Efecto Pasteur

El efecto Pasteur describe cómo el oxígeno disponible inhibe la fermentación del etanol , lo que lleva a la levadura a cambiar hacia la respiración aeróbica para una mayor generación del transportador de energía adenosín trifosfato (ATP) . ^{[ 1 ]} De manera más general, en la literatura médica, el efecto Pasteur se refiere a cómo la presencia de oxígeno causa una disminución en la tasa celular de glucólisis y la supresión de la acumulación de lactato . El efecto ocurre en tejidos animales, así como en microorganismos pertenecientes al reino de los hongos . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

En 1857, el microbiólogo Louis Pasteur demostró que la aireación del caldo de levadura provoca un aumento del crecimiento celular mientras que la tasa de fermentación disminuye, debido a una menor producción de etanol. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La levadura, al ser un organismo anaerobio facultativo , puede producir ATP tanto mediante la fermentación de etanol como mediante la respiración aeróbica. Cuando la concentración de oxígeno es baja, las dos moléculas de piruvato formadas por la glucólisis se fermentan en etanol y dióxido de carbono . Si bien la glucólisis produce solo 2 ATP por molécula de glucosa, este método se utiliza en condiciones anaeróbicas porque oxida el transportador de electrones NADH a NAD ⁺ para un nuevo ciclo de glucólisis y fermentación de etanol.

Si la concentración de oxígeno aumenta, el piruvato se convierte en acetil-CoA , que se utiliza en el ciclo del ácido cítrico y sufre fosforilación oxidativa . Por cada molécula de glucosa, se producen 10 NADH y 2 FADH₂ _en la respiración celular para un bombeo significativo de protones que genera un gradiente de protones utilizado por la ATP sintasa . Si bien la producción exacta de ATP varía según factores como el gradiente electroquímico general, la respiración aeróbica produce mucho más ATP que el proceso anaeróbico de fermentación de etanol. El aumento de ATP y citrato proveniente de la respiración aeróbica inhibe alostéricamente la enzima glucolítica fosfofructocinasa 1 porque se necesita menos piruvato para producir la misma cantidad de ATP.

A pesar de este incentivo energético, Rosario Lagunas ha demostrado que la levadura continúa fermentando parcialmente la glucosa disponible en etanol por varias razones. ^{[ 1 ]} Primero, el metabolismo de la glucosa es más rápido a través de la fermentación de etanol porque involucra menos enzimas y limita todas las reacciones al citoplasma . Segundo, el etanol tiene actividad bactericida al causar daño a la membrana celular y desnaturalizar proteínas, lo que permite a los hongos de levadura competir con las bacterias ambientales por los recursos. ^{[ 6 ]} Además, la fermentación parcial puede ser un mecanismo de defensa contra los competidores ambientales que agotan todo el oxígeno más rápido de lo que los sistemas reguladores de la levadura podrían cambiar completamente de la respiración aeróbica a la fermentación de etanol.

Los procesos de fermentación utilizados en la producción de alcohol suelen mantenerse en condiciones de bajo oxígeno, bajo una atmósfera de dióxido de carbono, mientras que el cultivo de levadura para biomasa implica la aireación del caldo para maximizar la producción de energía. A pesar de los efectos bactericidas del etanol, los efectos acidificantes de la fermentación y las condiciones de bajo oxígeno de la producción industrial de alcohol, las bacterias que experimentan fermentación láctica aún pueden contaminar los sistemas de fermentación, ya que el ácido láctico tiene un pKa bajo de 3,86, lo que evita la disociación del gradiente de pH de la membrana que sustenta el transporte regulado. ^{[ 7 ]}

• fermentación de etanol
• Fermentación (bioquímica)
• Organismo anaeróbico facultativo
• Regulación alostérica