Fermentación: balance de carbono y NAD⁺ con ejercicios PAU

El balance de una fermentación se entiende mejor si seguimos dos recorridos diferentes: el de los átomos de carbono y el de los electrones transportados por NADH. El ATP pertenece a otra cuenta relacionada, pero no debe sumarse cada vez que cambia el nombre de una etapa.

Aquí utilizaremos los modelos ideales de fermentación homoláctica y alcohólica a partir de glucosa mediante glucólisis. Suponemos conversión completa por la ruta indicada, sin desvío de carbono a biomasa ni otros productos y con recuperación cuantitativa cuando se mide gas.

Son supuestos didácticos. Un cultivo real puede crecer, combinar rutas, consumir productos o retener CO₂ en el medio. Las cantidades calculadas no son una predicción universal de cualquier microorganismo ni instrucciones para cultivar organismos.

Primero: la glucosa se convierte en dos piruvatos

Una glucosa contiene seis carbonos. La glucólisis produce dos piruvatos de tres carbonos cada uno. La cuenta de carbono es 6 = 2 × 3; no desaparece la mitad de la molécula.

En la glucólisis del modelo se producen dos NADH y dos ATP netos por glucosa. Neto significa que se ha descontado el ATP invertido al principio de la vía. No debe confundirse con el número bruto de ATP formado en las reacciones que lo generan.

El NADH debe reoxidarse a NAD⁺ para que siga disponible el aceptor de electrones que necesita la glucólisis. Las etapas fermentativas proporcionan una forma de regenerarlo mediante aceptores orgánicos.

Ejercicio 1: doce milimoles por la ruta láctica

Se convierten completamente 12,0 mmol de glucosa mediante el modelo homoláctico. Calcula piruvato formado, lactato final, NADH reoxidado y ATP neto de la glucólisis.

Por cada glucosa aparecen dos piruvatos: 12,0 × 2 = 24,0 mmol. Cada piruvato se reduce a un lactato y consume un NADH en esa reducción, regenerando NAD⁺.

El resultado ideal es 24,0 mmol de lactato y 24,0 mmol de NADH reoxidados. La glucólisis había formado esos mismos 24,0 mmol de NADH, por lo que el recorrido puede regenerar el cofactor utilizado.

La cantidad neta de ATP de la glucólisis es 12,0 × 2 = 24,0 mmol. No añadimos otros 24,0 mmol por la conversión a lactato: ese paso no genera ATP adicional en el modelo.

Comprobamos el carbono: las glucosas aportan 12,0 × 6 = 72,0 mmol de átomos de carbono; los lactatos contienen 24,0 × 3 = 72,0. No se libera CO₂ en esta ruta homoláctica ideal.

Ejercicio 2: los mismos milimoles por la ruta alcohólica

Ahora los 12,0 mmol de glucosa siguen completamente la ruta alcohólica. Los dos piruvatos por glucosa se descarboxilan para formar acetaldehído y CO₂. El acetaldehído se reduce después a etanol utilizando NADH.

Por glucosa se obtienen dos etanoles de dos carbonos y dos CO₂ de un carbono. Para 12,0 mmol de glucosa, el resultado es 24,0 mmol de etanol y 24,0 mmol de CO₂.

La cuenta de carbono vuelve a cerrar: 24,0 × 2 en el etanol más 24,0 × 1 en el CO₂ da 72,0 mmol de átomos de carbono. El gas no aparece porque el carbono se destruya, sino porque una parte termina en una molécula de un solo carbono.

Se reoxidan 24,0 mmol de NADH durante la reducción del acetaldehído. Los ATP netos siguen siendo 24,0 mmol, procedentes de la glucólisis. Que haya una descarboxilación adicional no autoriza a añadir ATP que ninguna reacción indicada produce.

