Fermentação alcoólica e láctica

Você já se perguntou como leite e cevada se transformam em iogurte e cerveja? Os dois produtos passam por processos similares de fermentação. Entenda tudinho sobre os processos de fermentação alcoólica e láctica com a nossa aula!

A fermentação é um processo de obtenção de energia realizado por algumas células. Nele, os seres vivos quebram de maneira incompleta a glicose sem a ajuda de oxigênio. Como a quebra é parcial, a rentabilidade tanto na fermentação alcoólica quanto na láctica é baixa, e os subprodutos da fermentação ainda são bastante energéticos.

Apesar da baixa quantidade de energia produzida, esses processos são essenciais para a adaptação de determinados seres vivos a certos ambientes. Para os seres humanos, essa quebra parcial é bastante interessante, já que gera substâncias que gostamos de consumir, como o álcool. Para saber mais sobre fermentação alcoólica e láctica, acompanhe esta aula de Biologia para o Enem.

Quebra da Glicose e obtenção de energia

Para obter energia, os seres vivos quebram moléculas de substâncias energéticas, como os carboidratos. A energia liberada pela quebra dessas moléculas é transferida para as “moedas” energéticas das células: os ATPs.

A maneira mais rentável de obter energia a partir da quebra da glicose é através da respiração celular. Neste processo, a glicose é quebrada com a ajuda do oxigênio e produz entre 36 e 38 ATPs. Porém, não é em todos os ambientes que há oxigênio disponível para isso acontecer.

Para sobreviverem em ambientes sem oxigênio, alguns seres vivos realizam processos metabólicos de quebra da glicose sem o uso desse gás. Os seres vivos que realizam esses processos são chamados de anaeróbios. Podemos classificar os seres vivos anaeróbios em dois grupos: os facultativos e os obrigatórios.

Anaeróbios obrigatórios: os seres aeróbios obrigatórios, também chamados de estritos, são aqueles que não toleram oxigênio. Nestes casos, o oxigênio é tóxico para os seres vivos. Um exemplo clássico de ser anaeróbio estrito é a bactéria causadora do tétano, a Clostridium tetani.

Anaeróbios facultativos: os seres anaeróbios facultativos são aqueles que podem ou não usar oxigênio em seus processos de obtenção de energia. Neste caso, quando há oxigênio, eles realizam respiração celular, que é bem mais rentável. Já quando não há disponibilidade do gás, eles fazem fermentação. Um exemplo de ser anaeróbio facultativo é o fungo que utilizamos como fermento de pão, o levedo Saccharomyces cerevisiae.

Fermentação

Na respiração celular, durante as etapas que vão ocorrendo para quebrar a glicose, acontece também a desidrogenação da molécula. Os hidrogênios retirados da molécula serão recebidos no fim da reação pelo gás oxigênio. Isso formará moléculas de água.

Mas, como você já sabe, na fermentação não há oxigênio para ser aceptor de elétrons e receber os hidrogênios. Sendo assim, o depósito de hidrogênios retirados da molécula de glicose é ela própria, ocorrendo um rearranjo dos átomos que formam diferentes substâncias.

Na fermentação, a quebra da glicose é incompleta. Neste processo, em geral, são produzidos apenas dois ATPs. Sendo assim, os subprodutos da fermentação ainda armazenam bastante energia. Os tipos de fermentação são classificados justamente pelo tipo de produto resultante desse processo.

Fermentação alcoólica e láctica

Nesta aula, estudaremos dois tipos de fermentação: a fermentação láctica e a fermentação alcoólica.

Fermentação láctica

A fermentação láctica ocorre em duas etapas: a glicólise e a fermentação.

Glicólise: Como o nome já diz, nesta etapa a glicólise é quebrada (glico: glicose, lise: quebra). Em um primeiro momento, a glicose vai ser fosforilada e quebrada, gerando duas moléculas de triose fosfato. Para que isso ocorra, a célula que está fazendo a fermentação gasta 2 ATPs. Pode parecer estranho que em um processo para obter energia a célula acabe gastando energia. Mas não se preocupe, isso é apenas um “investimento” que a célula realiza.

