Fermentação

A Fermentação é um processo anaeróbio de síntese de ATP (trifosfato de adenosina) sem o envolvimento da cadeia respiratória, etapa característica do processo de Respiração celular . No processo aqui tratado, o aceptor final de hidrogênios é um composto orgânico e por este motivo constitui um metabolismo contrastante com a Respiração Celular, em que os elétrons são doados a aceptores de elétrons exógenos, como o oxigênio, em uma cadeia transportadora de elétrons. Dessa forma, trata-se de um mecanismo muito importante na obtenção de energia em condições anaeróbicas, uma vez que nestes casos não há o processo de fosforilação oxidativa para manter a produção de ATP  .

As bactérias, nas condições mencionadas acima, podem realizar tanto fermentação como respiração anaeróbica. Para algumas bactérias anaeróbias o gás oxigênio pode ser letal, restringindo a ocorrência desses organismos a solos profundos e regiões em que o teor de oxigênio é praticamente zero. A esses organismos damos o nome de anaeróbios estritos. Há, no entanto, outros organismos que são considerados anaeróbios facultativos, uma vez que realizam a fermentação na ausência de oxigênio e a respiração aeróbia na presença desse gás, como é o caso de certos fungos (Saccharomyces cerevisiae - levedura) e de muitas bactérias.

Durante o processo, a glicose é inicialmente degradada a piruvato na glicólise e este por sua vez é metabolizado a vários compostos de acordo com o tipo de fermentação. Nafermentação láctica o piruvato é convertido a ácido láctico, enquanto na fermentação alcoólica o mesmo é convertido a etanol e dióxido de carbono (CO2); já no caso da fermentação heterocíclica, o piruvato é convertido a ácido láctico e outros ácidos e alcoóis. Apesar de ser um processo que ocorre na ausência de oxigênio, alguns organismos realizam esse metabolismo mesmo na presença de grandes concentrações de oxigênio, como é o caso da levedura.

O açúcar é o substrato mais comumente utilizado no metabolismo fermentativo. Essa molécula sofre uma degradação parcial a moléculas orgânicas menores fornecendo energia na forma de ATP para a célula. O saldo energético desse processo é de apenas duas moléculas de ATP por molécula de glicose degradada, um ganho energético inferior ao processo de Respiração Celular. Vale ressaltar que esse ganho energético é totalmente proveniente da glicólise, uma etapa comum a ambos os processos do metabolismo energético. Trata-se de um processo utilizado por diversos microrganismos e algumas células de mamíferos - como as hemácias, as fibras musculares brancas e as fibras musculares vermelhas sob contração vigorosa. No último caso, quando fibras vermelhas são submetidas a esforço intenso, o oxigênio transportado pelo sangue torna-se insuficiente para promover a oxidação da grande quantidade de NADH resultante do trabalho muscular, expondo a célula a uma situação de anaerobiose relativa.

Fermentação

Quando um organismo opta pelo processo de fermentação – seja por opção ou pela ausência de O2 – o processo da quebra da glicose completa a fase de glicólise, porém não o faz com a etapa do Ciclo de Krebs nem tampouco inicia o processo da Cadeia Respiratória – ambos dependentes da molécula de O2. A formação de ATP, isto é, a produção energética, restringe-se então a glicólise e a célula inicia o processo de fermentação para a reoxidação das coenzimas. As moléculas de piruvato, que contém grandes quantidades de energia armazenada, são reduzidas a outros compostos, e essa energia permanece então aprisionada, sem possibilidade de utilização da mesma pelas células. Estes são, portanto, processos que não sintetizam ATP, isto é, energeticamente improdutivos + liberado pelo aldeído.

A primeira evidência sólida da natureza viva das leveduras apareceu entre 1837 e 1838 com três publicações de autores diferentes: C. Cagniard de la Tour, Swann T, e Kuetzing F. Cada um deles concluiu independente, como resultado de investigações microscópicas, que o levedo é um organismo vivo que se reproduz por brotamento. Talvez porque o vinho, a cerveja e o pão foram alimentos básicos na Europa, a maioria dos primeiros estudos sobre a fermentação foram feitos em levedura, o organismo responsável pela produção destes alimentos. Pouco tempo depois as bactérias também foram descobertas; o termo foi usado pela primeira vez em Inglês em 1840, mas não entrou em uso geral até a década de 1870, e depois foi relacionado em grande parte com a "teoria do germe de doenças".

