Universidad autónoma de Chiriquí Facultad de ciencias naturales y exactas Departamento de química Curso de bioquímica (380 L) Vivian Martínez 4-812-1691, José Chávez 4-764-1437 Demostración del Efecto Pasteur Efecto del pH y del aire sobre la concentración de piruvato producido por la levadura Resumen: Este presenta trabajo se centra en investigar el influyente efecto Pasteur en el consumo de glucosa por levadura en variadas condiciones experimentales. El estudio tiene objetivos comparar la velocidad de consumo de glucosa a lo largo del proceso de fermentación, verificar el efecto Pasteur en situaciones aerobias y anaerobias como también explorar cómo estas condiciones afectan la producción de piruvato durante la fermentación. Los resultados de los experimentos respaldaron de manera concluyente la teoría del efecto Pasteur. En condiciones aerobias, donde existe oxígeno, la levadura prefirió la respiración aeróbica, lo que resultó en una alta velocidad inicial de consumo de glucosa, aunque esta disminuyó con el tiempo debido a la disminución de la disponibilidad de glucosa en el medio. En condiciones anaerobias, la levadura optó por la fermentación, una ruta menos eficiente en términos de producción de energía, lo que llevó a una disminución significativa en la velocidad de consumo de glucosa. En conclusión, los resultados obtenidos en este estudio subrayan la relevancia del efecto Pasteur en la regulación del metabolismo de la levadura en respuesta a la disponibilidad de oxígeno I. Objetivos ★ Comparar la velocidad de consumo de glucosa a lo largo del proceso de fermentación. ★ Comprobar el efecto Pasteur mediante consumo de glucosa en condiciones aerobias y anaerobias. II. Marco teórico El efecto Pasteur, también conocido como el efecto de Pasteurización, se refiere al mecanismo de control metabólico descubierto por Louis Pasteur en el que la presencia de oxígeno inhibe la fermentación alcohólica de la levadura ( Samuel,P, 2018). En otras palabras, cuando la levadura se encuentra en un ambiente anaeróbico (sin oxígeno), produce alcohol como producto final de la fermentación. Sin embargo, cuando se expone a oxígeno, la levadura cambia su metabolismo y produce dióxido de carbono y agua en lugar de alcohol. El pH y la presencia de aire tienen un efecto significativo en la concentración de piruvato producido por la levadura durante la fermentación. El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una solución y puede influir en las reacciones químicas que ocurren en la levadura ( Miguel ,A, 2019). En general, la levadura fermenta de manera más eficiente a un pH ligeramente ácido, alrededor de 46.La presencia de aire, o más específicamente, la presencia de oxígeno, también puede afectar la producción de piruvato. Como se mencionó anteriormente, la levadura cambia su metabolismo cuando se expone a oxígeno, lo que resulta en la producción de dióxido de carbono y agua en lugar de alcohol. Por lo tanto, la presencia de aire puede disminuir la concentración de piruvato producido por la levadura durante la fermentación ( Carrasco ,R, 2020). La paradoja del efecto Pasteur consiste en que se produce más biomasa con menor consumo de sustrato. La producción total de ATP por mol de sustrato respirado es mucho mayor que la que pueda obtenerse por fermentación de igual cantidad del mismo compuesto. Además, en el efecto Pasteur interviene un mecanismo de regulación metabólica que determina que la cantidad máxima de glucosa que puede ser absorbida disminuya en condiciones aerobias (Voet, 2009). III. Materiales y reactivos Levadura, soluciones al 10 % de glucosa, aceite mineral, baño termostático, probetas de 25 y 10 mL, tubos de ensayo, plancha, vasos químicos de 100 mL, papel Parafilm, gradilla, tubos de centrífuga, espectrofotómetro, Benedict, y kit para la determinación de glucosa. IV. A. B. C. ● V. Fase experimental I. Efecto Pasteur Preparación de la levadura ➢ Pesamos 30 gramos de levadura seca. Agregamos a un vaso grande con 100 mL de agua, agitamos suavemente durante 5 minutos. Fermentación ➢ Colocamos en 8 tubos de ensayo 3.0 mL de levadura y 2.0 mL de glucosa. Accionamos el cronómetro. 