Um dos principais problemas dos seres vivos é a obtenção de energia para as
suas actividades. De acordo com a teoria
heterotrófica, os primeiros seres vivos seriam procariontes heterotróficos
vivendo num meio aquático, donde retirariam nutrientes, formados na atmosfera e
acumulados nos lagos e oceanos primitivos.
Devido á sua grande simplicidade, estes seres utilizariam processos igualmente
rudimentares de retirar energia dessas moléculas de que se alimentavam. Esse
mecanismo seria, quase com certeza, semelhante à fermentação
realizada ainda por muitos organismos actuais.
Há mais de 2 mil milhões de anos, deverão ter surgido os primeiros organismos
autotróficos, procariontes ainda mas capazes de produzir o seu próprio
alimento através da fotossíntese.
Este processo revolucionário, além de permitir a sobrevivência dos
autotróficos, também serviu os heterotróficos, que passaram a alimentar-se
deles.
A fotossíntese levou á acumulação de oxigénio na atmosfera terrestre,
permitindo a algumas estirpes de procariontes tirar partido do poder oxidante
dessa molécula para retirar muito mais energia dos nutrientes, através da respiração.
Os organismos retiram energia das mais diversas moléculas orgânicas
(açucares, aminoácidos, ácidos gordos, etc.) mas a glicose é a mais
frequente, tanto na fermentação como na
respiração.
A fermentação é um conjunto de reacções químicas controladas
enzimaticamente,
em que uma
molécula orgânica
(geralmente a glicose)
é
degradada em compostos mais simples, libertando energia. Este processo tem
grande importância económica, sendo utilizado no fabrico de bebidas
alcoólicas e pão, entre outros alimentos.
Estudos realizados por Pasteur permitiram verificar que a fermentação
alcoólica estava sempre associada ao crescimento de leveduras, mas que se estas
fossem expostas a quantidades importantes de oxigénio produziriam (em vez de
álcool e dióxido de carbono) água e dióxido de carbono. Destas
observações, Pasteur concluiu que a fermentação é o mecanismo
utilizado pelos seres vivos para produzir energia na ausência de oxigénio.
Já em 1897, o químico alemão Buchner demonstrou que a fermentação era
apenas uma sequência de reacções químicas, podendo ocorrer fora de células
vivas. Foi este estudo que revelou as enzimas
(enzima = na levedura) e permitiu a compreensão do metabolismo celular em toda
a sua globalidade.
Em 1930 os bioquímicos alemães Embden e Meyerhof descobriram a totalidade das
etapas deste processo, pelo que essa sequência também é conhecida por cadeia
de Embden-Meyerhof.
Dependendo do tipo de microrganismo presente, a fermentação pode ser:
-
fermentação
alcoólica -
produz como produtos finais etanol e dióxido de carbono, produtos
utilizados pelo Homem na produção de vinho, cerveja e outras bebidas
alcoólicas e do pão;
-
fermentação
acética -
produz como produto final o ácido acético, que causa o azedar do vinho
ou dos sumos de fruta e sua consequente transformação em vinagre;
-
fermentação
láctica -
produz como produto final o ácido láctico, geralmente a partir da
lactose do leite. O baixar do pH causado pela acumulação do ácido
láctico causa a coagulação das proteínas do leite e a formação do
coalho usado no fabrico de iogurtes e queijos.
Pode-se considerar as reacções da fermentação
divididas em duas partes principais: a glicólise e a redução do ácido
pirúvico.
A
glicólise
é o conjunto de reacções iniciais da degradação da glicose, semelhantes em
todos os tipos de fermentação e na respiração aeróbia. Tem início com a
activação
da glicose, que
recebe dois grupos fosfato, fornecidos pelo ATP, que se transforma em ADP.
Por
este processo de fosforilação a glicose transforma-se em frutose
1,6-difosfato
(molécula com 6 carbonos e dois fosfatos) que será quebrada em duas moléculas
de gliceraldeído
3-fosfato (molécula
com 3 carbonos e um fosfato), pois é altamente instável.
A energia desta
quebra permite a ligação de um outro grupo fosfato inorgânico a cada uma
destas moléculas, que se tornam gliceraldeído
1,3-difosfato. Estes grupos fosfato,
energéticos, são então transferidos para moléculas de ADP, transformando-as
em ATP. O gliceraldeído transforma-se, por sua vez, em ácido
pirúvico.
Sabe-se que a glicólise ocorre em praticamente todos os seres vivos, mesmo que
complementada com outras reacções, o que parece confirmar que deverá ter sido
o primeiro fenómeno eficiente de produção de energia em
células.
A segunda parte da fermentação consiste na
redução do ácido pirúvico resultante da glicólise. Cada molécula de ácido pirúvico é reduzida pelo hidrogénio que é libertado
pelo NADH2 produzido na glicólise, originando, conforme o tipo de
organismo fermentativo, ácido láctico, ácido acético ou álcool etílico e
dióxido de carbono.
Assim, o
rendimento
energético líquido
deste processo fermentativo é de apenas 2 moléculas de ATP por cada molécula de glicose
degradada (recordemos que para activar a glicose foram investidos 2
ATP e que no final se
produzem 4 ATP). Este
processo é, portanto, muito pouco eficiente, pois apenas 4% da energia contida
na molécula de glicose é disponibilizada para o organismo.
A fermentação não utiliza oxigénio e decorre no citoplasma das células,
sendo cada etapa catalisada com a ajuda de uma enzima diferente.
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