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7.2.2.3.2. Fermentacion lactica

Fermentación láctica

En la fermentación láctica, se forma ácido láctico a partir del ácido pirúvico procedente de la glucólisis. Así se regenera el NAD+, necesario para proseguir la glucólisis.

En la glucólisis, la glucosa se oxida a dos moléculas de ácido pirúvico, generándose NADH. Después, el ácido pirúvico acepta los electrones del NADH, reduciéndose a ácido láctico. El rendimiento energético es de 2 moléculas de ATP, obtenidas por fosforilación a nivel de sustrato.

Entre las bacterias que realizan fermentación láctica, cabe destacar los lactobacilos (Lactobacillus) y los Streptococcus, que se localizan en la leche y en el intestino. El queso, yogur, kéfir, son algunos de los productos que se obtienen por este tipo de fermentación.

Esta fermentación también se puede usar para la conservación de ciertos productos vegetales o cárnicos como algunos embutidos.

En células musculares, durante ejercicios intensos en los que no hay suficiente oxígeno para oxidar la glucosa por vía aerobia, el ácido pirúvico se reduce a ácido láctico. Después el ácido láctico se transforma nuevamente en glucosa (gluconeogénesis).

La fermentación láctica se realiza en bacterias y en células eucariotas, como las células musculares y los eritrocitos (carecen de mitocondrias).

En la fermentación láctica, las células degradan anaeróbicamente a la glucosa, obteniendo dos moléculas de ácido láctico y sólo 2 ATP. Ésta es muy poca energía si se compara con la que se hubiera obtenido con la respiración aerobia, donde se produce la oxidación total de los seis carbonos de la glucosa a 6 CO2.

By Alejandro Porto (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Gerty Cori y el efecto Matilda

Gerty Cori, junto con su marido Carl, recibió el Premio Nobel de Medicina en 1947. A pesar de tener la misma cualificación que su marido, tuvo muchos más problemas para encontrar trabajos en investigación y mal pagados. Carl insistía en trabajar en colaboración con Gerty, aunque las instituciones le ponían muchas dificultades.

Juntos consiguieron el Premio Nobel por descubir cómo el glucógeno se transforma en ácido láctico en el tejido muscular y luego es convertido en el hígado en glucosa por gluconeogénesis, (ciclo de Cori).

Se conoce como efecto Matilda el prejuicio en contra de reconocer los logros de las mujeres científicas, cuyo trabajo a menudo se atribuye a sus colegas masculinos.

Cuestión de reflexión

Aragón, Septiembre de 2018, Opción B, cuestión 2

Si se quiere hacer yogur casero, debemos mezclar un poco de yogur con leche y mantener la mezcla a 35 ó 40ºC durante 8 horas para que se realice la fermentación bacteriana de la leche. (2 puntos)

a) ¿Qué ocurriría si la mezcla de yogur y leche se mantuviera en el frigorífico a 4ºC durante 8 horas? (0,5 puntos)

b) ¿Qué pasaría si la leche utilizada estuviera esterilizada? (0,5 puntos)

c) ¿Qué pasaría si se esterilizara el yogur antes de añadirlo a la leche? (0,75 puntos)

d) ¿Qué tipo de bacterias se utilizan en esta fermentación? (0,25 puntos)

Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Aragón, Julio de 2023, pregunta 4

En un cultivo de células musculares se miden periódicamente una serie de parámetros. Una avería ha hecho que se interrumpa el aporte de oxígeno y el resultado es el que muestra la gráfica (2 puntos):

a) ¿Qué rutas utilizarán las células principalmente para degradar la glucosa hasta obtener energía durante los cuatro primeros minutos? ¿Y a partir de ese momento? Indique dónde se llevan a cabo cada una de las rutas citadas en ambos casos. (0,9 puntos)

b) ¿Cómo evolucionan los niveles de CO2 a lo largo del tiempo? Razone este comportamiento. (0,8 puntos)

c) ¿En qué periodo de tiempo la célula producirá más energía? Razone la respuesta. (0,3 puntos

Aragón, Junio de 2019, opción B, cuestión 4.

