¿Los humanos son capaces tanto de respiración anaeróbica como de fermentación de ácido láctico?

Los humanos no tenemos respiración anaeróbica, si la definimos como la oxidación de un sustrato con un aceptor de electrones externo distinto al oxígeno. En los seres humanos, el aceptor terminal de electrones en la respiración siempre es oxígeno, que se reduce en el complejo IV de la cadena respiratoria. Los aceptores de electrones alternativos se encuentran principalmente en bacterias y arqueas.

Yo llamaría al metabolismo anaeróbico de glucosa a lactato en humanos un proceso de fermentación. Consiste en la glucólisis , que convierte la glucosa en piruvato, que a su vez se convierte en lactato por la lactato deshidrogenasa . No hay aceptor de electrones terminal en este caso; en cambio, la energía se extrae de la glucosa al reorganizar la estructura molecular del azúcar en una configuración más favorable ("baja energía"), sin ninguna donación neta de electrones.

Nota : así es como uso los términos, y creo que este es el uso más común en bioquímica hoy en día. Pero estoy seguro de que puedes encontrar otras fuentes que los definen de manera diferente. Esto es bastante común en biología y bioquímica, y estos términos son muy antiguos y están cargados de todo tipo de connotaciones históricas. Pero los nombres no son cruciales; comprender los procesos bioquímicos sí lo es. La distinción importante aquí es que la conversión de glucosa en lactato no oxida el sustrato y, por lo tanto, no necesita un aceptor de electrones externo; de esta manera es fundamentalmente diferente del metabolismo oxidativo.

El tejido muscular es un buen ejemplo de fermentación anaeróbica. El ácido láctico se fermenta y se acumula en este tejido cuando hacemos mucho ejercicio. Usamos la molécula de piruvato y LDH para producir lactato cuando es necesario, pero es solo para breves ráfagas de energía en tejidos específicos.

Intente una búsqueda de imágenes de Google para la vía glucolítica. Por lo general, las rutas aeróbica y anaeróbica se enumeran después de que se forma la molécula de piruvato al final de esta ruta.

Mencioné en un comentario bastante temprano "aparentemente, los humanos no hacen respiración anaeróbica en absoluto. Solo hacen respiración aeróbica y fermentación. Los humanos no pueden usar nitrato o sulfito como aceptores en la cadena de transporte de electrones".

Me extenderé un poco sobre eso .

"La respiración celular anaeróbica es similar a la respiración celular aeróbica en que los electrones extraídos de una molécula de combustible pasan a través de una cadena de transporte de electrones, impulsando la síntesis de ATP. Algunos organismos usan sulfato como el aceptor final de electrones al final de la cadena de transporte, mientras que otros usan nitrato, azufre o una variedad de otras moléculas... ¿Qué tipos de organismos utilizan la respiración celular anaeróbica? Algunos procariotas (bacterias y arqueas) que viven en ambientes con poco oxígeno dependen de la respiración anaeróbica para descomponer los combustibles". (es decir, no humanos)

y "La fermentación es una vía muy extendida, pero no es la única forma de obtener energía de los combustibles de forma anaeróbica (en ausencia de oxígeno). En cambio, algunos sistemas vivos utilizan una molécula inorgánica distinta del O2, como el sulfato, como aceptor final de electrones. para una cadena de transporte de electrones. Este proceso, llamado respiración celular anaeróbica, es realizado por algunas bacterias y arqueas".

Los humanos no pueden usar sulfato o nitrato (o cualquier otra molécula inorgánica que no sea o2) en la cadena de transporte de electrones. Entonces no pueden hacer respiración anaeróbica.

Ese es ciertamente el punto señalado por khanacademy, y por otro microbiólogo con el que hablé, y reflejado en la respuesta de Roland.

