PIENO FERMENTACIJA: ŽINGSNIS PO ŽINGSNIO PROCESAS IR PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Pieno fermentacija , taip pat žinomas kaip pieno rūgšties fermentacijos yra sintezės ATP procesas į nesant deguonies, kad atlikti kai kurias mikroorganizmų, įskaitant bakterijų tipas vadinamas "pieno rūgšties bakterijos", kuriuo baigiamas su rūgšties išsiskyrimą pieno.

Tai laikoma anaerobinio „kvėpavimo“ tipu ir taip pat atliekama kai kurių žinduolių raumenų ląstelių, kai jie sunkiai dirba ir dideliu greičiu yra didesni nei plaučių ir širdies bei kraujagyslių sistemos deguonies pernešimo galimybės.

Pieno rūgimo schema (Šaltinis: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) per „Wikimedia Commons“ ir modifikuota Raquel Parada Puig)

Terminas „fermentacija“ paprastai reiškia energijos (ATP formos) gavimą trūkstant deguonies, tai yra, esant anaerobiozei, o pieno rūgimas reiškia ATP sintezę ir rūgšties išsiskyrimą. pieno rūgštis anaerobiozės metu, kaip gliukozės metabolizmo produktai.

Pieno rūgšties gamybos iš gliukozės lygtis.

Pieno rūgšties bakterijos

Žmogus ilgą laiką išnaudojo pieno rūgimo naudą gaminant ir konservuojant maistą, ir, be abejo, pieno rūgšties bakterijos yra pagrindinis šio tikslo ramstis.

Jos priklauso gana nevienalytėms bakterijoms, kurios paprastai būna kokcidų ir bacilų formos; Tai yra gramteigiamos, ne katalazę gaminančios, neporinės, nejudrios ir anaerobinės bakterijos, galinčios sintetinti pieno rūgštį iš piruvatų, susidariusių glikolitiniu būdu.

Jie priklauso skirtingoms gentims, tarp jų - Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus ir Lactobacillus, tarp kurių yra homofermentacinių ir heterofermentacinių rūšių.

Homofermentacinės pieno rūgšties bakterijos kiekvienai jų vartojamai gliukozės molekulei sukuria dvi pieno rūgšties molekules; heterofermentacinės pieno rūgšties bakterijos, kita vertus, gamina vieną pieno rūgšties molekulę, o kita - anglies dioksidą ar etanolį.

Pieno rūgimo procesas (žingsnis po žingsnio)

Pieno rūgšties fermentacija prasideda ląstelei (bakterijai ar raumenims), sunaudojančiai gliukozės ar tam tikro susijusio cukraus ar angliavandenių. Šis „suvartojimas“ vyksta per glikolizę.

- Glikolitinis kelias

ATP investicija

Iš pradžių 2 ATP investuojama į kiekvieną suvartotą gliukozės molekulę, nes tai fosforilinamas heksokinazės fermento, gaunant gliukozės 6-fosfatą, kuris yra izomerizuotas į fruktozės 6-fosfatą (gliukozės 6-P izomerazės fermentą) ir fosforilinamas atgal į fruktozę 1. , 6-bisfosfatas (fosfofruktokinazės fermentas).

Vėliau fruktozės 1,6-bisfosfatas „perpjaunamas“ per pusę, kad išsiskirtų du triozės fosfatai, žinomi kaip glicerraldehido 3-fosfatas ir dihidroksiacetono fosfatas - reakcija, katalizuojama aldolazės fermento.

Šie du 3 anglies fosforilinti cukrūs yra tarpusavyje keičiami fermento triozės fosfato izomerazės būdu, todėl manoma, kad iki šio momento kiekviena sunaudota gliukozės molekulė virsta dviem glicerraldehido 3-fosfato molekulėmis, kurios fosforilinamos į 1,3-bisfosfogliceratas.

Aukščiau aprašytą reakciją katalizuoja fermentas, vadinamas glicerraldehido 3-fosfato dehidrogenaze (GAPDH). Tam reikalingas kofaktoriaus NAD + „redukuojamoji galia“, be kurio jis negali veikti.

ATP gamyba

Šiame maršruto taške kiekvienai gliukozės molekulei buvo sunaudota 2 ATP, tačiau šias dvi molekules „pakeičia“ reakcija, katalizuojama fermento fosfoglicerinato kinazės, kurios metu kiekvienas 1,3-bisfosfogliceratas paverčiamas 3-fosfogliceridu. ir 2ATP yra sintetinami.

Kiekvienas 3-fosfogeliceratas yra paverčiamas 2-fosfogeliceritu fermento fosfoglicerinato mutaze ir tai, savo ruožtu, yra fermento enolazės substrato, kuris jį dehidratuoja ir paverčia fosfoenolpiruvatu.

Su kiekviena sunaudota gliukozės molekule susidaro 2 molekulės piruvato ir 2 molekulės ATP, nes fosfoenolpiruvatas yra fermento piruvato kinazės substratas, kuris katalizuoja fosforilo grupės perkėlimą iš fosfoenolpiruvato į ADP molekulę, gamindamas ATP. .

- Pieno fermentacija ir NAD + regeneracija

Piruvatas, 3 anglies molekulė, paverčiamas pieno rūgštimi, kita 3 anglies molekulėmis, vykdant redukcijos reakciją, kuriai sunaudojama viena NADH molekulė kiekvienai piruvato molekulei, regeneruojant „apverstą“ NAD + glikolitinėje reakcijoje. katalizuojamas GAPDH.

