Glyukoza fermentatsiyasi alkogolli ichimliklarni tayyorlash mumkin bo'lgan asosiy reaktsiyalardan biridir. U turli yo'llar bilan amalga oshirilishi mumkin, ularning har birida alohida mahsulotlar hosil bo'ladi. Bu jarayon hayotimizning ko'plab sohalarida, pishirish, vino va aroq mahsulotlarini tayyorlashdan tortib tanamizda sodir bo'ladigan reaktsiyalargacha muhim rol o'ynaydi.
Tarix
Glyukoza va boshqa shakarlarni fermentatsiya qilish jarayoni qadimgi odamlar tomonidan qo'llanilgan. Ular ozgina fermentlangan ovqatni iste'mol qilishdi. Bunday oziq-ovqat xavfsizroq edi, chunki uning tarkibida ko'plab zararli bakteriyalar nobud bo'lgan spirtli ichimliklar mavjud edi. Qadimgi Misr va Bobilda odamlar ko'plab shakarli ichimliklar va sutni qanday fermentatsiya qilishni bilishgan. 18-asr oxirida odamlar ushbu jarayonni, uning turlari va takomillashtirish imkoniyatlarini yaxshiroq o'rganishga muvaffaq bo'lgach, kvas, pivo va vino-aroq kabi tarmoqlar juda sifatli o'sdi.
Fermantasyon turlari
Gʻalati, lekin bu jarayon boshqacha. Va oxirgi mahsulotlar bilan glyukoza fermentatsiyasining turlari mavjud. Shunday qilib, sut kislotasi, spirtli ichimliklar, limon kislotasi, aseton, butirik va boshqalar mavjud. Keling, har bir tur haqida bir oz gapiraylikalohida. Yogurt, smetana, kefir, tvorog kabi mahsulotlarni tayyorlashda glyukozaning sut kislotali fermentatsiyasi asosiy jarayon hisoblanadi. Shuningdek, u sabzavotlarni saqlash uchun ishlatiladi va tanamizda asosiy funktsiyani bajaradi: kislorod etishmasligi sharoitida glyukoza yakuniy mahsulotga - sut kislotasiga aylanadi, bu mashg'ulot paytida va undan keyin mushaklarning og'rig'iga sabab bo'ladi.
Spirtli fermentatsiya yakuniy mahsulot sifatida etil spirti hosil boʻlishi bilan farqlanadi. Bu mikroorganizmlar - xamirturush yordamida paydo bo'ladi. Va u pishirishda asosiy rol o'ynaydi, chunki asosiy mahsulotga qo'shimcha ravishda glyukozaning spirtli fermentatsiyasi paytida karbonat angidrid chiqariladi (bu xamirturush xamirining ulug'vorligini tushuntiradi).
Limon kislotasining fermentatsiyasi, siz taxmin qilganingizdek, limon kislotasi hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi. U ma'lum turdagi qo'ziqorin ta'sirida yuzaga keladi va Krebs siklining bir qismi bo'lib, tanamizdagi barcha hujayralarning nafas olishini ta'minlaydi.
Aseton-butil fermentatsiyasi butirik fermentatsiyaga juda o'xshaydi. Natijada butir kislotasi, butil va etil spirtlari, aseton va karbonat angidrid hosil bo'ladi. Butirik fermentatsiya faqat nomga ega kislota va karbonat angidrid hosil qiladi.
Endi biz barcha turlarni batafsil ko'rib chiqamiz, lekin eng asosiy - glyukozaning spirtli fermentatsiyasidan boshlaylik. Barcha reaktsiyalar va ularning kechishining nuanslari batafsil tahlil qilinadi.
Spirtli fermentatsiya
Glyukoza fermentatsiyasi haqida bir oz ko'proq gapiraylik, uning tenglamasi:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Ushbu reaktsiyadan nimani o'rganish mumkin? Bizda ikkita mahsulot bor: etil spirti va karbonat angidrid. Ikkinchisi tufayli xamirturush xamirining shishishini kuzatamiz. Va birinchi tufayli, biz sharob va sharob ichimliklar unutilmas ta'mi olish imkoniyatiga ega. Lekin, aslida, bu shunchaki soddalashtirilgan tenglama. To'liq glyukoza fermentatsiyasi reaktsiyasi murakkabroq, shuning uchun uni biroz parchalab olaylik.
Glikoliz kabi jarayon mavjud. So'zma-so'z, uning nomi "shakarning bo'linishi" deb tarjima qilinadi. Bu organizmda paydo bo'ladi va uning qo'shimcha mahsuloti piruvik kislota, asosiysi esa bu reaktsiya paytida boshqa birikmadan hosil bo'lgan adenozin trifosfat (ATP). Aytishimiz mumkinki, ATP tanadagi energiya tashuvchisi va aslida glikoliz tanamizni energiya bilan ta'minlashga xizmat qiladi.
