Определение брожения
Ферментация относится к метаболическому процессу, посредством которого органические молекулы (обычно глюкоза) превращаются в кислоты, газы или спирт в отсутствие кислорода или любых других веществ. цепь переноса электронов, Пути ферментации восстанавливают коэнзим никотинамидадениндинуклеотид (NAD +), который используется в гликолизе для выделения энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Ферментация дает только 2 АТФ на глюкозу молекула (через гликолиз), в то время как аэробного дыхания дает до 32 молекул АТФ на молекулу глюкозы с помощью цепи переноса электронов.
Изучение ферментации и ее практического использования названо зимологией и началось в 1856 году, когда французский химик Луи Пастер продемонстрировал, что ферментация была вызвана дрожжами. Ферментация происходит в определенных типах бактерии а также грибы которые требуют бескислородной среды для жизни (известный как обязать анаэробов ), в факультативных анаэробах, таких как дрожжи, а также в мускул клетки, когда кислород в дефиците (как при физических нагрузках). Процессы ферментации ценны для пищевой промышленности и производства напитков: преобразование сахаров в этанол, используемый для производства алкогольных напитков, выделение CO2 дрожжами, используемыми при разрыхлении хлеба, и производство органических кислот для сохранения и вкуса овощи и молочные продукты.
Функция брожения
Основная функция ферментации заключается в превращении NADH обратно в кофермент NAD +, чтобы его можно было снова использовать для гликолиза. Во время брожения органический акцептор электронов (такой как пируват или ацетальдегид) реагирует с NADH с образованием NAD +, образуя в процессе продукты, такие как диоксид углерода и этанол (ферментация этанола) или лактат (ферментация молочной кислоты).
Типы брожения
Существует много типов ферментации, которые отличаются конечными продуктами, образованными из пирувата или его производных. Двумя ферментациями, наиболее часто используемыми людьми для производства коммерческих продуктов питания, являются ферментация этанолом (используется в пиве и хлебе) и ферментация молочной кислоты (используется для ароматизации и сохранения молочных продуктов и овощей).
Брожение этанола
При ферментации этанола пируват, полученный в результате гликолиза, превращается в этанол и диоксид углерода в две стадии. Во-первых, пируват выделяет углекислый газ с образованием двухуглеродного соединения, называемого ацетальдегидом. Затем ацетальдегид восстанавливается NADH до этанола, тем самым регенерируя NAD + для использования в гликолизе. В целом, одна молекула глюкозы превращается в две молекулы углекислого газа и две молекулы этанола.
Ферментация этанола обычно осуществляется дрожжами, которые являются одноклеточный грибок.
Брожение молочной кислоты
Существует два основных типа молочнокислого брожения: гомолактическая и гетеролактическая. При ферментации гомолактовой кислоты NADH восстанавливает пируват непосредственно с образованием лактата. Этот процесс не выпускает газ. В целом, одна молекула глюкозы превращается в две молекулы лактата. При гетеролактической ферментации некоторое количество лактата дополнительно метаболизируется, что приводит к образованию этанола и углекислого газа по пути фосфокетолазы.
Ферментация молочной кислоты в основном осуществляется определенными типами бактерий и грибков. Тем не менее, этот тип ферментации также происходит в мышечных клетках, чтобы производить АТФ, когда запас кислорода истощается во время напряженных упражнений и аэробного дыхания это невозможно.
Уравнение брожения
Брожение этанола
глюкоза → 2 этанол + 2 диоксид углеродаC6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Брожение молочной кислоты
глюкоза → 2 молочная кислотаC6H12O6 → 2 C3H6O3
Продукты брожения
Несмотря на то, что существует ряд продуктов брожения, наиболее распространенными являются этанол, молочная кислота, диоксид углерода и газообразный водород (H2). Эти продукты используются в коммерческих целях в пищевых продуктах, витаминах, фармацевтических препаратах или в качестве промышленных химикатов. Кроме того, многие менее распространенные продукты по-прежнему имеют коммерческую ценность. Например, производство ацетона путем ферментации ацетон-бутанол-этанол было впервые разработано еврейским химиком Хаимом Вейцманом и имело важное значение для британской военной промышленности во время Word War I.
викторина
1. Что такое кофермент, регенерируемый в процессе ферментации?A. NADHB. NAD +C. Спирт этиловыйD. Молочная кислота
Ответ на вопрос № 1
В верно. Ферментация превращает NADH обратно в кофермент NAD +, чтобы его можно было снова использовать для гликолиза. NADH используется в ферментации, но это NAD +, который регенерируется в процессе.
2. Какой тип брожения происходит в мышечных клетках во время интенсивных тренировок?A. Спирт этиловыйB. Смешанная кислотаC. Молочная кислотаD. Масляная кислота
Ответ на вопрос № 2
С верно. Ферментация этанола осуществляется дрожжами. Ферментация смешанной кислоты и ферментации масляной кислоты выполняются бактериями. Ферментация молочной кислоты может осуществляться бактериями или в мышечных клетках, когда запас кислорода истощается во время интенсивных тренировок.
3. Какой химик классно продемонстрировал роль дрожжей в брожении?A. Хаим ВейцманB. Луи ПастерC. Мари КюриD. Антуан Лавуазье
Ответ на вопрос № 3
В верно. В то время как Хаим Вейцман также известен своими исследованиями по ферментации, Луи Пастер был первым, кто приписал ферментацию сахара дрожжами, создав область зимологии.
Ссылки
- Рис, Дж. Б., Урри, Л. А., Каин, М. Л., Вассерман, С. А., Минорский, П. В. и Джексон, Р. (2014). Кэмпбелл Биология (Десятое издание). Бостон: Пирсон.
- Кауфман Г. Б. и Мейо И. (1994). Хаим Вейцман (1874-1952): химик, биотехнолог и государственный деятель. Журнал химического образования, 71 (3), 209.
- Хойнацка, К. (2006). Продукты брожения. Химическая технология и технология химических процессов, 12.
- Гангули, Субха. Химические аспекты технологии брожения в пищевой промышленности. Научно-исследовательский журнал химических и экологических наук 1.1 (2013): 42-43.