Nota: al momento de escribir, Roland ha socavado un poco su respuesta. Dado que la primera oración de su respuesta dice "Los humanos no tienen respiración anaeróbica", pero un comentario que hizo dice "Creo que estos términos se definen de manera algo diferente dependiendo de a quién le preguntes , y estoy de acuerdo con @David en que no es muy interesante discutir sobre las definiciones. Pero mi preferencia sería usar el término "respiración anaeróbica" solo para la oxidación de sustratos que entregan electrones a un aceptor de electrones terminal que no sea O2, y " fermentación" para significar un proceso que no da como resultado ninguna oxidación neta. Esta es una diferencia bioquímica importante, por lo que motiva diferentes términos, en mi humilde opinión. Con estas definiciones, el músculo no realiza respiración anaeróbica".

es decir, está diciendo que la definición es solo su preferencia. Y que si bien tiene una buena razón detrás, sigue siendo su preferencia. Y entonces es una cuestión de definiciones preferidas de algunas personas sobre otras.

He hablado con un microbiólogo que dice que todos los textos científicos avanzados usan esa definición (aparte de los textos introductorios y de las pruebas de biología humana), es decir, no es solo la preferencia de algunas personas. He agregado más sobre eso: y lo que he encontrado es evidencia / prueba sólida que respalda que se hace una distinción estricta en los textos de microbiología no introductorios. Probablemente tenga razón en que las revistas científicas como PNAS, Nature y Science también hacen la distinción.

Adicional

El microbiólogo con el que hablé dijo que a menudo los textos de biología 101 se equivocan, por ejemplo, ese libro de texto de biología sin límites, incluso el título revela que es un libro de nivel muy introductorio. Así que no es de extrañar que se equivoque. Dijo que a menudo los libros de pregrado introductorios se equivocan. Y los libros de biología humana, dado que no necesitan distinguir entre tipos de metabolización anaeróbica, pueden equivocarse a veces, porque no necesitan tanta claridad como no necesitan distinguir entre procesos anaeróbicos. Pero las revistas científicas como PNAS, Science, Nature. Y los textos de microbiología avanzada lo hacen bien. Claro que es posible que una persona use una definición muy general de respiración y luego pregunte si se usa la cadena de transporte de electrones,

Si uno va a google books y busca microbiología, veo que tiene razón.

Por ejemplo, buscar en Google Books para microbiología, fermentación, respiración.

El primer resultado es introductorio, así que no lo miraré.

El segundo resultado es Microbiología y Patología Vegetal por el Dr. PD Sharma

"los heterótrofos exhiben dos estrategias básicas, la fermentación y la respiración"

"A diferencia de la fermentación, la respiración requiere un aceptor de electrones externo"

está de acuerdo

El tercer resultado se distingue pero es del mismo autor, así que lo omitiré.

está de acuerdo

El cuarto resultado - Principios de Microbiología - Página 530

"Una comparación de la respiración aeróbica, la respiración anaeróbica y la fermentación"

Y se distingue

está de acuerdo

El quinto resultado "Microbiología: Un Enfoque Clínico, Segunda Edición: - Página 39" aquí

tiene un diagrama que distingue

está de acuerdo

El sexto resultado Fundamentos de Microbiología de Alcamo - Página 183

"una molécula inorgánica diferente como aceptor final de electrones"

nota: no puede ser piruvato como final, ya que el piruvato contiene carbono, por lo que es orgánico.

Luego da los ejemplos de una especie de bacteria que usa nitrato y una especie que usa sulfato.

está de acuerdo

De hecho, es el caso de que la fermentación no involucra una cadena de transporte de electrones, pero también, la fermentación involucra un aceptor final de electrones, solo es piruvato o un derivado de piruvato.

Microbiología Por Cynthia Nau Cornelissen, Richard A. Harvey, Bruce D. Fisher aquí "el aceptor terminal de electrones en la fermentación es el piruvato o un derivado del piruvato"

Y como dijo el microbiólogo con el que hablé, es más una cuestión de si el aceptor final de electrones es interno/endógeno (es decir, producido por el propio organismo), o si es externo. (en lugar de si es orgánico/inorgánico)

Una cosa dice la biología ilimitada (usando la definición estricta de fermentación y respiración), y es consistente con eso. https://www.boundless.com/microbiology/textbooks/boundless-microbiology-textbook/microbial-metabolism-5/anaerobic-respiration-49/electron-donors-and-acceptors-in-anaerobic-respiration-313-8023/