Responda las siguientes cuestiones: (2 puntos)

a) Indique una aplicación industrial en la que intervengan especies del género Lactobacillus, mencionando el tipo de reacción que llevarían a cabo en dicha aplicación. (0,5 puntos)

b) Esta misma reacción puede ser llevada a cabo por los músculos ¿En qué situación y en qué compartimento de la célula? (0,5 puntos)

c) En el caso de la fabricación del vino, en primer lugar, se exprimen las uvas para obtener el mosto, el cual se procesa durante unos meses durante los cuales se producen una serie de reacciones anaerobias. ¿Por qué con el transcurso del tiempo el mosto deja de ser dulce? (0,5 puntos)

d) ¿Por qué es peligroso entrar en una bodega en la que se está procesando el mosto? (0,5 puntos)

Aragón, Septiembre de 2018, Opción B, cuestión 2

Si se quiere hacer yogur casero, debemos mezclar un poco de yogur con leche y mantener la mezcla a 35 ó 40ºC durante 8 horas para que se realice la fermentación bacteriana de la leche. (2 puntos)

a) ¿Qué ocurriría si la mezcla de yogur y leche se mantuviera en el frigorífico a 4ºC durante 8 horas? (0,5 puntos)

b) ¿Qué pasaría si la leche utilizada estuviera esterilizada? (0,5 puntos)

c) ¿Qué pasaría si se esterilizara el yogur antes de añadirlo a la leche? (0,75 puntos)

d) ¿Qué tipo de bacterias se utilizan en esta fermentación? (0,25 puntos)

Comunidad Valenciana, Junio de 2017, opción B, bloque 4, cuestión 3.

Para preparar yogur casero se mezcla una cierta cantidad de leche con un poco de yogur y se mantiene a 35-40ºC durante 48 horas. Contesta a las siguientes preguntas justificando la respuesta (3 puntos).

a) ¿Qué pasaría si por error se mantuviera la mezcla durante 8 horas a 1ºC?

b) ¿Obtendríamos yogur si se emplea leche previamente esterilizada?

c) ¿Y si lo que se esteriliza es el yogur antes de añadirlo a la leche?

Murcia, Julio de 2020, pregunta 4.6

En relación con los microorganismos en la industria alimentaria:

a) Indique un microorganismo empleado en la elaboración del pan y describa brevemente las características del proceso en el que participa. (0,5 puntos)
b) ¿Qué microorganismos se utilizan en la fabricación de derivados lácteos (queso, yogurt)? Describe brevemente el proceso en el que participan. (0,5 puntos)

País Vasco, Julio de 2020, opción 4B

Aplicaciones de los microorganismo en biotecnología a escala industrial:

a) (0,5 puntos) ¿Qué microorganismo se utilizan para producir yogur, pan y cerveza?

b) (0,5 puntos) ¿Qué tipo de organismos son en cada caso, procarióticos o eucarióticos?

c) (1 punto) ¿Qué tipo de metabolismo (aeróbio o anaeróbio) realizan estos organismos para obtener estos productos? Razona la respuesta.

d) (0,5 puntos) Indica qué beneficio energético sacan los organismos que realizan estas transformaciones, indicando qué sustrato utilizan y qué producto químico aparece al final.

