Fundamentos Bioquímicos de la Glucólisis, Toxicidad del Etanol y Cultivo de Levaduras

1. Metabolismo Celular y Fermentación

1.a) El Proceso de la Glucólisis

La glucólisis es la fase inicial del metabolismo de los azúcares. Comprende el conjunto de reacciones que permiten a las células vivas transformar los azúcares (principalmente glucosa y fructosa) en ácido pirúvico.

Estas reacciones se producen tanto en condiciones de anaerobiosis (ausencia de oxígeno) como de aerobiosis (presencia de oxígeno).

Definición y Rendimiento

La glucólisis es el conjunto de reacciones que degradan la glucosa y la fructosa, transformándolas en dos moléculas de ácido pirúvico. Es un proceso que se realiza en el citoplasma de la célula y es esencialmente anaerobio (no requiere oxígeno).

Por cada molécula de hexosa (glucosa) metabolizada, se obtiene:

• Ganancia neta de 2 moléculas de ATP.
• 2 moléculas de ácido pirúvico.
• 2 moléculas de NADH₂.

1.b) Efecto Tóxico del Etanol en las Levaduras

El etanol es perjudicial para las levaduras porque, en un medio alcoholizado, la membrana plasmática sufre una modificación significativa en la composición y propiedades de sus fosfolípidos.

El etanol y otros alcoholes superiores aumentan la permeabilidad de la membrana. Esto provoca que los iones de hidrógeno (H⁺) que se encuentran en el exterior tiendan a entrar en la célula. Para evitar su muerte, la levadura debe expulsar activamente estos H⁺, un proceso que requiere un elevado gasto de energía metabólica.

1.c) Producción de Alcoholes Superiores

La mayor parte de los alcoholes superiores proceden del metabolismo de los aminoácidos.

Las condiciones de fermentación que afectan al contenido final de alcoholes superiores incluyen:

• El tipo de levadura utilizada.
• Valores de pH elevados.
• Temperatura de fermentación elevada.
• Pobreza del mosto en nitrógeno amoniacal.

1.d) Requerimiento de Oxígeno en Levaduras (Efecto Pasteur)

Las levaduras son anaerobias facultativas. Necesitan oxígeno principalmente para la multiplicación celular y para la síntesis de componentes esenciales como ácidos grasos y esteroles (lípidos de membrana).

Sin embargo, una vez iniciada la fermentación, el oxígeno debe ser limitado, ya que su presencia excesiva desencadenaría el Efecto Pasteur, desviando el proceso alcohólico hacia la metabolización de los azúcares por vía respiratoria.

El Efecto Pasteur

El Efecto Pasteur describe la inhibición de la fermentación cuando hay aireación (presencia de oxígeno). Cuando la concentración de glucosa es reducida, la levadura puede utilizar los azúcares indistintamente por respiración o por fermentación. Si hay aireación, se induce la respiración celular, lo que resulta en una inhibición de la fermentación alcohólica.

2. Multiplicación y Cultivo de Poblaciones Microbianas

Requisitos para el Crecimiento Microbiano

Para multiplicar una población microbiana, se requiere un medio de cultivo, que es una disolución que proporciona todos los nutrientes esenciales. Los nutrientes necesarios incluyen:

• Fuente de energía.
• Fuente de carbono.
• Fuente de nitrógeno.
• Sales.
• Oligoelementos.
• Vitaminas.
• Agua.

Fases del Crecimiento Microbiano

El crecimiento de una población microbiana en un medio cerrado sigue cuatro fases características:

1. Fase de Latencia.
2. Fase de Crecimiento Exponencial (o logarítmica).
3. Fase Estacionaria.
4. Fase de Muerte.

Clasificación de los Medios de Cultivo

Según el Estado Físico

• Medios Líquidos: Los nutrientes se disuelven en agua.
• Medios Sólidos: Se añade un agente solidificante, generalmente Agar.
• Medios Semisólidos: Contienen una pequeña cantidad de Agar.

Según su Composición y Función

• Medios Sintéticos (o definidos): Los nutrientes están químicamente diferenciados y se conocen sus concentraciones exactas.
• Medios Complejos: Se conoce la composición general, pero no la proporción química exacta de todos sus componentes.
• Medios Semisintéticos: Se añade una sustancia compleja (a menudo rica en vitaminas) a una base definida para soportar el crecimiento de organismos más exigentes.
• Medios Selectivos: Contienen componentes que favorecen el desarrollo de un determinado microorganismo e inhiben el crecimiento de otros.
• Medios Diferenciales: Contienen componentes que permiten distinguir visualmente (por color o aspecto) un tipo de microorganismo de otro.