PIENSKĀBES FERMENTĀCIJA: SOLI PA SOLIM PROCESS UN PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Pienskābes fermentāciju , kas pazīstams arī kā pienskābes fermentācijas ir process, ATF sintēzei, kas ir bezskābekļa ka pildīt dažādas mikroorganismus, tostarp baktērijas, ko sauc par "pienskābes baktērijām", kura beidzas ar skābes izdalīšanos pienskābe.

To uzskata par anaerobās "elpošanas" veidu, un to arī veic dažas zīdītāju muskuļu šūnas, kad viņi smagi un ar lielu ātrumu strādā, pārsniedzot plaušu un sirds un asinsvadu sistēmu skābekļa transportēšanas spēju.

Pienskābes fermentācijas shēma (Avots: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), izmantojot Wikimedia Commons un modificējis Raquel Parada Puig)

Termins "fermentācija" vispārīgi attiecas uz enerģijas iegūšanu (ATP formā) skābekļa trūkuma gadījumā, tas ir, anaerobiozes gadījumā, un pienskāba fermentācija attiecas uz ATP sintēzi un skābes izdalīšanos. pienskābe anaerobiozē kā glikozes metabolisma produkti.

Pienskābes ražošanas vienādojums no glikozes.

Pienskābes baktērijas

Cilvēks jau ilgu laiku izmanto pienskābās fermentācijas priekšrocības pārtikas ražošanā un konservēšanā, un, bez šaubām, pienskābes baktērijas ir šā mērķa pamata pīlārs.

Tās pieder diezgan neviendabīgai baktēriju grupai, kurai parasti ir cocci un bacilli forma; Tās ir grampozitīvas, nekatalāzes ražojošas, nesporulējošas, nekustīgas un anaerobas baktērijas, kas spēj sintezēt pienskābi no piruvāta, ko veido glikolītiskais ceļš.

Viņi pieder pie dažādām ģintīm, starp tām Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus un Lactobacillus, kurās ir homofermentējošas un heterofermentējošas sugas.

Homofermentējošās pienskābes baktērijas katrai patērētajai glikozes molekulai rada divas pienskābes molekulas; heterofermentējošās pienskābes baktērijas, no otras puses, rada vienu pienskābes molekulu, piemēram, oglekļa dioksīda vai etanola molekulu.

Piena fermentācijas process (soli pa solim)

Pienskābes fermentācija sākas ar šūnu (baktēriju vai muskuļu), kas patērē glikozi vai kādu saistītu cukuru vai ogļhidrātus. Šis "patēriņš" notiek glikolīzes rezultātā.

- glikolītiskais ceļš

ATP investīcijas

Sākumā par katru patērēto glikozes molekulu tiek ieguldīti 2 ATP, jo heksokināzes ferments to fosforilē, lai iegūtu glikozes 6-fosfātu, kas tiek izomerizēts par fruktozes 6-fosfātu (glikozes 6-P izomerāzes enzīms) un fosforilē atpakaļ uz fruktozi 1. , 6-bisfosfāts (fosfofruktokināzes enzīms).

Vēlāk fruktozes 1,6-bifosfāts tiek "sagriezts" uz pusēm, lai atbrīvotos divi triozes fosfāti, kas pazīstami kā glicerraldehīda 3-fosfāts un dihidroksiacetonfosfāts - reakcija, ko katalizē aldolāzes enzīms.

Šie divi 3 oglekļa fosforilētie cukuri ir savstarpēji savietojami ar fermenta triozes fosfāta izomerāzes palīdzību, tāpēc tiek uzskatīts, ka līdz šim brīdim katra patērētā glikozes molekula tiek pārveidota divās glicerraldehīda 3-fosfāta molekulās, kuras fosforilējas 1,3-bisfosfoglicerāts.

Iepriekš minēto reakciju katalizē enzīms, ko sauc par glicerraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāzi (GAPDH), kam nepieciešama kofektora NAD + "reducējošās jaudas" klātbūtne, bez kuras tā nevar darboties.

ATP ražošana

Šajā maršruta brīdī katrai glikozes molekulai ir patērēti 2 ATP, bet šīs divas molekulas “aizstāj” ar reakciju, ko katalizē enzīma fosfoglicerāta kināze, ar kuru katrs 1,3-bisfosfoglicerāts tiek pārveidots par 3-fosfoglicerātu. un 2ATP tiek sintezēti.

Katru 3-fosfoglicerātu ar enzīma fosfoglicerāta mutāzi pārveido par 2-fosfoglicerātu, un tas, savukārt, kalpo par enzīma enolāzes substrātu, kas to dehidrē un pārveido par fosfoenolpiruvātu.

Ar katru patērēto glikozes molekulu tiek ražotas 2 piruvāta molekulas un 2 ATP molekulas, jo fosfoenolpiruvāts ir enzīma piruvāta kināzes substrāts, kas katalizē fosforilgrupas pārvietošanos no fosfoenolpiruvāta uz ADP molekulu, veidojot ATP. .

- PAD fermentācija un NAD + reģenerācija

Piruvāts, 3 oglekļa molekula, tiek pārveidots pienskābē, citā 3 oglekļa molekulā, izmantojot reducēšanas reakciju, kurā katrai piruvāta molekulai tiek patērēta viena NADH molekula, glikolītiskajā reakcijā reģenerējot "apgrieztu" NAD +. katalizē GAPDH.

