Del Dr. David Warmflash – Aggiornato il 24 marzo 2022

Quando le cellule scompongono le molecole organiche come il glucosio, hanno bisogno di un accettore di elettroni finale per rilasciare energia. In presenza di ossigeno, questo ruolo è ricoperto dalla catena di trasporto degli elettroni mitocondriale, un processo noto come respirazione cellulare. In sua assenza, le cellule si affidano a un percorso diverso chiamato fermentazione, che utilizza molecole organiche prodotte all'interno della cellula come accettori di elettroni.

1. Cos'è la fermentazione?

La fermentazione è una via metabolica anaerobica che converte il glucosio in ATP rigenerando il NAD ⁺ dal NADH. I prodotti finali variano a seconda dell'organismo:il lievito produce etanolo e anidride carbonica, mentre molte cellule animali producono acido lattico.

2. Fermentazione e respirazione cellulare

• Fabbisogno di ossigeno: La respirazione necessita di O₂; la fermentazione no.
• Rendimento energetico: Una molecola di glucosio produce circa 36-38 ATP tramite la respirazione, ma solo 2 ATP tramite fermentazione.
• Velocità: La fermentazione è rapida, consentendo la sopravvivenza durante brevi carenze di ossigeno.

Anche quando l'ossigeno è abbondante, alcuni organismi, in particolare il lievito, favoriscono la fermentazione se il glucosio è abbondante perché consente una rapida generazione di ATP e la produzione di preziosi sottoprodotti come l'etanolo.

3. Glicolisi:il precursore di entrambi i percorsi

La glicolisi è la scomposizione universale e indipendente dall’ossigeno del glucosio in due molecole di piruvato, che producono 2 ATP e 2 NADH. È il punto di ingresso comune sia per la fermentazione che per la respirazione.

4. Dalla glicolisi alla fermentazione

Dopo la glicolisi, il piruvato viene indirizzato verso destini diversi:

• Lievito (fermentazione alcolica): Il piruvato viene decarbossilato in acetaldeide, quindi ridotto in etanolo, rilasciando CO₂ .
• Cellule animali (fermentazione dell'acido lattico): Il piruvato viene ridotto a lattato dalla lattato deidrogenasi, rigenerando il NAD ⁺ .

Queste reazioni consentono alle cellule di continuare a produrre ATP tramite fosforilazione a livello del substrato quando la catena mitocondriale è inattiva.

5. Produzione di ATP attraverso la fermentazione

Solo la fase glicolitica contribuisce con ATP alla fermentazione, producendo 2 ATP per molecola di glucosio. Sebbene questa sia molto meno efficiente della respirazione, la fermentazione è essenziale per il fabbisogno energetico a breve termine durante l'ipossia, come l'intensa attività muscolare.

6. Significato biologico

La fermentazione consente la vita in nicchie anaerobiche:condotti di acque profonde, intestino e tessuti vegetali. Fornisce inoltre flessibilità metabolica, consentendo agli organismi di sopravvivere a improvvisi cali di disponibilità di ossigeno.

7. Applicazioni pratiche

Le culture umane sfruttano la fermentazione per:

• Pane lievitato (CO₂ produzione).
• Bevande alcoliche (produzione di etanolo).
• Alimenti fermentati come yogurt, kefir, kimchi e kombucha (acido lattico, acido acetico).

Questi processi non solo creano sapori desiderabili, ma migliorano anche la sicurezza e la digeribilità degli alimenti.

Conclusione chiave: La fermentazione è un processo vitale, indipendente dall'ossigeno, che fornisce una fonte di energia rapida, anche se a basso rendimento, ed è alla base di molti degli alimenti e delle bevande che più ci piacciono.