Გლუკოზის ფერმენტაციის რეაქცია. დუღილის სახეები, მნიშვნელობა და პროდუქტი

გლუკოზის დუღილი არის ერთ-ერთი მთავარი რეაქცია, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია ალკოჰოლური სასმელების მომზადება. ეს შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა გზით, რომელთაგან თითოეული ინდივიდუალური პროდუქტი იქმნება. ეს პროცესი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ჩვენი ცხოვრების ბევრ სფეროში, სამზარეულოსა და სამზარეულოს არაორაზმში იმ რეაქციებზე, რომელიც ჩვენს სხეულში ხდება.

ისტორია

გლუკოზის და სხვა შაქრის დუღილის პროცესს უძველესი ადამიანები იყენებდნენ. ისინი ჭამდნენ ცოტა შემწვარი საკვები. ეს საკვები უსაფრთხო იყო, რადგან ის შეიცავს ალკოჰოლს, რომლის საშუალებითაც ბევრი საზიანო ბაქტერია მოკლეს. ძველ ეგვიპტესა და ბაბილონში ხალხმა უკვე იცოდა, თუ როგორ გაამწვავებდნენ შაქრის შემცველ სასმელებს და რძეს. როდესაც XX საუკუნის ბოლოსმა ადამიანმა შეძლო უკეთესად შეისწავლოს ეს პროცესი, მისი სახეები და შესაძლებლობები გაუმჯობესების მიზნით, ისეთი მრეწველობისა, როგორიცაა kvass, მწიფდება და მეღვინეობა ძალიან ხარისხიანად გაიზარდა.

სახეობების დუღილი

უცნაურად საკმარისია, ეს პროცესი განსხვავებულია. და გამოყოფს საბოლოო პროდუქტებში გლუკოზის დუღილის ტიპებს შორის. ამდენად, არსებობს ლაქტომია, ალკოჰოლი, ლიმონმჟავა, აცეტონი, ოლეური მჟავა და რამდენიმე სხვა. მოდით ვისაუბროთ თითოეული ტიპის შესახებ ცალკე. გლუკოზის ლაქტური მჟავა ფერმენტაცია წარმოადგენს ძირითად პროცესს ისეთი პროდუქტების მომზადებაში, როგორიცაა რძის, არაჟანი, ყეფირების, კოტეჯის ყველი. იგი ასევე გამოიყენება ბოსტნეულის შენარჩუნებაში და ასრულებს საკვანძო ფუნქციას ჩვენს ორგანიზმში: ჟანგბადის არარსებობის პირობებში გლუკოზა გარდაიქმნება საბოლოო პროდუქტი - ლაქტომია, რომელიც იწვევს ტკივილის დროს კუნთების დროს და ოდნავ მას შემდეგ.

ალკოჰოლური დუღილი ხასიათდება იმით, რომ ეთილის სპირტი საბოლოო პროდუქტის სახით ჩამოყალიბდა. ეს ხდება მიკროორგანიზმების დახმარებით - საფუარი. და გადამწყვეტი როლი თამაშობს სამზარეულოში, რადგან ძირითადი პროდუქტის გარდა, გლუკოზის ალკოჰოლური ფერმენტაცია ნახშირბადის დიოქსიდის ავრცელებს (ეს ხსნის ფუტკრის ტენიანობას).

ლიმონის მჟავა დუღილი ხდება, რადგან არ არის ძნელი წარმოსადგენია ლიმონის მჟავების ფორმირება. ეს ხდება გარკვეული ტიპის სოკოების გავლენის ქვეშ და კრბსის ციკლის ნაწილია , რომელიც უზრუნველყოფს სხეულის ყველა უჯრედის სუნთქვას.

აცეტონი-ბუტილის ფერმენტაცია ძალიან ჰგავს Butyric მჟავას. შედეგად, იგი ქმნის ოლეური მჟავას, ბუტილსა და ეთილ სპირტს, აცეტონს და ნახშირორჟანგს. ნავთობის მჟავა ფერმენტაცია, მხოლოდ მჟავა და ნახშირბადის დიოქსიდი შეესაბამება სახელს.

ახლა ჩვენ ყველა სახეობას უფრო დეტალურად შევხედავთ და დავიწყებთ გლუკოზის ალკოჰოლური სასმელებით. დეტალურად გაანალიზდება ყველა რეაქცია და მათი რადიუსური ცოდნა.