Bu jarayonga bir sababga koʻra toʻxtalib oʻtdik. Aslida, fermentatsiya glikolizga juda o'xshaydi, chunki birinchi bosqich ular uchun mutlaqo bir xil. Hatto aytish mumkinki, glyukozaning spirtli fermentatsiyasi glikolizning davomi hisoblanadi. Ikkinchisi jarayonida hosil bo'lgan piruvat (piruvik kislota ioni) qo'shimcha mahsulot sifatida karbonat angidridning ajralib chiqishi bilan atsetaldegidga (CH3-C(O)H) aylanadi. Shundan so'ng, hosil bo'lgan mahsulot bakteriyalar tarkibidagi NADH koenzimi tomonidan kamayadi. Kamaytirish etil spirtining hosil bo'lishiga olib keladi.
Shunday qilib, glyukozaning etil spirtiga fermentatsiya reaktsiyasi quyidagicha ko'rinadi:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH reaksiya uchun katalizator boʻlib xizmat qiladi va NAD ioni+glikolizning dastlabki bosqichida asosiy rol oʻynaydi va spirtli fermentatsiya oxirida hosil boʻladi. jarayonga qaytadi.
Keling, oʻrganilayotgan reaksiyaning keyingi turiga oʻtamiz.
Glyukozaning sut kislotali fermentatsiyasi
Bu turning alkogoldan farqi shundaki, u xamirturush ta'sirida emas, balki sut kislotasi bakteriyalari yordamida sodir bo'ladi. Shuning uchun bizda butunlay boshqa mahsulotlar mavjud. Qattiq ishlaganimizda va kislorod yetishmaganda mushaklarimizda sut kislotasi fermentatsiyasi ham sodir bo‘ladi.
Bu jarayonning ikki turi mavjud. Birinchisi - gomofermentativ fermentatsiya. Agar siz "homo" prefiksini eshitgan bo'lsangiz, ehtimol bu nimani anglatishini tushunasiz. Gomofermentativ fermentatsiya - bu bitta ferment ishtirokidagi jarayon. Birinchi bosqichda glikoliz sodir bo'ladi va piruvik kislota hosil bo'ladi. Keyin hosil bo'lgan piruvat (eritmada bu kislota faqat ionlar shaklida bo'lishi mumkin) NADH+H va laktat dehidrogenaza yordamida gidrogenatsiyaga uchraydi. Natijada, qaytarilish mahsuloti sut kislotasi bo'lib, u reaktsiya davomida olingan barcha mahsulotlarning taxminan 90% ni tashkil qiladi. Biroq, bu birikma ikkita shaklda ham hosil bo'lishi mumkinturli izomerlar: D va L. Bu turlar bir-birining oyna tasvirlari bo'lishi va natijada tanamizga turli yo'llar bilan ta'sir qilishi bilan farqlanadi. Qaysi izomer ko'proq hosil bo'lishi laktat dehidrogenaza tuzilishini aniqlaydi.
Keling, sut kislotasi fermentatsiyasining ikkinchi turiga - heterofermentativga o'tamiz. Bu jarayon bir nechta fermentlarni o'z ichiga oladi va murakkabroq yo'ldan boradi. Shu sababli reaksiya jarayonida koʻproq turli mahsulotlar hosil boʻladi: u yerda sut kislotasidan tashqari sirka kislotasi va etil spirtini ham topishimiz mumkin.
Shuning uchun biz sut kislotasi fermentatsiyasini ko'rib chiqdik. Bu tvorog, tvorog, achitilgan pishirilgan sut va kefirning ta'mini tatib ko'rishimiz mumkin bo'lgan jarayon. Glyukozaning sut kislotasi fermentatsiyasining umumiy reaksiyasini jamlab yozamiz: C6H12O6=2 C 3H6O3. Albatta, bu gomofermentativ fermentatsiya jarayonining soddalashtirilgan diagrammasi, chunki hatto heterofermentativ fermentatsiya jarayonining diagrammasi juda murakkab bo'ladi. Kimyogarlar hali ham glyukozaning sut fermentatsiyasini o'rganishmoqda va uning to'liq mexanizmlarini ochib berishmoqda, shuning uchun hali ham yaxshilanish uchun joy bor.
Limon kislotasi fermentatsiyasi
Ushbu turdagi fermentatsiya reaktsiyalari, xuddi alkogol bilan bo'lgani kabi, ma'lum bir shtammning qo'ziqorinlari ta'sirida sodir bo'ladi. Ushbu reaktsiyaning to'liq mexanizmi hali to'liq tushunilmagan va biz faqat ba'zi soddalashtirishlarga tayanishimiz mumkin. Biroq, jarayonning dastlabki bosqichi glikoliz ekanligi haqida takliflar mavjud. Keyin piruvik kislotaga aylanaditurli kislotalarga aylanadi va limonga keladi. Ushbu mexanizm tufayli reaksiya muhitida boshqa kislotalar to'planadi - glyukozaning to'liq bo'lmagan oksidlanish mahsulotlari.
Bu jarayon kislorod taʼsirida sodir boʻladi va umumiy maʼnoda uni quyidagi tenglama sifatida yozish mumkin: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Ushbu turdagi fermentatsiya kashf etilishidan oldin, odamlar limon kislotasini faqat tegishli daraxtning mevasini bosish orqali olishgan. Biroq, bu kislota limonda 15% dan ko'p emas, shuning uchun bu usul amaliy bo'lib chiqdi va bu reaktsiya kashf etilgandan so'ng, barcha kislota fermentatsiya yo'li bilan olina boshladi.
