Procesos de Fermentación y Ciclos Biogeoquímicos del Carbono y Nitrógeno

Fermentación: Procesos y Características Energéticas

La fermentación se define como un proceso productor de energía de carácter anaerobio, en el cual un compuesto orgánico es oxidado parcialmente a productos que actúan como aceptores finales de electrones.

Aspectos Fundamentales de la Fermentación

• Oxidación parcial: Se produce la oxidación parcial del compuesto orgánico de partida. El grado de oxidación del donador electrónico y del producto o productos finales es el mismo.
• Producción de ATP: Se realiza mediante la fosforilación a nivel de sustrato.
• Rendimiento de ATP: Es significativamente menor que en el proceso de respiración.

Tipos de Microorganismos Fermentadores

• Anaerobios facultativos: Por ejemplo, las enterobacterias.
• Anaerobios aerotolerantes: Como las bacterias lácticas.
• Anaerobios estrictos: Por ejemplo, el género Clostridium.

Etapas del Proceso Fermentativo

1. Los sustratos fermentables son oxidados por deshidrogenasas (NAD⁺ → NADH) y convertidos en intermediarios de alta energía fosforilados.
2. Los intermediarios de alta energía transfieren grupos fosfato al ADP para formar ATP mediante la fosforilación a nivel de sustrato.
3. Los productos de oxidación son finalmente reducidos por el NADH.

Características Principales

• Bajo rendimiento energético en comparación con la respiración.
• Existen numerosos sustratos fermentables, siendo los azúcares (como la glucosa) los más ampliamente utilizados.
• El producto oxidado suele ser el ácido pirúvico, que actúa como aceptor interno de electrones.
• Parte de los intermediarios son utilizados en el anabolismo celular.
• La mayoría de los intermediarios son convertidos en productos de fermentación y secretados al medio extracelular, lo cual posee un alto interés industrial.

Papel de los Quimioorganótrofos Heterótrofos en los Ciclos Biogeoquímicos

Ciclo del Carbono

Estos organismos llevan a cabo la oxidación de la materia orgánica hasta convertirla en CO₂, el cual es liberado en el ciclo de Krebs. Este proceso ocurre mediante la respiración si se encuentran en condiciones de aerobiosis, o a través de la fermentación si el entorno es de anaerobiosis.

Ciclo del Nitrógeno

A partir del nitrógeno atmosférico (N₂), diversas bacterias son capaces de fijarlo al hidrógeno para formar amoníaco (NH₃). Entre ellas destacan:

• Azotobacter: Aerobia y de vida libre.
• Clostridium: Anaerobia y de vida libre.
• Rhizobium: En simbiosis.

Al oxidarse, el amoníaco forma nitrato (NO₃^-), el cual puede reducirse para dar nitrito (NO₂^-) y, tras otra reducción, volver a formar nitrógeno gaseoso (N₂), el cual puede volver a ser fijado. Existen bacterias, como las del género Bacillus, que realizan la desnitrificación directa pasando de NO₃^- a N₂. El NH₃ es fundamental en el proceso de asimilación, transformándose en grupos amino (NH₂) al integrarse en la estructura de las proteínas.