4 tapados \ 4 destapados. ➢ A 10, 20, 40 y 60 minutos centrifugamos. ➢ Se diluyó 1 mL del decantado más 4 ml de agua Cuantitativa Procedimos a leer las absorbancias de los tubos en un espectrofotómetro a 510 nm, ajustando a 0 con el tubo blanco y determinamos la concentración empleando la ecuación dada. Resultados y discusión Ilustración 1. T (min)vs [](mg/L) Ilustración 2. T (min)vs [](mg/L) Comparar la velocidad de consumo de glucosa a lo largo del proceso de fermentación. En condiciones aeróbicas, cuando hay oxígeno presente, los microorganismos tienen acceso a una ruta metabólica más eficiente, la respiración aeróbica. Este proceso descompone completamente la glucosa y genera una cantidad significativa de energía en forma de ATP. Como resultado, la velocidad de consumo de glucosa suele ser más alta en condiciones aeróbicas debido a la mayor eficiencia de este proceso. El efecto Pasteur que se observó en la experiencia hace que la levadura consume mucho mas glucosa en ausencia de oxígeno y que esta deje de crecer al ser aireada. ; este fenómeno ocurre porque la fermentación no puede competir con la respiración , en términos de producciones ATP , lo que conduce a un baja velocidad de fermentación en condiciones aerobias. (GALLARADO, 2014). En condiciones anaeróbicas, caracterizadas por la ausencia de oxígeno, los microorganismos típicamente se ven obligados a emplear vías metabólicas alternativas, como la fermentación o la respiración anaeróbica, para descomponer la glucosa. Estas rutas, si bien funcionales, exhiben una eficiencia energética inferior en comparación con la respiración aeróbica y, en consecuencia, no logran la completa degradación de la glucosa. Como resultado, se observa una notable disminución en la tasa de consumo de glucosa en condiciones anaeróbicas. Efecto Pasteur influye en la velocidad y el consumo de azúcar en medios anaeróbicos al desencadenar la preferencia por rutas metabólicas menos eficientes cuando no hay oxígeno disponible. En contraste, en medios aeróbicos, el efecto Pasteur es menos pronunciado, ya que los microorganismos utilizan la ruta metabólica más eficiente, lo que resulta en una mayor velocidad de consumo de azúcar debido a la presencia de oxígeno. (ESPINEL, 2013) Comprobar el efecto Pasteur mediante consumo de glucosa en condiciones aerobias y anaerobias. El efecto Pasteur se manifiesta en la preferencia de los microorganismos por diferentes rutas metabólicas según la disponibilidad de oxígeno. Veamos cómo se refleja esto en los datos: En condiciones aerobias, la velocidad de consumo de glucosa tiende a ser más rápida al comienzo (10 y 20 minutos) y luego disminuye en el tiempo (40 y 60 minutos). Esto es evidente al comparar las concentraciones de glucosa a lo largo del tiempo. La mayor velocidad inicial se debe a la preferencia de los microorganismos por la respiración aeróbica en presencia de oxígeno, que es una ruta metabólica altamente eficiente y rápida para descomponer la glucosa. Sin embargo, la velocidad de consumo disminuye con el tiempo, posiblemente debido a que la disponibilidad de glucosa en el medio se reduce a medida que se consume. En condiciones anaerobias, la velocidad de consumo de glucosa muestra una variación temporal distinta en comparación con las condiciones aerobias. Durante el primer intervalo de tiempo (10 y 20 minutos), la velocidad de consumo es notablemente alta, pero posteriormente disminuye significativamente en los intervalos siguientes (40 y 60 minutos). Esta fluctuación en la velocidad de consumo puede atribuirse al efecto Pasteur, que se manifiesta