Extremadura, Junio de 2021, pregunta 3

3.- En relación con la fermentación:

A. Concepto de fermentación alcohólica y fermentación láctica. Ecuación global de cada proceso. (1 punto)
B. Cite un proceso industrial en el que se requiera la fermentación láctica y el tipo de microorganismo que lo realiza y otro proceso industrial en el que se requiera la fermentación alcohólica y el tipo de microorganismos que lo realiza. (1 punto)

Murcia, Junio de 2021, pregunta 2.4

2.4. Tras la glucólisis el piruvato obtenido puede tener dos destinos distintos:

1. Piruvato + NADH + H+ → lactato + NAD+
2. Piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + CO2 + NADH

a) Explique en qué condiciones se produce cada uno de ellos. (0,75 puntos)
b) Indique si el lactato y el acetil-CoA obtenidos podrían continuar oxidándose. En caso afirmativo, indique en qué ruta metabólica debería entrar cada uno de ellos y si ambos procesos proporcionarían finalmente la misma energía. (0,75 puntos)

Murcia, Julio de 2021, pregunta 4.6

Tanto el pan como el yogurt se obtienen por un proceso de fermentación, llevado a cabo por diferentes levaduras y bacterias.

a) ¿Por qué el yogurt tiene un marcado sabor ácido y no ocurre lo mismo con el pan? Razónelo ayudándose de las reacciones que se llevan a cabo en cada caso. (0,5 puntos)
b) Para hacer yogurt casero, basta con repartir leche en varios vasitos y añadir un poco de yogurt comercial a cada uno. Después se dejan durante toda la noche a unos 35-40ºC. ¿Qué ocurriría si antes de hacer la mezcla esterilizamos el yogurt comercial? ¿Y si esterilizamos la leche? Razone las respuestas. (0,5 puntos)

Navarra, Junio de 2022, pregunta 18

En la fabricación del pan,

a) ¿qué tipo de microrganismo se utiliza?

b) Explica el proceso metabólico que interviene en la producción de este alimento.

Navarra, Julio de 2022, pregunta 17

El yogurt se obtiene por un proceso de fermentación.

a) ¿Qué tipo de microorganismos interviene?

b) Explica cuáles son los sustratos y los productos de la reacción responsable de la formación de este alimento.

c) La fabricación de yogurt se realiza alrededor de los 40ºC. Explica qué efecto tiene la temperatura en el proceso.

Murcia, Junio de 2023, pregunta 4.5.

En relación con los microorganismos y la industria alimentaria:

A) ¿Qué microorganismos se utilizan para la fabricación de yogur? No es necesario el nombre científico (0,2 puntos).
B) Explique el proceso que tiene lugar, indicando el nombre de la vía metabólica que llevan a cabo estos microorganismos, la biomolécula que transforman, la procedencia de dicha biomolécula y el producto que se obtiene y su papel en la formación del yogur (0,8 puntos).

Actividad basada en Cataluña, Septiembre de 2000, incidencias, pregunta 4a

Las células del músculo esquelético humano pueden obtener energía de forma aeróbica y de forma anaeróbica. Esto se pone de manifiesto cuando una persona se somete a una prueba de esfuerzo en la que se aumenta de forma progresiva la intensidad del trabajo físico que realiza.
La tabla siguiente muestra los resultados correspondientes al consumo de oxígeno y a la presencia de lactato en sangre a lo largo de una prueba esfuerzo

 Intensidad del trabajo
   Consumo de oxígeno
(litros/minuto)
    Lactato en la sangre
(mg/litro)
A. Reposo
0,3
1,0
B. Marcha (caminar lentamente)
0,5
1,0
C. Marcha (caminar deprisa)
0,7
1,0
D. Carrera (ritmo suave)
0,9
1,5
E. Carrera (ritmo medio)
1,1
2,5
F. Carrera (ritmo intenso)
1,3
3,5
G. Carrera (ritmo muy intenso)
1,3 
4,5
H. Carrera (máximo esfuerzo)
1,3 
9,0

1ª) Traspase los datos de la tabla al siguiente gráfico.

1b) En una carrera a ritmo suave aproximadamente el 85 % de la energía necesaria se obtiene por degradación aeróbica de las biomoléculas energéticas. En una carrera con máximo esfuerzo, el 95 % de la energía proviene del metabolismo anaeróbico. Explique cómo se consigue incrementar la intensidad del esfuerzo, sin aumentar el consumo de oxígeno, al pasar de la situación F a la G, y de la situación G a la H.