ალკოჰოლური დუღილი

გლუკოზის დუღილის შესახებ ცოტათი გვეტყვით, რომლის განტოლება: C ₆ H ₁₂ O ₆ = 2C ₂ H ₅ OH + 2CO ₂ . რის სწავლა შეგიძლია? ჩვენ გვაქვს ორი პროდუქტი: ეთილის სპირტი და ნახშირორჟანგი. ამ უკანასკნელის გამო, ჩვენ საფრთხეს ვუყურებთ საფუარის ტესტს. და პირველ რიგში, ჩვენ გვაქვს შესაძლებლობა, მიიღონ დაუვიწყარი გემო ღვინო და ღვინო. სინამდვილეში ეს მხოლოდ გამარტივებული განტოლებაა. გლუკოზის დუღილის სრული რეაქცია უფრო გართულებულია, მოდი ვიღონოთ ცოტა უფრო ღრმა.

არსებობს გლიკოლიზის პროცესი. სიტყვასიტყვით მისი სახელი ითარგმნება როგორც "გაყოფა შაქარი". ეს ხდება ორგანიზმში და მისი პროდუქტი პიროვიუმის მჟავაა და მთავარია ადენოზინ ტრიფოსფორის მჟავა (ATP), რომელიც ამ რეაქციის დროს წარმოიქმნება სხვა ნაერთისგან. შეიძლება ითქვას, რომ ATP არის ენერგიის გადამზიდი ორგანოს სხეულში, და სინამდვილეში გლიკოლიზი ემსახურება ჩვენს ორგანოს ენერგიით.

ამ პროცესს ვერ ვნებით. სინამდვილეში, ფერმენტაცია ძალიან გლუკოზალიზდება, რადგან პირველი ეტაპი მათთვის ზუსტად იგივეა. შეიძლება ითქვას, რომ გლუკოზის ალკოჰოლური ფერმენტაციის რეაქცია გლიკოლიზის გაგრძელებაა. ამ უკანასკნელის დროს ჩამოყალიბებული პირუტუტი (პირუვი მჟავა იონი) აცალდაჰეიდში (CH ₃ -C (O) H) გარდაიქმნება, როგორც ნახშირორჟანგის გათავისუფლება, როგორც პროდუქტი. ამის შემდეგ, შედეგად პროდუქტის შემცირდება coenzyme NADH შეიცავს ბაქტერიების. შემცირება იწვევს ეთილის სპირტის ფორმირებას.

ამდენად, ეთანოლის გლუკოზის ფერმენტაციის რეაქცია ასეთია:

1) C ₆ H ₁₂ O ₆ = 2 C ₃ H ₄ O ₃ + 4 H ⁺

2) C ₃ H ₄ O ₃ = CH _3- COH + CO ₂

3) CH _3- COH + NADH + H ⁺ = C ₂ H ₅ OH + NAD ⁺

NADH წარმოადგენს რეაქციულ კატალიზატორს, ხოლო NAD ⁺ იონი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს გლიკოლიზის ადრეულ ეტაპზე და ალკოჰოლური დუღილის ბოლოს შეიქმნება პროცესში.

მოდი გადავიდეთ მომავალი ტიპის რეაქციების გამოკვლევა.

ლაქტური მჟავა გლუკოზის ფერმენტაცია

ალკოჰოლიდან ეს სახეობები განსხვავდება იმაში, რომ ის არ არის საფუარის გავლენის ქვეშ, არამედ ლაქტომიას მჟავას ბაქტერიით. აქედან გამომდინარე, სრულიად განსხვავებული პროდუქცია გვაქვს. Lactic მჟავა დუღილის ასევე გვხვდება ჩვენი კუნთების მაღალი დატვირთვები და ნაკლებობა ჟანგბადის.

ამ პროცესის ორი ტიპი არსებობს. პირველი არის homofermentative დუღილის. თუ გსმენიათ პრეფიქსი "ჰომოს", მაშინ დარწმუნებული ვარ, რას ნიშნავს ეს. Homofermentative დუღილის არის პროცესი, რომელიც მოიცავს ერთი ფერმენტის. პირველ ეტაპზე გლიკოლისი ხდება და პირავი მჟავა იქმნება. ამის შემდეგ მწვავე პიუარვატი (ამ მჟავას შეუძლია მხოლოდ იონების არსებობა) იწვევს ჰიდროგენერაციას NADH ⁺ H და ლაქტატის დეჰიდროგენაზას. შედეგად, შემცირების პროდუქტი არის ლაქტური მჟავა, რომელიც რეაქციის დროს მიღებულ ყველა პროდუქტზე დაახლოებით 90% -ს შეადგენს. ეს შემადგენლობა შეიძლება ასევე ჩამოყალიბდეს ორი განსხვავებული იზომერის სახით: D და L. ამ ტიპის განსხვავებაა, რომ ისინი ერთმანეთის სარკისებურად გამოხატულებაა და, შესაბამისად, ჩვენს სხეულს სხვაგვარად იმოქმედებს. რა იზომერი ჩამოყალიბდება უფრო დიდი მოცულობით განსაზღვრავს ლაქტატის დეჰიდროგენაზის სტრუქტურას.