cuando los microorganismos, en ausencia de oxígeno, optan por una ruta metabólica anaerobia, posiblemente la fermentación. Esta ruta es menos eficiente en la producción de energía, lo que resulta en una velocidad de degradación de la glucosa más lenta en comparación con las condiciones aerobias. Viéndolo desde otro punto de vista, la velocidad de consumo de glucosa es menor en aerobiosis que en anaerobiosis; asimismo la velocidad de fermentación disminuye. Esto puede ser explicado mejor por la teoría de la competencia enzimática de Holzer (Holzer, 1961), ya que, el piruvato deshidrogenasa tiene mayor afinidad por el piruvato que el piruvato descarboxilasa que conduce a la fermentación alcohólica. (Nava, 2018). Los datos experimentales respaldan la teoría del efecto Pasteur al mostrar cambios en la velocidad de consumo de glucosa en función de la disponibilidad de oxígeno, lo que demuestra cómo los microorganismos ajustan sus rutas metabólicas según las condiciones ambientales. VI. Conclusiones Los resultados observados en las condiciones experimentales concuerdan con lo que la teoría del efecto Pasteur predice. En las condiciones aerobias, donde se dispone de oxígeno, los microorganismos inicialmente prefieren la respiración aeróbica, una ruta metabólica altamente eficiente que degrada rápidamente la glucosa. Sin embargo, a medida que la glucosa se consume y disminuye su disponibilidad en el medio, la velocidad de consumo de azúcar disminuye, lo que es consistente con la teoría del efecto Pasteur que sugiere que la preferencia de los microorganismos por la respiración aeróbica disminuye cuando los niveles de oxígeno bajan. El fenómeno del efecto Pasteur, observado en este experimento, revela que la levadura exhibe un consumo significativamente mayor de glucosa en condiciones de anaerobiosis (ausencia de oxígeno), y que cesa su crecimiento cuando se introduce aire. Este fenómeno es el resultado de la incapacidad de la fermentación para competir eficazmente con la respiración aeróbica en términos de producción de adenosín trifosfato (ATP), lo que resulta en una disminución sustancial en la velocidad de fermentación en presencia de oxígeno. Esta observación resalta la notable influencia del oxígeno en la preferencia de las vías metabólicas y la eficiencia energética de la levadura, respaldando la relevancia histórica del concepto del efecto Pasteur en la biología y la microbiología. Los resultados obtenidos en el experimento proporcionan una base sólida para respaldar la teoría del efecto Pasteur mediante evidencia científica bien establecida. Estos datos demuestran de manera convincente cómo los microorganismos tienen la capacidad intrínseca de adaptar sus rutas metabólicas en respuesta a la variación en la disponibilidad de oxígeno en su entorno. VI Referencias bibliográficas Ramón, P. (2009). Bioquímica de los microorganismos. [Versión Springer]. doi: 8429174540/9788429174540 Krebs, Hans. « The Pasteur effect and the relations between respiration and fermentation. » Essays in Biochemistry, 1972, 8, 1-34 Rosero, M. (2010). El Efecto Pasteur. Recuperado de: http://vidjacqui.blogspot.com/2010/09/elefecto-pasteur.html Voet, D. (2009). Fundamentos De Bioquímica. [Versión Springer]. doi: 9500623145/ 9789500623148 ESPINEL, A. (2013). TESIS DOCTORAL. ESTUDIO DE LA REPRESION CATABOLICA POR GLUCOSA EN Candida utilis. UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID, Madrid, ESpaña. GALLARADO, R. (2014). DOCTOR EN BIOTECNOLOGIA . EFECTOS DE LOS COMPONENTES DE LA BIOGENESIS DE PROTEINAS CON CENTROS Fe-S SOBRE LA TOLERANCIA DE ETANOL. UNIVERSIDAD MICHOACANA SAN NICOLAS DE HIDALGO, Hidalgo, Mexico. Nava, L. E. (2018). DOCTOR EN CIENCIAS DE LOS ALIMENTOS. Caracterización metabólica y cinética de la levadura autóctona. Instituto Tecnológico de Veracruz Pichia kudriavzevii ITV-S42, Veracruz, Mexico. Grafico