    2) Observe la tabla siguiente. Muestra un esquema general de las vías metabólicas de una célula animal.

    Identifique las vías metabólicas del esquema señaladas con un número, y razone si cada una de ellas funciona en condiciones aeróbicas o anaeróbicas.

    aeróbicas / anaeróbicas

    1.-___________________________

    2.-___________________________

    3.-___________________________

    4.-___________________________

    5.-___________________________

    Ideas fundamentales sobre la fermentación láctica

    Fermentación láctica

    • En la glucólisis, la glucosa se oxida a dos moléculas de ácido pirúvico, generándose NADH. Después, el ácido pirúvico acepta los electrones del NADH, reduciéndose a ácido láctico y se regenera el NAD+, necesario para proseguir la glucólisis.
    • Rendimiento energético: 2 moléculas de ATP.
    • Bacterias que realizan fermentación láctica: lactobacilos (Lactobacillus) y los Streptococcus, que se localizan en la leche y en el intestino.
    • Se utiliza para la producción de queso, yogur, kéfir, ...
    • También se realiza en algunas células eucariotas, como las musculares y los eritrocitos.

    Cataluña, Junio de 2010, opción A, ejercicio 4

    El beriberi es una enfermedad causada por un déficit de vitamina B1 (tiamina). Es endémica en algunos países asiáticos y es propia de las poblaciones que se alimentan casi exclusivamente de arroz blanco, que apenas contiene vitaminas del complejo B. La tiamina es indispensable para la síntesis de pirofosfato de tiamina (TPP). Este compuesto es una coenzima que participa, junto con la enzima piruvato deshidrogenasa y otras coenzimas, en la transformación del piruvato en acetil-CoA.
    1. Las personas que padecen beriberi presentan niveles altos de piruvato en la sangre, especialmente después de una ingesta rica en glucosa. ¿Qué relación hay entre este hecho y el déficit de vitamina B1[1 punto]
    2. Uno de los síntomas de las formas leves de beriberi es la astenia, esto es, una sensación patológica de debilidad o cansancio, generalizada en todo el cuerpo, parecida a la que se experimenta después de realizar ejercicio físico intenso. Utilice sus conocimientos sobre el metabolismo energético para relacionar el déficit de vitamina B1 con la astenia asociada a las formas leves de beriberi. [1 punto]

    Cataluña, Septiembre de 2010, pregunta 3A

    En 1947, Carl y Gerty Cori recibieron el Premio Nobel de Medicina por el descubrimiento del «ciclo de Cori», que relaciona el metabolismo del músculo con el del hígado. El lactato, producido en el músculo durante el ejercicio físico, viaja por la sangre hasta el hígado, que lo usa para volver a fabricar glucosa. El ciclo de Cori se representa en el siguiente esquema:

    1. Interprete el esquema y escribí, en la tabla siguiente, el nombre de la biomolécula polímero A y de las vías metabólicas B y C. Indicar también a cuál compartimento celular tienen lugar estas vías metabólicas. [1 punto]

     

    Nombre

    Localización celular

    Polímero A

    ///////////////////////////////////////////////

    Vía metabólica B

    Vía metabólica C

    1. Cuando hacemos un ejercicio aeróbico, las células musculares no convierten el piruvato en lactato, sino que lo oxidan totalmente hasta dióxido de carbono y agua. Cumplimente la tabla siguiente indicando qué vías metabólicas consecutivas permiten hacer esta oxidación total del piruvato y a qué orgánulo celular tienen lugar (concrete la parte del orgánulo). [1 punto]

    Vías metabólicas que oxidan totalmente el piruvato

    Localización

    1. Las células del hígado y las células musculares también pueden obtener energía oxidante ácidos grasos. Cumplimente la tabla siguiente indicando qué vías metabólicas consecutivas permiten oxidar ácidos grasos y a qué orgánulo celular tienen lugar (concreta la parte del orgánulo). [1 punto]