Naudotų NAD + molekulių pakeitimas nesukelia papildomo ATP molekulių gaminimo, tačiau leidžia glikolitiniam ciklui pasikartoti (tol, kol yra angliavandenių) ir kiekvienai suvartotai gliukozei susidaro 2 ATP.

Reakciją katalizuoja fermentas, vadinamas laktato dehidrogenaze, ir vyksta maždaug taip:

2C3H3O3 (piruvatas) + 2 NADH → 2C3H6O3 (pieno rūgštis) + 2 NAD +

Pieno fermentacijos procesų pavyzdžiai

- Raumenų ląstelėse

Pieno rūgšties fermentacija raumenų ląstelėse yra įprasta po treniruotės po kelių dienų neveiklumo. Tai akivaizdu, nes sportininko patirtas raumenų nuovargis ir skausmas yra susijęs su pieno rūgšties buvimu ląstelėse.

Paveikslėlis 5132824 svetainėje www.pixabay.com

Dėl raumenų ląstelių mankštos ir deguonies atsargų išeikvojimo (širdies ir kraujagyslių bei kvėpavimo sistemos negali susidoroti su reikiamu deguonies transportavimu), jos pradeda fermentuoti (kvėpuoti be deguonies), išskirdamos pieno rūgštį, kuri gali kauptis.

- Maisto produktai

Pieno rūgšties fermentaciją, kurią vykdo skirtingų rūšių bakterijos ir grybeliai, žmogus visame pasaulyje naudoja įvairių rūšių maistui gaminti.

Šis metabolizmas, kuriam būdingi skirtingi mikroorganizmai, yra būtinas ekonomiškai išsaugoti ir gaminti didelius maisto kiekius, nes jų pasiektas rūgšties pH paprastai slopina kitų potencialiai kenksmingų ar patogeninių mikroorganizmų augimą.

Į šiuos maisto produktus įeina jogurtas, rauginti kopūstai (rauginti kopūstai), marinuoti agurkai, alyvuogės, skirtingos marinuotos daržovės, skirtingos sūrio rūšys ir fermentuotas pienas, kefyro vanduo, rauginta mėsa ir grūdai.

Jogurtas

Jogurtas yra fermentuotas produktas, gaunamas iš pieno ir gaunamas dėl šio gyvūninės kilmės skysčio fermentavimo pieno rūgšties bakterijų, paprastai Lactobacillus bulgaricus arba Lactobacillus acidophilus rūšių, fermentacija.

Jogurtas (kamila211 atvaizdas www.pixabay.com)

Šie mikroorganizmai piene esantį cukrų (įskaitant laktozę) paverčia pieno rūgštimi, todėl šio skysčio pH sumažėja (tampa rūgštus), pakeisdamas jo skonį ir struktūrą. Kietesnė ar skystesnė įvairių rūšių jogurto tekstūros priklauso nuo dviejų dalykų:

1. Dėl to, kad fermentuojančios bakterijos gamina egzopolisacharidus, kurie veikia kaip tirštikliai
2. Dėl krešėjimo, kurį sukelia pieno baltymų neigiamų krūvių neutralizavimas, dėl pieno pokyčio, kurį sukelia pieno rūgšties gamyba, pokyčio, dėl kurio jie visiškai netirpsta

Fermentuotos daržovės

Šioje grupėje galime rasti tokių produktų kaip alyvuogės, konservuotos sūryme. Taip pat įeina kopūstų pagrindu pagaminti preparatai, tokie kaip rauginti kopūstai ar korėjietiški kimchi, kaip ir marinuoti agurkai bei meksikietiškas jalapeno.

Fermentuota mėsa

Į šią kategoriją įeina tokios dešros kaip chorizo, fetas, saliamis ir sopressatta. Produktai, pasižymintys ypatingu skoniu, be to, kad turi daug konservavimo galimybių.

Fermentuotos žuvys ir vėžiagyviai

Tai apima įvairių rūšių žuvis ir vėžiagyvius, kurie dažniausiai fermentuojami maišant su makaronais ar ryžiais, kaip tai daroma Pla Rajje Tailande.

Fermentuoti ankštiniai augalai

Pieno fermentacija ankštiniams augalams yra tradicinė praktika kai kuriose Azijos šalyse. Miso, pavyzdžiui, yra pasta, pagaminta iš fermentuotų sojų pupelių.

Fermentuotos sėklos

Tradicinėje Afrikos virtuvėje yra daugybė produktų, pagamintų iš raugintų sėklų, tokių kaip sumbala ar kenkei. Šiuos produktus sudaro kai kurie pagardai ir netgi jogurtai, gaminami iš grūdų.

Nuorodos

1. Beijerinck, MW, Dėl pieno rūgšties fermentacijos piene., In: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, pp. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., ir de las Rivas, B. (2011). Pieno rūgšties bakterijos. Molekulinio vyno mikrobiologija, 1-asis leidimas; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191–226.
3. Nacionalinė tyrimų taryba. (1992). Biotechnologijų pritaikymas tradiciniuose fermentuotuose maisto produktuose. Nacionalinė akademijų spauda.
4. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.
5. Soult, A. (2019). Chemija „LibreTexts“. Gauta 2020 m. Balandžio 24 d. Iš chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati ir Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Pieno rūgšties bakterijų vaidmuo fermentuojant pieną. Maisto ir mitybos mokslai. 05. 435–442. 10.4236 / fns.2014.54051.