Após esse estágio, as moléculas de triose fosfato são convertidas em moléculas de piruvato, também chamadas de ácido pirúvico. Nesse processo, ocorre a formação de 4 ATPs. Sendo assim, como a célula gastou 2 ATPs para iniciar a glicólise, o saldo de energia desse processo é de 2 ATPs.

Fermentação: Para que ocorra a glicólise, são formadas duas moléculas de NADH2. Como não há oxigênio para receber o hidrogênio presente no NADH2, o hidrogênio será recolocado nas moléculas de piruvato. Assim, as moléculas de NADH2 podem voltar a ser NAD+ para entrarem em um novo processo de glicólise.

Dessa maneira, ao transferir o hidrogênio para as moléculas de piruvato, a reação irá formar ácido láctico. Para entender melhor, veja a imagem abaixo com o resumo dessa reação:

Fermentação alcoólica e láctica
Figura 1: Resumo da reação de fermentação alcoólica. No topo da imagem vemos um retângulo azul, onde há a palavra glicose e a fórmula dessa substância (C6H12O6). Abaixo desse retângulo, vemos uma seta curva que insere na reação 2 moléculas de NAD que se convertem em NADH2 ao desidrogenarem a molécula de glicose. Há também uma outra seta curva, mostrando que são investidas duas moléculas de ATP na reação. Em seguida, vemos que essa reação gera duas moléculas de ácido pirúvico (destacadas por retângulos verdes), com 3 átomos de carbono cada. Setas embaixo de cada uma dessas moléculas de piruvato indicam que os hidrogênios retirados da glicose durante a glicólise estão sendo devolvidos às moléculas de piruvato. Assim, são formadas duas moléculas de ácido láctico.

 

A fermentação láctica é realizada por microrganismos e também por alguns tecidos de pluricelulares.

Os lactobacilos são exemplos de microrganismos que realizam a fermentação láctica. Neste caso, eles quebram a lactose presente no leite em monossacarídeos através da ação de enzimas, como a lactase. Depois, iniciam o processo de fermentação. Industrialmente, aproveitamos esse processo para a produção de iogurtes, por exemplo. O sabor azedinho que você sente ao comer iogurtes vem justamente do ácido láctico produzido durante a fermentação.

Fermentação alcoólica e láctica
Figura 2: Colônias de lactobacilos (kefir) utilizados na produção de iogurtes caseiros. Vemos na imagem uma tigela de vidro com colônias dentro do leite e, em primeiro plano, uma colher de pau com algumas colônias.

 

Um exemplo de fermentação láctica que ocorre nos pluricelulares é o processo realizado por células musculares. Quando essas células estão realizando atividades intensas, como em um exercício extenuante, elas podem não receber oxigênio em quantidade suficiente.

Sendo assim, elas podem fazer fermentação láctica como processo emergencial, mantendo a célula funcionando mesmo com baixa oxigenação. O excesso de ácido láctico acumulado pode gerar dor e fadiga muscular. Posteriormente, o ácido láctico pode ser carregado pela corrente sanguínea até o fígado, onde ele será convertido em piruvato novamente. Em seguida, ele poderá ser convertido em glicose em um processo chamado de glicogênese.

Fermentação alcoólica

Assim como a fermentação láctica, a fermentação alcoólica ocorrerá em duas etapas: a glicólise e a fermentação. A diferença é que a segunda etapa irá formar moléculas de álcool e não de ácido láctico.

Neste tipo de fermentação, as duas moléculas de piruvato são descarboxiladas, liberando CO2. Isto produzirá um composto formado por dois carbonos chamado de acetaldeído. Neste caso, o acetaldeído é quem será o aceptor de elétrons das moléculas de NADH2 liberadas durante a glicólise. A partir da ação da enzima álcool desidrogenase, o acetialdeído será reduzido, formando álcool etílico. Veja o resumo da reação na imagem a seguir:

Fermentação alcoólica e láctica
Figura 3: Esquema resumindo a fermentação alcoólica. No topo da imagem vemos um retângulo azul, onde há a palavra glicose e a fórmula dessa substância (C6H12O6). Abaixo desse retângulo, vemos uma seta curva que insere na reação 2 moléculas de NAD que se convertem em NADH2 ao desidrogenarem a molécula de glicose. Há também uma outra seta curva, mostrando que são investidas duas moléculas de ATP na reação. Em seguida, vemos que essa reação gera duas moléculas de ácido pirúvico (destacadas por retângulos verdes), com 3 átomos de carbono cada. Em seguida, vemos duas setas curvas que demonstram a descarboxilação das moléculas de piruvato formando etanol.