    Vías metabólicas que oxidan los ácidos grasos

    Localización

    Cataluña, Septiembrede 2012, pregunta 3B

    En un trabajo de investigación, una alumna quiere estudiar la velocidad a la que las células de tejido muscular de rana metabolizan la glucosa. Para ello, pone una cantidad suficiente de tejido muscular en un tubo de ensayo en presencia de un medio adecuado rico en glucosa, y el tapa con un tapón hermético. Cada diez minutos mide la cantidad de glucosa que hay en medio de incubación y la cantidad de CO2 que existe en la atmósfera del tubo. Después de treinta minutos, elimina el oxígeno de la atmósfera del tubo y sigue midiendo la cantidad de glucosa que queda en el medio y la cantidad de CO2 de la atmósfera del tubo. Hace estas mediciones cada diez minutos durante media hora.

    Con los resultados del experimento, obtiene las siguientes gráficas:

    1) ¿Qué le ocurre a la concentración de CO2 cuando la alumna elimina el oxígeno de la atmósfera del tubo de ensayo? ¿Por qué ocurre esto? Justifique la respuesta utilizando correctamente los nombres de las vías metabólicas implicadas. [1 punto]

    2) ¿Qué le ocurre a la concentración de glucosa cuando la alumna elimina el oxígeno de la atmósfera del tubo de ensayo? Por qué ¿pasa esto? Considere que los requerimientos energéticos del tejido muscular de rana utilizado no cambian durante todo el tiempo que dura el experimento. Justifique la respuesta utilizando correctamente los nombres de las vías metabólicas implicadas. [1 punto]

    3) Cuando analiza en la bibliografía las vías metabólicas que pueden estar relacionadas con este experimento, ve que dos de las moléculas que se generan durante el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa son el NADH y el ATP. Complete la siguiente tabla: [1 punto]

     

    Orgánulo celular y lugar concreto en el que se sintetiza

    Función en el metabolismo

    NADH

    ATP

    Cataluña, Septiembre de 2019, ejercicio 4, apartado 1

    El atún rojo (Thunnus thynnus) es un pez muy apreciado desde el punto de vista gastronómico. Hace unos años, una empresa catalana instaló una jaula de engorde de estos peces cerca del delta del Ebro, a pocos kilómetros mar adentro.

    1. Antes de capturar los atunes para destinarlos al consumo, un submarinista los aturde con un disparo de aire comprimido. Así se evita que intenten escapar y hagan un esfuerzo muy intenso en un período muy corto de tiempo que generaría ácido láctico, una sustancia que hace perder calidad a la carne de atún. [1 punto]

    a) ¿Qué vía metabólica es responsable de la producción de ácido láctico? ¿Por qué los músculos de los atunes lo generan en una situación de estrés? (0,5 puntos)

    b) Los atunes rojos son unos nadadores excelentes, capaces de recorrer más de doscientos kilómetros en un día. Para hacer estos largos desplazamientos, las fibras musculares de estos peces utilizan otras vías metabólicas que dan como productos finales dióxido de carbono y agua. ¿De qué vías metabólicas se trata? ¿Por qué utilizan estas vías en lugar de usar la vía que genera ácido láctico? Justifique la respuesta en términos de rendimiento energético. (0,5 puntos)

    Repasando la fermentación láctica

    Pregunta

    ¿Cuál es el producto principal de la fermentación láctica?

    Respuestas

    Ácido pirúvico.

    Ácido acético.

    Ácido láctico.

    Ácido cítrico.

    Retroalimentación

    Pregunta

    ¿De dónde proviene el ácido pirúvico utilizado en la fermentación láctica?

    Respuestas

    Glucólisis.

    Gluconeogénesis.

    Ciclo de Krebs.

    Respiración aerobia.

    Retroalimentación

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