Butirik fermentatsiya
Keling, keyingi turga oʻtamiz. Ushbu turdagi fermentatsiya butirik kislota bakteriyalari ta'sirida sodir bo'ladi. Ular keng tarqalgan va ular keltirib chiqaradigan jarayon biologik muhim sikllarda asosiy rol o'ynaydi. Ushbu bakteriyalar yordamida o'lik organizmlarning parchalanishi sodir bo'ladi. Reaktsiyalar davomida hosil bo'lgan butir kislotasi o'zining hidi bilan tozalovchilarni o'ziga tortadi.
Bu turdagi fermentatsiya sanoatda qo'llaniladi. Siz taxmin qilganingizdek, ular butirik kislota oladi. Uning efirlari parfyumeriya sohasida keng qo'llaniladi va o'zidan farqli o'laroq, yoqimli hidga ega. Biroq, butirik fermentatsiya har doim ham foydali emas. Sabzavot, konserva, sut va boshqa mahsulotlarni buzishi mumkin. Ammo bu faqat butirik kislota bakteriyalari mahsulotga kirgan taqdirdagina sodir bo'lishi mumkin.
Butirik mexanizmini tahlil qilaylikglyukoza fermentatsiyasi. Uning reaktsiyasi quyidagicha: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Natijada, energiya ham ishlab chiqariladi, bu butirik bakteriyalarning hayotiy faolligini ta'minlaydi.
Aseton-butil fermentatsiyasi
Bu tur butirikga juda o'xshaydi. Shu tarzda nafaqat glyukoza, balki glitserin va piruvik kislota ham fermenti mumkin. Bu jarayonni ikki bosqichga bo'lish mumkin: birinchi (ba'zan kislotali deb ataladi) aslida butirik fermentatsiya. Biroq, butirik kislotadan tashqari, sirka kislotasi ham chiqariladi. Shu tarzda glyukoza fermentatsiyasi natijasida biz ikkinchi bosqichga (asetonobutil) o'tadigan mahsulotlarni olamiz. Bu butun jarayon bakteriyalar ta'sirida ham sodir bo'lganligi sababli, muhit kislotalanganda (kislotalar kontsentratsiyasining oshishi) bakteriyalar tomonidan maxsus fermentlar chiqariladi. Ular glyukoza fermentatsiyasi mahsulotlarini n-butanol (butil spirti) va asetonga aylantirishga yordam beradi. Bundan tashqari, bir oz etanol ishlab chiqarilishi mumkin.
Boshqa fermentatsiya turlari
Bu jarayonning sanab oʻtilgan besh turiga qoʻshimcha ravishda yana bir nechtasi bor. Masalan, bu sirka fermentatsiyasi. Bundan tashqari, ko'plab bakteriyalar ta'siri ostida sodir bo'ladi. Ushbu turdagi fermentatsiya tuzlanganda foydali maqsadlarda ishlatilishi mumkin. Oziq-ovqatlarni patogen va xavfli bakteriyalardan himoya qiladi. Ishqoriy yoki metan fermentatsiyasi ham mavjud. Oldingi turlardan farqli o'laroq, bu turfermentatsiya ko'pchilik organik birikmalar uchun amalga oshirilishi mumkin. Ko'p sonli murakkab reaksiyalar natijasida organik moddalar metan, vodorod va karbonat angidridga bo'linadi.
Biologik rol
Fermentatsiya tirik organizmlar tomonidan energiya olishning eng qadimiy usuli hisoblanadi. Ba'zi mavjudotlar organik moddalar ishlab chiqaradi, yo'lda energiya oladi, boshqalari esa bu moddalarni yo'q qiladi, shu bilan birga energiya oladi. Bizning butun hayotimiz shu asosga qurilgan. Va har birimizda fermentatsiya u yoki bu shaklda sodir bo'ladi. Yuqorida aytib o'tganimizdek, intensiv mashg'ulotlar paytida mushaklarda sut kislotasi fermentatsiyasi sodir bo'ladi.
Yana nimani o'qish kerak?
Agar siz ushbu juda qiziqarli jarayonning biokimyosiga qiziqsangiz, kimyo va biologiya bo'yicha maktab darsliklaridan boshlashingiz kerak. Koʻpgina universitet darsliklari shunchalik batafsilki, ularni oʻqib chiqqach, siz shunchaki shu soha boʻyicha mutaxassis boʻlishingiz mumkin.
Xulosa
Mana, biz oxiriga yetdik. Biz glyukoza fermentatsiyasining barcha turlarini va bu jarayonlarning umumiy tamoyillarini tahlil qildik, ular ham tirik organizmlar faoliyatida, ham sanoatimizda juda muhim rol o'ynaydi. Kelajakda biz ushbu qadimiy jarayonning yana bir qancha turlarini kashf etishimiz va ulardan bizga ma'lum bo'lganlar kabi o'z foydamiz uchun foydalanishni o'rganishimiz mumkin.