Izmantoto NAD + molekulu nomaiņa neizraisa papildu ATP molekulu veidošanos, bet ļauj glikolītiskajam ciklam atkārtoties (ja vien ir pieejami ogļhidrāti), un par katru patērēto glikozi tiek iegūts 2 ATP.

Reakciju katalizē enzīms, ko sauc par laktāta dehidrogenāzi, un tas notiek šādi:

2C3H3O3 (piruvāts) + 2 NADH → 2C3H6O3 (pienskābe) + 2 NAD +

To procesu piemēri, kuros notiek pienskāba fermentācija

- Muskuļu šūnās

Pienskābes fermentācija muskuļu šūnās ir izplatīta pēc treniņa pēc vairāku dienu bezdarbības. Tas ir acīmredzams, jo sportista piedzīvotais muskuļu nogurums un sāpes ir saistītas ar pienskābes klātbūtni šūnās.

Attēls pa tālruni 5132824 vietnē www.pixabay.com

Tā kā muskuļu šūnas vingrina un skābekļa krājumi ir izsmelti (sirds un asinsvadu un elpošanas sistēmas nespēj tikt galā ar nepieciešamo skābekļa transportu), viņi sāk rūgt (elpot bez skābekļa), atbrīvojot pienskābi, kas var uzkrāties.

- Pārtikas produkti

Pienskābes fermentāciju, ko veic dažādas baktēriju un sēņu sugas, cilvēks visā pasaulē izmanto dažādu veidu pārtikas ražošanai.

Šis metabolisms, ar kuru raksturo dažādus mikroorganismus, ir būtisks, lai ekonomiski saglabātu un ražotu lielu daudzumu pārtikas, jo ar tiem sasniegtais skābes pH parasti kavē citu potenciāli kaitīgu vai patogēnu mikroorganismu augšanu.

Šajos pārtikas produktos cita starpā ietilpst jogurts, skābēti kāposti (raudzēti kāposti), marinēti gurķi, olīvas, dažādi marinēti dārzeņi, dažāda veida siers un raudzēts piens, kefīra ūdens, daži raudzēti ēdieni un graudaugi.

Jogurts

Jogurts ir fermentēts produkts, kas iegūts no piena, un tas tiek iegūts, pateicoties tam, ka šo dzīvnieku izcelsmes šķidrumu fermentē kāda veida pienskābes baktērijas, parasti Lactobacillus bulgaricus vai Lactobacillus acidophilus sugas.

Jogurts (kamila211 attēls vietnē www.pixabay.com)

Šie mikroorganismi pārvērš pienā esošos cukurus (ieskaitot laktozi) pienskābē, tāpēc šajā šķidrumā pH pazeminās (kļūst skābs), mainot tā garšu un struktūru. Stingrāka vai šķidrāka dažādu veidu jogurtu tekstūra ir atkarīga no divām lietām:

1. No vienlaicīgas eksopolisaharīdu ražošanas ar fermentējošām baktērijām, kuras darbojas kā sabiezinātāji
2. Koagulācijas rezultātā, kas rodas no piena olbaltumvielu negatīvo lādiņu neitralizācijas, kā rezultātā mainās pH, ko rada pienskābes ražošana, kas padara tos pilnīgi nešķīstošus

Raudzēti dārzeņi

Šajā grupā mēs varam atrast tādus produktus kā olīvas, kas konservētas sālījumā. Iekļauti arī tādi kāpostu bāzes izstrādājumi kā skābēti kāposti vai korejiešu kimči, kā arī marinēti kornišoni un meksikāņu jalapeno.

Raudzēta gaļa

Šajā kategorijā ietilpst tādas desas kā chorizo, fetas, salami un sopressatta. Produkti, kuriem papildus augstajai konservēšanas spējai ir raksturīga īpaša garša.

Raudzētas zivis un gliemenes

Tas ietver dažāda veida zivis un gliemenes, kuras parasti raudzē sajaucot ar makaroniem vai rīsiem, kā tas ir Pla raa Taizemē.

Raudzēti pākšaugi

Pākšaugiem pienskābā fermentācija ir tradicionāla prakse dažās Āzijas valstīs. Miso, piemēram, ir pasta, kas izgatavota no raudzētām sojas pupiņām.

Raudzētas sēklas

Tradicionālajā Āfrikas virtuvē ir plašs produktu klāsts, kas izgatavots no raudzētām sēklām, piemēram, sumbala vai kenkei. Šajos produktos ietilpst daži garšvielas un pat no labības gatavoti jogurti.

Atsauces

1. Beijerinck, MW, Par pienskābes fermentāciju pienā., In: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, pp. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Pienskābes baktērijas. Molekulārā vīna mikrobioloģija, 1. izdevums; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. Nacionālā pētniecības padome. (1992). Biotehnoloģijas pielietojums tradicionāli raudzētos pārtikas produktos. Nacionālās akadēmijas prese.
4. Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.
5. Soults, A. (2019). Ķīmija LibreTexts. Saņemts 2020. gada 24. aprīlī no vietnes chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Pienskābes baktēriju loma piena fermentācijā. Pārtikas un uztura zinātnes. 05. 435-442. 10.4236 / fns.2014.54051.