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Diferencia principal – Fermentación vs Respiración

La fermentación y la respiración son dos tipos de procesos celulares, que intervienen en la descomposición de la glucosa en la célula. Tanto la fermentación como la respiración son procesos catabólicos que generan energía en forma de ATP. La principal diferencia entre la fermentación y la respiración es que, durante la fermentación, el NADH no se utiliza en la fosforilación oxidativa para generar ATP, mientras que, durante la respiración, el NADH se utiliza en la fosforilación oxidativa para generar tres ATPs por NADH.

Este artículo analiza,

1. Qué es la fermentación
– Características, Proceso
2. Qué es la respiración
– Características, Proceso
3. Cuál es la diferencia entre fermentación y respiración

Qué es la fermentación

La fermentación es la descomposición química de sustratos orgánicos como la glucosa por parte de microorganismos como las bacterias y las levaduras, desprendiendo normalmente efervescencia y calor. Se produce en microorganismos como algunas bacterias, levaduras y gusanos parásitos. La fermentación se localiza en el citoplasma de las células de esos organismos. El rendimiento neto de la fermentación es de sólo 2 ATPs. El proceso de fermentación se produce en dos pasos: la glucólisis y la oxidación parcial del piruvato.

Hay dos tipos de fermentación conocidos como fermentación del etanol y fermentación del ácido láctico. La fermentación del etanol se produce en las levaduras en ausencia de oxígeno. Por ello, se denominan anaerobios facultativos. La fermentación del ácido láctico se produce en las bacterias. En ausencia de oxígeno, los animales también producen ácido láctico principalmente en sus músculos. El ácido láctico es tóxico para los tejidos. La glucólisis es la misma para ambas fermentaciones. Durante la glucólisis, la glucosa se descompone en dos moléculas de piruvato, generando 2 ATPs como ganancia neta. Además, se forman dos moléculas de NADH al obtener electrones del gliceraldehído-3-fosfato. Durante la fermentación del etanol, el piruvato se descarboxila en acetaldehído mediante la eliminación del dióxido de carbono. El acetaldehído se convierte en etanol utilizando los átomos de hidrógeno del NADH. La efervescencia se produce debido a la liberación de gas de dióxido de carbono en el medio por parte de las células del mismo. Durante la fermentación del ácido láctico, el piruvato se convierte en ácido láctico, que luego se oxida en lactato. La reacción química global para la fermentación del etanol y la fermentación del ácido láctico se indican a continuación.

Fermentación del etanol:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

Fermentación del ácido láctico:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

¿Qué es la respiración

La respiración es el conjunto de reacciones químicas que intervienen en la producción de energía al oxidar completamente los alimentos. Libera dióxido de carbono y agua como subproductos. La respiración es el proceso más abundante y eficiente entre los procesos de producción de energía. Ocurre en las plantas superiores y en los animales que utilizan procesos celulares complejos con altos consumos de energía. Durante la respiración se producen 36 ATPs. Todo el proceso ocurre en el citoplasma y las mitocondrias.

La respiración ocurre a través de tres pasos: la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones. La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula de la misma manera que ocurre durante la fermentación. Las dos moléculas de piruvato producidas en la glucólisis se transfieren a la matriz mitocondrial. Liberan dos moléculas de dióxido de carbono, una de cada una, y se convierten en acetil-CoA durante la descarboxilación oxidativa. Este acetil-CoA entra en el ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo de Krebs. Durante el ciclo del ácido cítrico, una sola molécula de glucosa se oxida completamente en seis moléculas de dióxido de carbono, generando 2 GTP, 6 NADH y 2 FADH2. Estos NADH y FADH2 se combinan con el oxígeno, generando ATP durante la fosforilación oxidativa, que tiene lugar en la membrana mitocondrial interna. Durante la fosforilación oxidativa, los electrones del NADH y el FADH2 se transfieren a través de una serie de portadores de electrones llamada cadena de transporte de electrones. El rendimiento neto de ATPs es de treinta y seis en la respiración. La reacción química global se muestra a continuación.

Respiración:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP

Diferencia entre fermentación y respiración

Definición

Fermentación: La fermentación es la descomposición química de un sustrato orgánico, como la glucosa, por parte de microorganismos como las bacterias y las levaduras, desprendiendo normalmente efervescencia y calor.

Respiración: La respiración es el conjunto de reacciones químicas que intervienen en la producción de energía mediante la oxidación completa de los alimentos. Libera dióxido de carbono y agua como subproductos.

