МЛЕЧНА ФЕРМЕНТАЦИЯ: СТЪПКА ПО СТЪПКА ПРОЦЕС И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На млечна ферментация, известен също като млечна киселина ферментация е процес на синтез на АТФ в на липса на кислород, който изпълнява някои микроорганизми, включително тип бактерии нарича "млечно кисели бактерии", която завършва с киселина екскреция млечна.

Смята се за вид анаеробно „дишане“ и се осъществява и от някои мускулни клетки при бозайници, когато те работят усилено и с висока скорост, по-голяма от капацитета за транспорт на кислород на белодробната и сърдечно-съдовата система.

Схема на млечна ферментация (Източник: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) чрез Wikimedia Commons и модифициран от Raquel Parada Puig)

Терминът "ферментация", най-общо, се отнася до получаване на енергия (под формата на АТФ) при липса на кислород, тоест при анаеробиоза, а млечнокиселата ферментация се отнася до синтеза на АТФ и отделянето на киселина. млечна киселина при анаеробиоза, като продукти на метаболизма на глюкозата.

Уравнение на производството на млечна киселина от глюкоза.

Млечнокисели бактерии

Човекът използва предимствата на млечнокиселата ферментация за производството и консервирането на храната от дълго време и без съмнение млечнокиселите бактерии са основен стълб за тази цел.

Те принадлежат към доста разнородна група бактерии, които обикновено имат формата на коки и бацили; Те са грам-положителни, не-каталаза-произвеждащи, неспортуващи, неподвижни и анаеробни бактерии, способни да синтезират млечна киселина от пируват, образуван от гликолитичния път.

Те принадлежат към различни родове, сред които Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus и Lactobacillus, в рамките на които има хомоферментативни и хетероферментативни видове.

Хомоферментативните млечнокисели бактерии произвеждат за всяка молекула глюкоза, която консумират, две молекули млечна киселина; хетероферментативните млечнокисели бактерии, от друга страна, произвеждат една молекула млечна киселина и друга въглероден диоксид или етанол, например.

Млечно-ферментационен процес (стъпка по стъпка)

Млечнокиселата ферментация започва с клетка (бактериална или мускулна), консумираща глюкоза или някаква свързана захар или въглехидрати. Тази „консумация“ става чрез гликолиза.

- Гликолитичен път

ATP инвестиция

Първоначално 2 ATP се инвестира за всяка консумирана глюкозна молекула, тъй като се фосфорилира от ензима хексокиназа, за да се получи глюкоза 6-фосфат, който се изомеризира до фруктоза 6-фосфат (ензим глюкоза 6-Р изомераза) и се фосфорилира обратно към фруктоза 1, 6-бисфосфат (фосфофруктокиназен ензим).

По-късно фруктозата 1,6-бисфосфат се "разрязва" наполовина, за да се освободи два триозен фосфат, известен като глицералдехид 3-фосфат и дихидроксиацетон фосфат, реакция, катализирана от ензима алдолаза.

Тези две 3-въглеродни фосфорилирани захари са взаимосвързващи се помежду си чрез ензим триоза фосфатна изомераза, така че се счита, че до този момент всяка молекула глюкоза, която се консумира, се превръща в две молекули на глицералдехид 3-фосфат, които се фосфорилират до 1,3-bisphosphoglycerate.

Горната реакция се катализира от ензим, наречен глицералдехид 3-фосфат дехидрогеназа (GAPDH), който изисква наличието на "редуцираща мощност" на кофактора NAD +, без който той не може да функционира.

ATP производство

На този етап от маршрута са изразходвани 2 ATP за всяка молекула глюкоза, но тези две молекули са „заменени“ от реакцията, катализирана от ензимната фосфоглицерат киназа, чрез която всеки 1,3-бисфосфоглицерат се превръща в 3-фосфоглицерат. и 2ATP са синтезирани.

Всеки 3-фосфоглицерат се превръща в 2-фосфоглицерат чрез ензим фосфоглицерат мутаза и това от своя страна служи като субстрат за ензима енолаза, който го дехидратира и го превръща във фосфоенолпируват.

С всяка консумирана молекула глюкоза се получават 2 молекули пируват и 2 молекули АТФ, тъй като фосфоенолпируватът е субстрат за ензима пируват киназа, който катализира прехвърлянето на фосфорилна група от фосфоенолпируват в молекула на АДФ, произвеждайки АТФ,

- Млечна ферментация и регенерация на NAD +

Пируватът, 3-въглеродна молекула, се превръща в млечна киселина, друга 3-въглеродна молекула, чрез реакция на редукция, която изразходва една молекула NADH за всяка молекула пируват, регенерирайки "обърната" NAD + в гликолитичната реакция. катализиран от GAPDH.

