MLEČNO VRENJE: KORAK ZA KORAKOM IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Mlečni fermentaciji , znan tudi kot mlečne kisline fermentacijo je postopek sinteze ATP v v odsotnosti kisika, da opravi kakšno mikroorganizmov, vključno z vrsto bakterije imenovane "mlečnokislinske bakterije", ki se konča z izločanjem kisline mlečno.

Velja za vrsto anaerobnega "dihanja", izvajajo pa ga tudi nekatere mišične celice pri sesalcih, kadar trdo delajo in pri visokih hitrostih, večjih od prenosa kisika v pljučnem in kardiovaskularnem sistemu.

Shema mlečne fermentacije (Vir: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons in jo prilagodil Raquel Parada Puig)

Izraz "fermentacija" se na splošno nanaša na pridobivanje energije (v obliki ATP) v odsotnosti kisika, torej v anaerobiozi, mlečna fermentacija pa se nanaša na sintezo ATP in izločanje kisline. mlečna kislina pri anaerobiozi kot produkti presnove glukoze.

Enačba proizvodnje mlečne kisline iz glukoze.

Mlečnokislinske bakterije

Človek že dolgo izkorišča prednosti mlečne fermentacije za proizvodnjo in konzerviranje hrane in brez dvoma so mlečnokislinske bakterije temeljni steber v ta namen.

Te spadajo v precej heterogeno skupino bakterij, ki imajo običajno obliko kakijev in bacilov; So bakterije, ki povzročajo gram, pozitivne, ne katalaze, nesporulacijske, nepremične in anaerobne bakterije, ki so sposobne sintetizirati mlečno kislino iz piruvata, ki nastane po glikolitični poti.

Spadajo v različne rodove, med njimi Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus in Lactobacillus, znotraj katerih obstajajo homofermentativne in heterofermentativne vrste.

Homofermentativne mlečnokislinske bakterije proizvajajo za vsako molekulo glukoze dve molekuli mlečne kisline; Po drugi strani heterofermentativne mlečnokislinske bakterije proizvajajo eno molekulo mlečne kisline in drugo ogljikov dioksid ali etanol.

Postopek mlečne fermentacije (korak za korakom)

Fermentacija mlečne kisline se začne s celico (bakterijsko ali mišično), ki porabi glukozo ali nekaj sorodnega sladkorja ali ogljikovih hidratov. Ta "poraba" se pojavi z glikolizo.

- Glikolitična pot

ATP naložba

Sprva se za vsako porabljeno molekulo glukoze vloži 2 ATP, saj to fosforilira encim hekokinaza, da nastane glukozni 6-fosfat, ki je izomeriziran v fruktozo 6-fosfat (encim glukoza 6-P izomeraza) in fosforilata nazaj v fruktozo 1 , 6-bisfosfat (encim foshofruktokinaza).

Kasneje se 1,6-bisfosfat fruktoze "prereže" na pol, da se sprosti dva triozni fosfat, znana kot gliceraldehid 3-fosfat in dihidroksiaceton fosfat, reakcija katalizira enzim aldolaza.

Ta dva 3-ogljikova fosforilirana sladkorja sta medsebojno pretvorljiva z encimsko triozno fosfatno izomerazo, zato velja, da se do tega trenutka vsaka molekula glukoze pretvori v dve molekuli gliceraldehid 3-fosfata, ki ju fosforiliramo v 1,3-bisfosfoglicerat.

Zgornjo reakcijo katalizira encim, imenovan gliceraldehidna 3-fosfat dehidrogenaza (GAPDH), ki zahteva prisotnost "zmanjšane moči" kofaktorja NAD +, brez katerega ne more delovati.

ATP proizvodnja

Na tej točki poti sta za vsako molekulo glukoze porabili 2 ATP, vendar se ti dve molekuli "nadomestita" z reakcijo, katalizirano z encimsko fosfoglicerat kinazo, s katero se vsak 1,3-bisfosfoglicerat pretvori v 3-fosfoglicerat. in 2ATP se sintetizirata.

Vsak 3-fosfoglicerat pretvori v 2-fosfoglicerat z encimsko fosfogliceratno mutazo, kar pa služi kot substrat za encim enolaza, ki ga dehidrira in pretvori v fosfoenolpiruvat.

Z vsako porabljeno molekulo glukoze nastaneta 2 molekuli piruvata in 2 molekuli ATP, saj je fosfoenolpiruvat substrat za encim piruvat kinazo, ki katalizira prenos fosforilne skupine iz fosfoenolpiruvata v molekulo ADP, pri čemer nastane ATP .

- mlečno vrenje in regeneracija NAD +

Piruvat, 3-ogljikova molekula, se s pomočjo redukcijske reakcije pretvori v mlečno kislino, drugo 3-ogljikovo molekulo, ki porabi eno molekulo NADH za vsako molekulo piruvata in obnavlja "obrnjen" NAD + v glikolitični reakciji. katalizira GAPDH.

