopus
• Fermentación láctica: Grupo heterogéneo de microorganismos aerotolerantes 
anaerobios 
• Fermentación homoláctica
• Lactobacillus casei; L. pentosus; L. delbruckii; L. acidophilus;
• L.plantarum; L.curvatus; Enterococcus faecalis; Pediococcus
• Fermentación heteroláctica
• Leuconostoc; Lactobacillus dermentum; Lactobacillus brevis;
• Lactobacillus buchneri; Lactobacillus kefir
• Lactococcus lactis ; Lactococcus cremoris y Lactococcus
• diacetylactis;
• Vía del bifidum : Bifidobacterium bifidum
• Varias especies de Leuconostoc y Lactobacillus producen
• acetoína, diacetil y 2,3-butanodiol
• Fermentación ácido mixta
• Escherichia, Enterobacter Salmonella, Klebsiella y Shigella
• (Shigella no tiene formato hidrógeno liasa)
• Fermentación butanodiólica
• Enterobacter aerógenes
• Serratia, Erwinia, Aeromonas
• Fermentación butírica
• Clostridium acetobutylicum; Clostridium butyricum; C. aceticum
• Butyrivibrio; Bacillus
• Fermentación propiónica
• Propionibacterium; Veillonella; Bacteroides
• Clostridium propionicum, Bacteroides ruminicola, Peptostreptococcus
• Fermentación de aminoácidos
• Clostridium tetanomorphum; Clostridium sporogenes
• Peptostreptococcus asaccharolyticus
• Fermentación acética
• Acetobacter aceti, Gluconobacter suboxydans, oxidan el etanol hasta 
acetato; Clostridium aceticum Convierte 1 mol de glucosa en tres 
moles de acetato