"Tanto los compuestos inorgánicos como los orgánicos pueden usarse como aceptores de electrones en la respiración anaeróbica. Los compuestos inorgánicos incluyen sulfato (SO42-), nitrato (NO3-) y hierro férrico (Fe3+). Los compuestos orgánicos incluyen DMSO".
(DMSO, por ejemplo, tiene una base orgánica / de carbono, pero es un aceptor de electrones externo, por lo tanto, aún respira cuando se usa)

chat relacionado: https://web.archive.org/web/20210507000853/https://pastebin.com/raw/mkxckeqA

Conclusión-

Esa y todas esas definiciones distinguen claramente respiración y fermentación, con la misma definición estricta, que confirma que los humanos no hacen respiración anaeróbica, hacen fermentación, que no es una forma de respiración.

Sin embargo, a pesar de eso, es claro que fuera de los textos de microbiología avanzada... (Y supongo que fuera de las revistas científicas), así en los textos de introducción a la biología, y en los textos de biología humana, y los textos de la escuela secundaria... y entre muchos en este sitio web que claramente tienen un profundo interés en la biología, esa definición general de respiración todavía existe. Y en tal situación, tiene sentido prestar menos atención al término y preguntar sobre características específicas, por ejemplo, "¿Involucra la cadena de transporte de electrones" / ¿Utiliza un compuesto inorgánico como nitrato o sulfato como alternativa al O2? si uno quiere saber si es respiración, o si no le importa cuál es el término y solo quiere saber cuáles son las características, entonces puede preguntar eso y más preguntas como "¿Usa oxígeno?"

Conclusión adicional

más aclaraciones sobre la distinción..

Cuando le hice esta pregunta al microbiólogo...

Entiendo que la respiración generalmente se realiza con una sustancia inorgánica (O2) como aceptor terminal de electrones, pero que se puede realizar con una sustancia orgánica DMSO. Entonces, ¿sigue habiendo una enorme diferencia química entre la respiración y la fermentación, cuando la respiración se realiza con DMSO? No veo cómo el aceptor de electrones final, siendo interno frente a externo, causaría una gran diferencia en la química.

Recibí una muy buena respuesta
. Dijo: la fermentación no usa un gradiente de protones ni una fuerza quimiosmótica para generar ATP. Fosforilación oxidativa frente a fosforilación a nivel de sustrato

Mirando más allá... Veo que la glucólisis produce ATP a través de la fosforilación a nivel de sustrato. Mirando las distintas partes de la respiración y la fermentación, es decir, después de la glucólisis. (Algunos definen la respiración y la fermentación como excluyendo la glucólisis de todos modos). Luego, (después de la glucólisis), la respiración utiliza la fosforilación oxidativa. La fermentación, si produce ATP (lo que suele hacer), entonces se realiza a través de la fosforilación a nivel de sustrato.

(Fisiología y bioquímica de procariotas https://i.stack.imgur.com/PkRw9.png Tomar piruvato a acetato te da oATP. Tomar piruvato a propionato no lo hace. Es fermentación de cualquier manera. Si produce ATP, es fosforilación a nivel de sustrato, y si no, entonces no hay fosforilación)

Muchas fuentes en línea explican cómo a) esos dos tipos de fosforilación son procesos químicos muy diferentes y b) la fosforilación oxidativa usa la cadena de transporte de electrones mientras que la fosforilación a nivel de sustrato no lo hace. Eso explica el significado/relevancia/razón de la distinción entre fermentación y respiración.

Nota importante añadida

Una excepción a esto es la fermentación oxidativa, que utiliza la cadena de transporte de electrones. Aparentemente una parte de la vía metabólica no usa la ETC y otra parte sí, de tal manera que es de alguna manera una mezcla de respiración y fermentación y decidieron llamarlo fermentación. Consulte también ¿Las bacterias del ácido acético utilizan la cadena de transporte de electrones al convertir el etanol en ácido acético?