Ejercicio 3: reconstruir el sustrato desde el gas

Un supuesto fija exclusivamente la ruta alcohólica ideal y recogida completa del CO₂. Se miden 10,0 mmol de CO₂. ¿Cuánta glucosa se convirtió y cuánto etanol se formó?

La proporción es dos CO₂ por glucosa. Por tanto, se convirtieron 10,0 / 2 = 5,00 mmol de glucosa. La proporción entre CO₂ y etanol es uno a uno en este modelo, así que se formaron 10,0 mmol de etanol.

La glucólisis correspondiente aportó 10,0 mmol de ATP neto y produjo 10,0 mmol de NADH, que se reoxidaron en la etapa posterior. Escribimos cada cantidad con su nombre: la coincidencia numérica no hace intercambiables las moléculas.

Si solo se recogiera parte del CO₂ o coexistiera respiración, el dato de gas no permitiría aplicar directamente esa relación. La solución depende de las exclusiones que el enunciado fija, no de que todo CO₂ biológico proceda de fermentación alcohólica.

Ejercicio 4: interpretar una frase sobre oxígeno

Una respuesta afirma que, si hay oxígeno en el medio, ninguna célula puede fermentar. Esa conclusión es demasiado absoluta. La fermentación no utiliza oxígeno como aceptor terminal, pero su funcionamiento depende del organismo y de su regulación metabólica.

Por ejemplo, existen levaduras que mantienen fermentación alcohólica en condiciones aerobias y con disponibilidad elevada de glucosa. Esto no significa que todas las células se comporten así ni que fermentación y respiración sean el mismo proceso.

Para nuestros balances hemos fijado una ruta concreta. No necesitamos deducirla únicamente de la presencia o ausencia de oxígeno. Debemos utilizar los datos del sistema y no sustituirlos por una regla sin condiciones.

Autocorrección con tres cuentas separadas

Dibuja una fila para carbono, otra para NADH/NAD⁺ y otra para ATP neto. La primera debe conservar los átomos; la segunda debe mostrar dónde se regenera el cofactor; la tercera debe identificar la etapa que produce ATP.

Esta separación ayuda a detectar errores habituales: perder el carbono del CO₂, regenerar NAD⁺ sin oxidar NADH o contar dos veces los mismos ATP. También permite explicar qué conclusión dejaría de ser válida si el modelo incorporase crecimiento u otra ruta.

Referencia y material de apoyo

Puedes relacionar estos ejercicios con la explicación de referencia y consultar el recurso gratuito. El descargable es un apoyo para estudiar; no implica matrícula ni sustituye las instrucciones oficiales de tu convocatoria.

El fundamento conceptual se puede contrastar en la fuente académica consultada. Los supuestos, cifras y desarrollos son didácticos y originales; no se atribuyen a un examen oficial. La posibilidad de fermentación en presencia de oxígeno se documenta también en esta investigación experimental sobre levaduras.

Preguntas frecuentes

¿La conversión de piruvato en lactato añade dos ATP?

No. En el modelo estudiado, los dos ATP netos proceden de la glucólisis; la reducción posterior regenera NAD⁺ sin producir ATP adicional.

¿La ausencia de CO₂ demuestra siempre fermentación láctica?

No. Solo permite esa identificación dentro de un modelo que descarte otras rutas y explique la recogida del gas. Un dato aislado no identifica por sí solo un metabolismo real.

¿Fermentar exige que el medio carezca de oxígeno?

La vía no utiliza oxígeno como aceptor final. Eso no implica que todas las células dejen de fermentar cuando hay oxígeno; la regulación depende del organismo y las condiciones.

Sigue el carbono y separa la regeneración del ATP

Comprueba que los seis carbonos de cada glucosa aparecen en productos y distingue la producción de NADH de su reoxidación. Cuenta el ATP neto una sola vez. Para ampliar la preparación, consulta el curso disponible y revisa la comunidad, el contenido, el precio y sus condiciones antes de comprar. Si te examinas en otra comunidad, elige la tuya desde el catálogo PAU.