მოდით გადავიდეთ მეორე ტიპის ლაქტურ ფერმენტაციაზე - ჰეტეროპერატორი. ამ პროცესში მონაწილეობს რამდენიმე ფერმენტი და ის უფრო რთული გზებით მიდის. ამის გამო, რეაქციის დროს წარმოიქმნება უფრო მეტი პროდუქტი: გარდა ლაქტური მჟავისა, ჩვენ შეგვიძლია მოვძებნოთ იქაური მჟავა და ეთილის სპირტი.

ამიტომ შევხედე ლაქტომიას მჟავა დუღილი. ეს არის ის პროცესი, რომლითაც ჩვენ შეგვიძლია ისიამოვნოთ ხაჭო, იოგურტი, რიზანკენკა და კეფირი. შევაჯამოთ და დავწერო ზოგადად გლუკოზის ლაქტური მჟავა ფერმენტაციის რეაქცია: C ₆ H ₁₂ O ₆ = 2 C ₃ H ₆ O ₃ . რასაკვირველია, ეს არის ჰომოფარმენტალური დუღილის პროცესის გამარტივებული სქემა, რადგან ჰეტეროგენიზმური პროცესის სქემაც ძალიან რთულია. ქიმიკოსები კვლავ სწავლობენ გლუკოზის რძის ფერმენციას და აღმოაჩენენ მის სრულ მექანიზმებს, ამიტომ ჯერ კიდევ ბევრი რამისკენ მიისწრაფვის.

ლიმონის ფერმენტირებული დუღილი

ამ სახის დუღილის რეაქციები მოხდება ალკოჰოლთან ერთად, გარკვეულ დაძაბულობის სოკოების გავლენის ქვეშ. ამ რეაქციის სრული მექანიზმი ჯერ კიდევ არ არის გასაგები და ჩვენ შეგვიძლია მხოლოდ გარკვეული გამარტივების საფუძველზე. თუმცა, არსებობს წინადადებები, რომ პროცესის საწყისი ეტაპი გლიკოლიზია. შემდეგ პიროვიუმის მჟავა იქცევა სხვადასხვა მჟავებად და მოყვება ლიმონი. ამგვარი მექანიზმის გამო, სხვა მჟავები რეაქციის დროს აგროვებენ, გლუკოზის არასრული ოქსიდანის პროდუქცია.

ეს პროცესი ჟანგბადის გავლენით მიმდინარეობს და, ზოგადად, შეიძლება ჩაითვალოს შემდეგი განტოლებად: 2C ₆ H ₁₂ O ₆ + 3 O ₂ = 2C ₆ H ₈ O ₇ + 4H ₂ O. ამ ტიპის ფერმენტაციის აღმოჩენის წინ ადამიანებმა მოპოვებული ლიმონმჟავა მხოლოდ ხეების ნაყოფის ნაკეცი. თუმცა, ამ მჟავის ლიმონით არა უმეტეს 15%, ასე რომ ეს მეთოდი აღმოჩნდა მიზანშეწონილი და ამ რეაქციის აღმოჩენის შემდეგ ყველა მჟავა დაიწყო დუღილის მიერ წარმოებული.

ცხიმიანი დუღილი

გააგრძელეთ შემდეგი ტიპი. ამ ტიპის დუღილი ხდება ბუტიკ-მჟავის ბაქტერიის მოქმედებით. ისინი ფართოდ არიან გავრცელებული და პროცესი, რომელიც იწვევს მათ, მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ბიოლოგიურად მნიშვნელოვან ციკლში. ამ ბაქტერიის დახმარებით, მკვდარი ორგანიზმების დაშლა ხდება. რეაქციის დროს ჩამოყალიბებული ზეთოვანი მჟავა აწვდის სკვერების სურნელს.

ამ ტიპის დუღილი გამოიყენება ინდუსტრიაში. როგორც თქვენ ალბათ მიხვდებიან, ისინი იღებენ ოლეურ მჟავას. მისი ეთერები ფართოდ გამოიყენება პარფიუმერულ და სასიამოვნო სუნი, განსხვავებით საკუთარი. თუმცა, ნავთობის დუღილი ყოველთვის არ არის სასარგებლო. მას შეუძლია გამოიწვიოს ბოსტნეული, დაკონსერვებული საქონელი, რძე და სხვა პროდუქტები. მაგრამ ეს შეიძლება მოხდეს, თუ მხოლოდ ნავთობის ბაქტერია მოხვდება პროდუქტიში.