Замяната на използваните NAD + молекули не води до допълнително производство на ATP молекули, но позволява гликолитичният цикъл да се повтори (стига да има налични въглехидрати) и да се произведе 2 ATP за всяка консумирана глюкоза.

Реакцията се катализира от ензим, наречен лактат дехидрогеназа и се получава така:

2C3H3O3 (пируват) + 2 NADH → 2C3H6O3 (млечна киселина) + 2 NAD +

Примери за процеси, при които настъпва млечна ферментация

- В мускулните клетки

Млечнокиселата ферментация в мускулните клетки е често срещана след тренировка след няколко дни бездействие. Това е очевидно, защото мускулната умора и болката, изпитвани от спортиста, са свързани с наличието на млечна киселина в клетките.

Изображение от 5132824 на www.pixabay.com

Тъй като мускулните клетки се упражняват и запасите от кислород се изчерпват (сърдечно-съдовата и дихателната система не могат да се справят с необходимия транспорт на кислород), те започват да ферментират (дишат без кислород), отделяйки млечна киселина, която може да се натрупва.

- Хранителни продукти

Млечнокиселата ферментация, осъществявана от различни видове бактерии и гъби, се използва от човека в световен мащаб за производството на различни видове храни.

Този метаболизъм, чрез който се характеризират различни микроорганизми, е от съществено значение за икономическото запазване и производството на големи количества храна, тъй като постигнатото от тях киселинно рН като цяло инхибира растежа на други потенциално вредни или патогенни микроорганизми.

Тези храни включват кисело мляко, кисело зеле (ферментирало зеле), кисели краставички, маслини, различни мариновани зеленчуци, различни видове сирене и ферментирало мляко, кефирна вода, някои ферментирали меса и зърнени храни, наред с други.

Киселото мляко

Киселото мляко е ферментирал продукт, получен от мляко и се произвежда благодарение на ферментацията на тази течност от животински произход от вид млечнокисели бактерии, обикновено от видовете Lactobacillus bulgaricus или Lactobacillus acidophilus.

Кисело мляко (Изображение от kamila211 на www.pixabay.com)

Тези микроорганизми превръщат захарите, присъстващи в млякото (включително лактозата), в млечна киселина, така че рН намалява (става кисел) в тази течност, променяйки нейния вкус и текстура. По-твърдата или течна текстура на различните видове кисело мляко зависи от две неща:

1. От едновременното производство на екзополизахариди от ферментативни бактерии, които действат като сгъстители
2. От коагулация, която е резултат от неутрализирането на отрицателните заряди върху млечните протеини, като ефект от промяната на pH, генерирана от производството на млечна киселина, което ги прави напълно неразтворими

Ферментирали зеленчуци

В тази група можем да намерим продукти като маслини, консервирани в саламура. Включени са и препарати на основата на зеле като кисело зеле или корейски кимчи, както са кисели корнишони и мексиканско халапено.

Ферментирали меса

В тази категория са включени колбаси като чоризо, фует, салам и сопресата. Продукти, които се характеризират със своите специфични аромати в допълнение към високата си способност за запазване.

Ферментирала риба и миди

Тя включва различни видове риба и миди, които обикновено са ферментирани смесени с тестени изделия или ориз, какъвто е случаят с Pla raa в Тайланд.

Ферментирали бобови растения

Млечната ферментация, прилагана към бобовите растения, е традиционна практика в някои азиатски страни. Miso, например, е паста, приготвена от ферментирала соя.

Ферментирали семена

В традиционната африканска кухня има голямо разнообразие от продукти, приготвени от ферментирали семена като sumbala или kenkei. Тези продукти включват някои подправки и дори йогурти, приготвени от зърнени храни.

Препратки

1. Beijerinck, MW, За млечнокиселата ферментация в млякото., В: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, pp. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Млечнокисели бактерии. Микробиология на молекулярното вино, 1-во издание; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. Национален съвет за научни изследвания. (1992). Приложения на биотехнологиите в традиционните ферментирали храни. Национални академии.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Принципите на Ленингер в биохимията. Macmillan.
5. Султ, А. (2019). Химия LibreTexts. Произведено на 24 април 2020 г. от chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Ролята на млечнокиселите бактерии в млечната ферментация. Науки за храните и храненето. 05. 435-442. 10.4236 / fns.2014.54051.