 

Assim como na fermentação láctica, os produtos da fermentação alcoólica são aproveitados industrialmente. O fungo Saccharomyces cerevisiae é um microrganismo que realiza este tipo de fermentação e é largamente utilizado na indústria. O álcool produzido por este microrganismo é utilizado na produção de bebidas alcoólicas, como o vinho e a cerveja.

Fermentação alcoólica e láctica
Figura 4: Fotografia produzida com microscópio eletrônico de varredura. Podemos observar células de Saccharomyces cerevisiae.

 

Além da produção de álcool, o levedo também é utilizado como fermento de pão. Isso porque o gás carbônico liberado pela descarboxilação das moléculas de piruvato cria bolhas no interior das massas de pães fazendo com que elas “cresçam”.

Respiração anaeróbia

É muito comum que a fermentação seja confundida com o processo de respiração anaeróbia. Porém, são processos bastante diferentes. Enquanto na fermentação temos apenas duas fases (glicólise e fermentação), na respiração anaeróbia temos glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória (semelhante ao que ocorre na respiração celular aeróbia).

A diferença é que neste tipo de processo o aceptor final de elétrons não é o oxigênio, mas compostos inorgânicos retirados do ambiente, como nitratos e sulfatos.

A respiração anaeróbia é realizada por algumas bactérias que vivem em solos muito pobres em oxigênio. Apesar de quebrar a glicose mais do que na fermentação, ela ainda é menos rentável que a respiração celular aeróbia.

Agora que você já revisou tudo sobre a fermentação alcoólica e láctica, o que acha de assistir a esta aula do professor Gustavo?

Para finalizar sua revisão e testar seus conhecimentos, resolva os exercícios que selecionamos para você:

Questão 01 – (UEPG PR/2019)

A fermentação pode ser definida, de forma geral, como um processo de degradação de moléculas orgânicas, que ocorre na ausência de oxigênio e induz a liberação de energia. Considerando o esquema representativo abaixo, assinale o que for correto.

Figura 5: Esquema representativo do processo de fermentação. Adaptado de: Amabis, JM; Martho, GR. Biologia das Células. 2ª ed. Volume 1. Editora Moderna, São Paulo. 2004.

 

  1. Na fermentação láctica (III), o ácido pirúvico (A) originado da glicólise (I) é transformado em ácido láctico (C). Esse processo é realizado por certas bactérias que fermentam o leite, os lactobacilos.
  2. Durante um exercício muito intenso, o gás oxigênio que chega aos músculos pode não ser suficiente para suprir as necessidades respiratórias das células musculares, as quais só mantêm a produção de ATP em (I) se ocorrer o processo representado em (III).
  3. Em II (processo de fermentação alcoólica), o ácido pirúvico (A) transforma-se em álcool etílico (B) e gás carbônico. Este processo pode ser realizado pela levedura Saccharomyces cerevisiae para a fabricação de pães.
  4. O lactato (A) é produzido a partir de glicose, resultante do processo de fermentação láctica (I), e leva à liberação de 2 moléculas de ATP e 2 de NADH.

 

Questão 02 – (PUCCamp/SP/2019)

Para a obtenção de energia para o metabolismo celular, todos os organismos apresentam:

a) o ciclo de Krebs.

b) a via glicolítica.

c) a cadeia respiratória.

d) a fosforilação oxidativa.

e) a fermentação alcoólica.

