Fermentazione secondaria, sintrofia e trasferimento interspecifico di idrogeno

Nell’articolo in cui parlavamo della degradazione dei polimeri complessi abbiamo visto che alcuni batteri sono in grado di effettuare la fermentazione secondaria, cioè possono utilizzare i prodotti che si ottengono dalla fermentazione primaria.

Fermentazione secondaria

La fermentazione secondaria funziona solo se ci sono i metanogeni e questo processo è un chiaro esempio di sintrofia. Sintrofia vuol dire nutrirsi insieme e contemporaneamente.

Leggi i nostri appunti sui metanogeni

Se non ci fossero i metanogeni i batteri fermentanti secondari non potrebbero esserci perché le reazioni di fermentazione secondaria richiedono energia.

Tali reazioni sono sfavorevoli da un punto di vista energetico poiché fortemente endoergoniche. Pertanto, colture pure di Syntrophomonas di fatto non sono in grado di crescere su butirrato o propionato. La crescita di Syntrophomonas si può realizzare solo se l’idrogeno prodotto nella reazione viene consumato immediatamente da un altro microrganismo che lo utilizza come substrato, quale può essere un metanogeno.

I metanogeni possono usare l’idrogeno come donatore di elettroni e la CO2 come accettore finale di elettroni durante la respirazione anaerobia, con produzione di metano.



Come già sappiamo dalla chimica l’effettiva concentrazione dei reagenti e dei prodotti di una reazione può cambiare drasticamente il bilancio energetico della reazione stessa. Pertanto, se la concentrazione di idrogeno viene mantenuta molto bassa, le reazioni di ossidazione dell’etanolo (ottenuto dalla fermentazione alcolica) o degli acidi grassi diventano esoergoniche e liberano energia che può essere utilizzata per la produzione di ATP, generalmente mediante processi di fosforilazione a livello del substrato. In questa situazione le reazioni di fermentazione secondaria possono avvenire in modo spontaneo.

La crescita dei fermentanti secondari è quindi resa possibile dall’associazione con un partner consumatore di idrogeno, motivo per cui il processo viene definito “trasferimento interspecifico di idrogeno” e i microrganismi che fermentano acidi grassi e alcoli sono detti “sintrofici”.

Sintrofia

La sintrofia è un fenomeno grazie al quale due organismi diversi possono degradare insieme, ricavandone energia, composti che separatamente non sarebbero in grado di utilizzare.

I batteri sintrofici hanno, quindi, evoluto sistemi efficienti che consentono loro di utilizzare i composti ridotti che derivano dal metabolismo dei batteri fermentanti primari e di cooperare con altri anaerobi rifornendoli di substrato.



Le reazioni sintrofiche sono chiaramente tipiche delle trasformazioni anaerobiche in cui l’energia disponibile è spesso molto ridotta e gli organismi si specializzano a sfruttare al meglio ciò di cui dispongono.

Al contrario, gli organismi aerobi non hanno bisogno di ricorrere alla sintrofia, in quanto un substrato utilizzato nella respirazione aerobica dà una resa energetica maggiore rispetto a un processo fermentativo.

Trasferimento interspecifico di idrogeno

In questa immagine vediamo prima le due reazioni, cioè l’ossidazione dell’etanolo ad acetato e la formazione di metano a partire da anidride carbonica e idrogeno.

La reazione che avviene nella metanogenesi è esoergonica, quindi avviene spontaneamente, mentre l’ossidazione dell’etanolo (che è un prodotto della fermentazione primaria) è una reazione endoergonica che non può avvenire spontaneamente. Con la sintrofia, però, queste due reazioni “vengono accoppiate” e quindi anche la fermentazione dell’etanolo avviene spontaneamente permettendo ai fermentanti secondari di ricavare l’energia necessaria per la formazione di ATP.

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Autore dell'articolo: Admin

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