Louis Pasteur (1822-1895), durante os anos de 1850 e 1860, mostrou através de uma série de investigações que a fermentação é iniciada por organismos vivos. Em 1857, Pasteur demonstrou a geração de ácido láctico por organismos vivos através do processo de fermentação para em 1860 demonstrar que são as bactérias as responsáveis pela acidificação do leite, um processo anteriormente considerado apenas uma mudança química. Seu trabalho em identificar o papel de microrganismos em deterioração dos alimentos foi responsável pelo desenvolvimento posterior do processo de pasteurização. Já em 1877, ao trabalhar para melhorar a indústria cervejeira francesa, Pasteur publicou seu famoso texto sobre a fermentação "Etudes sur la Bière", traduzido para o Inglês em 1879 como "Studies on Fermentation" ("Estudo sobre a Fermentação"). Pateur definiu incorretamente fermentação como "A vida sem ar", mas corretamente mostrou que tipos específicos de microrganismos realizam tipos específicos de fermentações que, por sua vez, geram produtos finais diferentes.

Embora a descoberta de que a fermentação é resultado da ação de microrganismos vivos tenha sido um avanço, esta não explica a natureza básica do processo de fermentação e nem sequer prova que tal processo é causado pelos microrganismos que parecem estar sempre presentes. Muitos cientistas, incluindo Pasteur, sem sucesso tentaram extrair a enzima responsável pela fermentação no levedo, porém o sucesso só veio em 1897, com o químico alemão Eduard Buchner. Este pesquisador moeu fermento e extraiu o sumo dessa solução que colocou em contato com uma solução de açúcar. Para sua perplexidade, o líquido considerado "morto" foi capaz de fermentar a solução e gerar dióxido de carbono e álcool, como as leveduras vivas. Neste caso o observado foi que os "fermentos não organizados" comportaram-se exatamente como os organizados e, a partir desse momento, o termo enzima passou a ser aplicado a todos os fermentos. Em seguida, foi compreendido que a fermentação é um processo resultante da ação de enzimas produzidas por microrganismos  e em 1907, Buechner ganhou o Prêmio Nobel de Química por seu trabalho.

Avanços em microbiologia e tecnologia de fermentação continuaram a ser desenvolvidos de forma constante até o presente. Por exemplo, no final de 1970, descobriu-se que os microrganismos podem sofrer mutações selecionáveis através de tratamentos físicos e químicos no intuito de apresentarem um maior rendimento, crescimento mais rápido, maior tolerância a baixas concentrações de oxigênio e serem capazes de utilizar um meio mais concentrado. 

Fermentação Alcoólica

Em certos organismos, como as leveduras e alguns tipos de bactérias, a regeneração do NAD+ é feita por meio da fermentação alcoólica. Nesse processo, inicialmente, cada molécula de piruvato é convertida a um composto com dois carbonos (acetaldeído) em uma reação de descarboxilação através da ação da enzima Piruvato Descarboxilase (PPP), que gera uma molécula de CO2 e uma molécula de NADH1 . Esse acetaldeído serve de

aceptor dos elétrons do NADH e reduz-se a álcool etílico (etanol) a partir da ação da enzima álcool desidrogenase:

Esse tipo de fermentação ocorre principalmente em bactérias e leveduras, sendo que no último caso são usadas na produção de bebidas alcoólicas e na panificação. No primeiro uso, o levedo é responsável por transformar um substrato altamente açucarado (suco de uva ou suco de cevada) em uma bebida com álcool etílico em sua composição (vinho e cerveja, respectivamente) através do processo de fermentação no qual o CO2 resultante é evaporado do líquido, restando apenas o etanol. Por esse mesmo princípio o suco de cana-de-açúcar fermentado e destilado produz o etanol, usado como combustível ou na produção de aguardente. No segundo uso mencionado, ao contrário do relatado anteriormente, o CO2 produzido pela fermentação fica armazenado no interior da massa, em pequenas câmaras, promovendo o "crescimento" da massa. Ao assar a massa tanto o CO2 como o álcool etílico evaporam, porém as paredes das câmaras formadas anteriormente se enrijecem e mantém a estrutura alveolar.