Nadomeščanje uporabljenih molekul NAD + ne vodi do dodatne proizvodnje ATP molekul, ampak omogoča, da se glikolitični cikel ponovi (dokler so na voljo ogljikovi hidrati) in za vsako porabljeno glukozo se proizvede 2 ATP.

Reakcijo katalizira encim, imenovan laktat dehidrogenaza, in gre nekako takole:

2C3H3O3 (piruvat) + 2 NADH → 2C3H6O3 (mlečna kislina) + 2 NAD +

Primeri postopkov, v katerih pride do mlečne fermentacije

- V mišičnih celicah

Fermentacija mlečne kisline v mišičnih celicah je pogosta po vadbi po več dneh neaktivnosti. To je očitno, ker so utrujenost mišic in bolečine, ki jih športnik doživlja, povezani s prisotnostjo mlečne kisline v celicah.

Slika 5132824 na www.pixabay.com

Ko se mišične celice izčrpajo in se zaloge kisika izčrpajo (srčno-žilni in dihalni sistemi se ne morejo spoprijeti s potrebnim transportom kisika), začnejo fermentirati (dihati brez kisika) in sproščajo mlečno kislino, ki se lahko nabira.

- Živilski izdelki

Fermentacija mlečne kisline, ki jo izvajajo različne vrste bakterij in gliv, človek po vsem svetu uporablja za proizvodnjo različnih vrst hrane.

Ta presnova, s katero so značilni različni mikroorganizmi, je bistvenega pomena za gospodarsko ohranitev in proizvodnjo velikih količin hrane, saj pH kislin, ki jih dosežemo, na splošno zavira rast drugih potencialno škodljivih ali patogenih mikroorganizmov.

Ta živila med drugim vključujejo jogurt, kislo zelje (fermentirano zelje), kumarice, oljke, različna vložena zelenjava, različne vrste sira in fermentiranega mleka, kefirjeva voda, nekaj fermentiranega mesa in žitaric.

Jogurt

Jogurt je fermentiran izdelek, pridobljen iz mleka, in ga proizvajajo zahvaljujoč fermentaciji te tekočine živalskega izvora vrsta mlečnokislinskih bakterij, na splošno vrst Lactobacillus bulgaricus ali Lactobacillus acidophilus.

Jogurt (Slika kamila211 na www.pixabay.com)

Ti mikroorganizmi pretvorijo sladkorje, ki so prisotni v mleku (vključno z laktozo), v mlečno kislino, zato pH v tej tekočini upade (postane kisel) in spremeni njen okus in teksturo. Trša ali tekoča tekstura različnih vrst jogurta je odvisna od dveh stvari:

1. Od sočasne proizvodnje eksopolisaharidov s fermentacijskimi bakterijami, ki delujejo kot zgoščevalna sredstva
2. Od koagulacije, ki izhaja iz nevtralizacije negativnih nabojev mlečnih beljakovin, kot vpliva na spremembo pH, nastale s proizvodnjo mlečne kisline, zaradi česar so popolnoma netopni

Fermentirana zelenjava

V tej skupini lahko najdemo izdelke, kot so oljke, konzervirane v slanici. Vključeni so tudi pripravki na osnovi zelja, kot so kislo zelje ali korejski kimchi, vloženi so kumarice in mehiška jalapeno.

Fermentirano meso

V to kategorijo spadajo klobase, kot so chorizo, fuet, salame in sopressatta. Izdelki, za katere so značilni tudi njihovi posebni okusi, poleg tega, da ohranjajo visoko zmogljivost.

Fermentirane ribe in školjke

Vključuje različne vrste rib in školjk, ki so običajno fermentirane v mešanici s testeninami ali rižem, kot je to primer na Pla tai na Tajskem.

Fermentirane stročnice

Mlečno vrenje, ki se uporablja za stročnice, je v nekaterih azijskih državah tradicionalna praksa. Miso je na primer pasta iz fermentirane soje.

Fermentirana semena

V tradicionalni afriški kuhinji najdemo široko paleto izdelkov, ki so narejeni iz fermentiranih semen, kot sta sumbala ali kenkei. Ti izdelki vključujejo nekaj začimb in celo jogurte iz žit.

Reference

1. Beijerinck, MW, O fermentaciji mlečne kisline v mleku., V: KNAW, Zbornik prispevkov, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, str. 17–34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Mlečnokislinske bakterije. Mikrobiologija molekularnega vina, 1. izd .; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. Nacionalni raziskovalni svet. (1992). Uporaba biotehnologije v tradicionalnih fermentiranih živilih. National Academies Press.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
5. Soult, A. (2019). Kemija LibreTexts. Pridobljeno 24. aprila 2020 s strani chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Vloga bakterij mlečne kisline v fermentaciji mleka. Znanosti o hrani in prehrani. 05. 435–442. 10.4236 / fns.2014.54051.