 

Questão 03 – (FM Petrópolis RJ/2018)

Há milênios, a humanidade usa na fabricação do vinho uma espécie de levedura que consiste em um micro-organismo anaeróbio facultativo. O ácido tartárico é o principal ácido presente nas uvas que, durante a fermentação alcoólica, entra em contato com íons potássio armazenados na casca e polpa da fruta, formando os sais de tartarato ácido de potássio. Esses sais se precipitam e formam uma curiosa configuração cristalina que lembra um leito de minúsculas rosas vermelhas se observado na microscopia.

Figura 6: Micro-organismo utilizado na fermentação do vinho. Disponível em: http://revistapesquisa.fapesp.br/2016/01/12/quimica-em-fl or/. Acesso em: 07 jul. 2017.

 

A fermentação alcoólica é um metabolismo anaeróbio.

a) Nomeie o aceptor final de elétrons da fermentação alcoólica.

b) Cite o local da célula onde este processo ocorre.

c) Identifique o tipo de metabolismo energético que é usado pelas leveduras na presença do oxigênio.

d) Explique porque esse tipo de metabolismo energético que ocorre na presença de oxigênio é mais vantajoso do que a fermentação.

 

Questão 04 – (FUVEST SP/2018)

A levedura Saccharomyces cerevisiae pode obter energia na ausência de oxigênio, de acordo com a equação

C6H12O6  2 CO2 + 2 CH3CH2OH + 2 ATP.

Produtos desse processo são utilizados na indústria de alimentos e bebidas. Esse processo ocorre _____________ da levedura e seus produtos são utilizados na produção de _____________.

As lacunas dessa frase devem ser preenchidas por:

a) nas mitocôndrias; cerveja e vinagre.

b) nas mitocôndrias; cerveja e pão.

c) no citosol; cerveja e pão.

d) no citosol; iogurte e vinagre.

e) no citosol e nas mitocôndrias; cerveja e iogurte.

 

Questão 05 – (UNCISAL AL/2018)

A cana-de-açúcar é matéria-prima para a obtenção da sacarose, também conhecida como açúcar comum. Além do açúcar, com o caldo de cana, pode-se obter o etanol, cuja produção por meio da fermentação alcoólica tenta atender à demanda por energia alternativa no setor de transporte do Brasil. Considerando o processo de fermentação alcoólica, as substâncias nele envolvidas e a importância de combustíveis no cotidiano, assinale a alternativa correta.

a) A sacarose é classificada como um polissacarídeo, pois é um carboidrato formado por cinco unidades de monossacarídeos.

b) A frutose e a glicose são hidrocarbonetos de alto ponto de fusão e que, em contato com fermento biológico, produzem álcool.

c) A cana-de-açúcar apresenta grande teor de sacarose que, ao ser hidrolisada, produz glicose e frutose, que são isômeros de função.

d) O etanol obtido pela fermentação alcoólica da sacarose tem um poder calorífico maior que o da gasolina e do diesel, o que gera maior energia e faz com que ele tenha um maior rendimento em termos de quilometragem.

e) Na síntese do etanol, feita pela fermentação alcoólica, a sacarose presente no caldo da cana é convertida em glicose e frutose (pela enzima invertase) que, posteriormente, são transformadas em etanol e dióxido de carbono.

 

GABARITO:

1) Gab: 07

2) Gab: B

3) Gab:

a) O aceptor final de elétrons da fermentação alcoólica é o acetaldeído.

b) O local da célula onde esse processo ocorre é o citosol.

c) O tipo de metabolismo energético que é usado pelas leveduras na presença do oxigênio é a respiração celular aeróbica.

d) A respiração celular aeróbica é mais vantajosa porque, enquanto a fermentação tem um saldo energético de apenas 2 ATPs, já que a glicose não é totalmente degradada, a respiração celular aeróbica tem um saldo energético de 32 a 38 ATPs, uma vez que a glicose é totalmente degradada em três etapas metabólicas: glicólise, Ciclo de Krebs e cadeia respiratória.

4) Gab: C

5) Gab: E

Sobre o(a) autor(a):

Juliana é bióloga formada pela Universidade Federal de Santa Catarina e cursa o Mestrado em Educação na mesma instituição. Ministra aulas de Ciências e Biologia em escolas da Grande Florianópolis desde 2007 e é coordenadora pedagógica do Blog do Enem.