განვიხილოთ გლუკოზის ნედლეულის მექანიზმის ანალიზი. მისი რეაქცია ასეთია: C ₆ H ₁₂ O ₆ → CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOH + 2CO ₂ ^ 2H ₂ . შედეგად, ენერგია ასევე იწარმოება, რომელიც უზრუნველყოფს ბუტური მჟავას ბაქტერიის სიცოცხლისუნარიანობას.

აცეტონი-ბუთილი ფერმენტაცია

ეს ტიპი ძალიან ჰგავს Butyric მჟავას. არა მხოლოდ გლუკოზა, არამედ გლიცერინი და პირავი მჟავა ამ გზით. ეს პროცესი შეიძლება დაიყოს ორ ეტაპად: პირველი (უწოდებენ მჟავას) ფაქტობრივად ოლეური მჟავა ფერმენტაცია. თუმცა, გარდა ამისა, ნავთობის, ძმარმჟავას ასევე გაათავისუფლეს. ამ გზით გლუკოზის დუღილის შედეგად მივიღებთ პროდუქტებს, რომლებიც მეორე საფეხურზე მიდიან (აცეტონობუტი). მას შემდეგ, რაც მთელი პროცესი ასევე ხდება ბაქტერიების მოქმედებით, მაშინ მჟავის მომატება (მჟავების კონცენტრაციის ზრდა) იწვევს სპეციალურ ფერმენტების გათავისუფლებას ბაქტერიების მიერ. ისინი იწვევენ რეაქციას გლუკოზის ფერმენტაციის პროდუქტების ნ-ბუტანის (ბუტილის სპირტის) და აცეტონის კონვერტაციისთვის. გარდა ამისა, ზოგიერთი ეთანოლი შეიძლება ჩამოყალიბდეს.

სხვა სახის დუღილი

ამ პროცესის ამ ხუთი ტიპის გარდა, კიდევ რამდენიმეა. მაგალითად, ეს არის აცეტიკური ფერმენტაცია. ეს ასევე ხდება მრავალი ბაქტერიის მოქმედებით. ამ ტიპის ფერმენტაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას სასარგებლო მიზნებისთვის, როდესაც კრეფა. იგი იცავს საკვები პათოგენებისა და საშიში ბაქტერიებისგან. ასევე გამოირჩევა ალკალინი ან მეთანი დაფქვა. წინა ტიპისგან განსხვავებით, ამ ტიპის დუღილი შეიძლება ჩატარდეს ყველაზე ორგანული ნაერთებისთვის. კომპლექსური რეაქციების დიდი რაოდენობის შედეგად ორგანული ნივთიერებები გაყოფილია მეთანის, წყალბადის და ნახშირბადის დიოქსიდის სახით.

ბიოლოგიური როლი

ფერმენტაცია არის ცოცხალი ორგანიზმების მიერ ენერგიის მოპოვების უძველესი მეთოდი. ზოგიერთი არსება აწარმოებს ორგანულ ნივთიერებებს, რომლებიც იწვევენ ენერგეტიკას, ზოგი კი ამ ნივთიერებების განადგურებას, ხოლო ენერგიის მიღებას. ჩვენს ცხოვრებაში მთელი ცხოვრება აგებულია. და თითოეული ჩვენგანისგან ერთგვაროვანი ფორმით ან სხვა ფორმით. როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ლაქტური ფერმენტაცია კუნთებში ინტენსიური ვარჯიშის დროს ხდება.

რა უნდა წაიკითხო?

თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ ამ ძალიან საინტერესო პროცესის ბიოქიმიაში, ღირსეულად იწყება სასკოლო სახელმძღვანელოები ქიმიისა და ბიოლოგიის შესახებ. ბევრ საუნივერსიტეტო სახელმძღვანელოში იმდენად დეტალური მასალაა მითითებული, რომ მათ კითხვის შემდეგ შეგიძლია მხოლოდ ამ სფეროში მომუშავე ექსპერტი.

დასკვნა

ასე რომ, ჩვენ ბოლომდე მივედით. ჩვენ განვიხილეთ ყველა სახის გლუკოზის დუღილი და ამ პროცესების ზოგადი პრინციპები, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ როგორც ცოცხალი ორგანიზმების ფუნქციონირებასა და ჩვენს ინდუსტრიაში. შესაძლებელია, რომ მომავალში ჩვენ დავიწყებთ ამ უძველესი პროცესის კიდევ რამდენიმე სახეობას და ისწავლის, როგორ გამოვიყენოთ ისინი საკუთარი თავის სასარგებლოდ, ისევე როგორც ჩვენთვის უკვე ცნობილი.