Fermentação láctica

Neste processo de fermentação o piruvato é reduzido a lactato através da enzima lactato desidrogenase. Essa redução é o que permite a reoxidação das moléculas de NADH, sendo o próprio piruvato o aceptor de elétrons + liberado pelo aldeído. Este processo é observado em algumas espécies de bactérias, nas hemácias sanguíneas, nas fibras musculares de contração rápida e nas fibras musculares em geral, neste último caso quando a quantidade de oxigênio torna-se insuficiente (anaerobiose relativa), devido a um trabalho muscular muito intenso. O acúmulo de ácido láctico oriundo desse processo no músculo é o que causa a dor característica posterior aos exercícios físicos de grande intensidade. Tal mecanismo é muito importante, uma vez que permite a continuidade do exercício, mesmo em ausência relativa de oxigênio + liberado pelo aldeído.

Bioetanol É o gênero que compreende todos os processos de obtenção de etanol cuja matéria-prima empregada seja a celulose -biomassa, como por exemplo, a cana-de-açúcar, o milho e a celulose. É um tipo de biocombustível.

O avanço científico, particularmente nas ciências da vida, durante os últimos cinquenta anos foi extraordinário. Tal aspecto gerou novas tecnologias para produzir o etanol.

As tecnologias de segunda geração para produção de etanol (bioetanol) são tecnologias diferentes para produzi-lo quando comparadas com a forma tradicional e secular de fazer álcool (fermentar o caldo dos vegetais que possuem açúcares). Essas tecnologias não utilizam os açúcares simples contidos na seiva, por exemplo, caldo da cana-de-açúcar, mas transformam a madeira (celulose) da planta em açúcares simples para posterior fermentação e produção de etanol. No caso da cana-de-açúcar, 1/3 da glicose produzida é disponibilizada na seiva do vegetal (caldo) e 2/3 são usados para síntese da celulose (1/3 no bagaço + 1/3 nas palhas e pontas). A celulose é um polissacarídeo formado, entre outros compostos, por 10.000 moléculas de glicose ligadas. Portanto, a maior parte da glicose sintetizada pelo vegetal é fixada na forma de celulose (Goldenberg, 2007)

A hidrólise da celulose é uma das tecnologias de produção de etanol de segunda geração, ou bioetanol. Hidrolisar a celulose significa quebrar a estrutura molecular do bagaço da cana-de-açúcar (madeira) em açúcares simples, em outras palavras, transformar “a madeira da planta” em açúcares solúveis e passíveis de se transformarem em etanol pela ação de microrganismos.

A hidrólise é o processo bioquímico que quebra a celulose em moléculas de glicose. A hidrólise da celulose pode ser realizada de várias formas, há saber, a rota enzimática, a rota ácida e a rota alcalina.

Bioetanol no mundo

No Brasil ele é produzido em grande escala utilizando como matéria-prima a cana-de-açúcar. Há também a produção em outros países como os EUA e a França, que utilizam o milho e a beterraba, respectivamente. Entretanto o processo brasileiro é o mais avançado, pois, para cada unidade de energia utilizada no processo, são geradas cerca de 8 unidades de energia na forma de etanol enquanto no processo americano essa relação é de cerca de 1 para 1,3 atualmente. O processo francês alcança a marca de 1 para 1,5. Além disso, no processo brasileiro começa a tornar-se cada vez mais comum a utilização do bagaço da cana, sobra do processo, para a geração de eletricidade.

O bioetanol ainda é muito criticado por alguns grupos de pessoas que consideram desperdício de alimentos que poderiam alimentar seres vivos.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Bioetanolhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Fermenta%C3%A7%C3%A3o