Oxígeno

Fermentación: El oxígeno no es necesario para la fermentación.

Respiración: El oxígeno es necesario para la respiración.

Agua

Fermentación: No se produce agua durante la fermentación.

Respiración: El agua se produce como subproducto durante la respiración.

Ocurrencia

Fermentación: La fermentación se produce en el citoplasma.

Respiración: La respiración se produce en el citoplasma y las mitocondrias.

Rendimiento neto de ATP

Fermentación: La fermentación genera sólo dos ATPs por la descomposición de una sola molécula de glucosa.

Respiración: La respiración genera 36 ATPs al descomponer una sola molécula de glucosa.

Oxidación del sustrato

Fermentación: El sustrato, la glucosa no se descompone completamente durante la fermentación.

Respiración: El sustrato, la glucosa se descompone completamente durante la respiración.

Tipos

Fermentación: La fermentación del etanol y la fermentación del ácido láctico son los dos tipos de fermentaciones que se encuentran en los organismos.

Respiración: La respiración aeróbica y anaeróbica son dos tipos de respiración que se encuentran en los organismos.

Aceptor final de electrones

Fermentación: El aceptor final de electrones en la fermentación es una molécula orgánica, generalmente acetaldehído en la fermentación del etanol y piruvato en la fermentación del ácido láctico.

Respiración: El aceptor final de electrones es principalmente el oxígeno.

Productos finales

Fermentación: La fermentación del etanol genera etanol y dióxido de carbono. La fermentación del ácido láctico genera ácido láctico como producto final.

Respiración: La respiración genera productos finales inorgánicos, dióxido de carbono y agua.

Regeneración de NAD+

Fermentación: No se produce ATP durante la regeneración de NAD+ en la fermentación.

Respiración: Se generan tres ATP durante la regeneración de NAD+ en la respiración.

Fosforilación oxidativa

Fermentación: Durante la fermentación no se produce fosforilación oxidativa.

Respiración: En la respiración se generan ATPs a partir de NADH y FADH2 mediante la fosforilación oxidativa.

Tipo de organismo

Fermentación: La fermentación suele darse en microorganismos como la levadura.

Respiración: La respiración se encuentra en organismos superiores.

Contribución

La fermentación: La fermentación tiene una menor contribución en la producción de energía para los procesos celulares en la tierra.

Respiración: La respiración tiene la mayor contribución en la producción de energía para los procesos celulares en la tierra.

Conclusión

La fermentación y la respiración son dos procesos implicados en el catabolismo de los sustratos orgánicos que se utilizan como alimento durante la producción de energía requerida por los procesos celulares. Durante la fermentación y la respiración, la energía potencial almacenada en las moléculas orgánicas se convierte en energía química cinética en forma de ATP. Ambos procesos comienzan con la glucólisis, que da lugar a dos moléculas de piruvato. La glucólisis se produce en el citoplasma de todas las células del planeta. El oxígeno no interviene en la glucólisis. Pero en presencia de oxígeno, el piruvato del citoplasma entra en la matriz mitocondrial para someterse al ciclo del ácido cítrico, que oxida completamente el piruvato. Esta oxidación completa sólo se produce en la respiración. El ciclo del ácido cítrico también produce NADH y FADH2. Se reducen por fosforilación oxidativa en la membrana interna de la mitocondria. En cambio, la fermentación se produce en ausencia de oxígeno, oxidando de forma incompleta el piruvato en etanol o en lactato. Durante la fermentación del etanol, el piruvato se convierte en acetaldehído, que a su vez se convierte en etanol. El NADH producido en la glucólisis de la fermentación, dona sus electrones al acetaldehído mientras se regenera. Por lo tanto, la principal diferencia entre la fermentación y la respiración es la capacidad de producir ATP durante el proceso de regeneración del NAD+.

Referencia:
1. Cooper, Geoffrey M. «Energía metabólica». La célula: un enfoque molecular. 2nd edition. U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. 1970. Web. 07 abr. 2017.
2. Jurtshuk, Peter y Jr. «Bacterial Metabolism». Microbiología médica. 4ª edición. Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos, 01 ene. 1996. Web. 07 abr. 2017.

Imagen de cortesía:
1. «Heterofermentative Milchsäuregärung» Por Yikrazuul – Obra propia (CC BY-SA 3.0) vía Commons Wikimedia
2. «Por Darekk2 – Obra propia (CC BY-SA 3.0) vía Commons Wikimedia

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