LAKTÁTOVÁ FERMENTÁCIA: POSTUP KROK ZA KROKOM A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Mliečna fermentácia , známy tiež ako kyselina mliečna fermentácia je proces syntézy ATP v v neprítomnosti kyslíka, ktoré vykonávajú určité mikroorganizmy, vrátane typu baktérií názvom "kyseliny mliečnej baktérie", ktorý končí kyselinou vylučovanie mliečna.

Považuje sa za typ anaeróbnej „respirácie“ a vykonáva sa tiež niektorými svalovými bunkami cicavcov, keď tvrdo a vysokými rýchlosťami pracujú, čo je vyššia ako kapacita prenosu kyslíka v pľúcnom a kardiovaskulárnom systéme.

Schéma mliečneho kvasenia (Zdroj: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons a upraveného Raquel Parada Puig)

Výraz "fermentácia" sa vo všeobecnosti týka získania energie (vo forme ATP) v neprítomnosti kyslíka, to znamená v anaerobióze a laktátová fermentácia sa týka syntézy ATP a vylučovania kyseliny. kyselina mliečna pri anaerobióze, ako produkty metabolizmu glukózy.

Rovnica produkcie kyseliny mliečnej z glukózy.

Baktérie mliečneho kvasenia

Človek už dlho využíva výhody mliečnej fermentácie na výrobu a konzervovanie potravín a bezpochyby sú baktérie kyseliny mliečnej základným pilierom na tento účel.

Patria do pomerne heterogénnej skupiny baktérií, ktoré majú zvyčajne tvar koky a bacilov; Sú to grampozitívne, nekatalázové, nesporulujúce, imobilné a anaeróbne baktérie, ktoré sú schopné syntetizovať kyselinu mliečnu z pyruvátu tvoreného glykolytickou cestou.

Patria k rôznym rodom, medzi nimi Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus a Lactobacillus, v ktorých sú homofermentatívne a heterofermentatívne druhy.

Homofermentatívne baktérie kyseliny mliečnej produkujú pre každú molekulu glukózy, ktorú konzumujú, dve molekuly kyseliny mliečnej; Na druhej strane, heterofermentatívne baktérie mliečneho kvasenia produkujú napríklad jednu molekulu kyseliny mliečnej a inú napríklad oxid uhličitý alebo etanol.

Proces mliečneho kvasenia (krok za krokom)

Fermentácia kyseliny mliečnej začína bunkou (bakteriálnou alebo svalovou) konzumujúcou glukózu alebo nejaký súvisiaci cukor alebo uhľohydráty. K tejto „spotrebe“ dochádza glykolýzou.

- glykolytická dráha

Investícia do ATP

Spočiatku sa investuje 2 ATP do každej spotrebovanej glukózovej molekuly, pretože je fosforylovaná hexokinázovým enzýmom za vzniku glukózy 6-fosfátu, ktorý je izomerizovaný na fruktózu 6-fosfát (glukóza 6-P izomerázový enzým) a je fosforylovaný späť na fruktózu 1 , 6-bisfosfát (enzým fosfofruktokináza).

Neskôr sa fraktóza 1,6-bisfosfát „rozreže“ na polovicu, aby sa uvoľnili dva triózové fosfáty známe ako glyceraldehyd 3-fosfáty a dihydroxyacetónfosfáty, čo je reakcia katalyzovaná enzýmom aldolázy.

Tieto dva 3-uhlíkové fosforylované cukry sú vzájomne konvertibilné pomocou enzýmu triose fosfát izomerázy, takže sa predpokladá, že až do tohto bodu sa každá spotrebovaná molekula glukózy premení na dve molekuly glyceraldehyd 3-fosfátu, ktoré sú fosforylované na 1,3-bisfosfoglycerát.

Vyššie uvedená reakcia je katalyzovaná enzýmom nazývaným glyceraldehyd 3-fosfát dehydrogenáza (GAPDH), ktorý vyžaduje prítomnosť "redukčnej sily" kofaktora NAD +, bez ktorej nemôže fungovať.

Výroba ATP

V tomto okamihu sa spotrebovali 2 ATP pre každú molekulu glukózy, ale tieto dve molekuly sa „nahradili“ reakciou katalyzovanou enzýmom fosfoglycerátkináza, pri ktorej sa každý 1,3-bisfosfoglycerát premení na 3-fosfoglycerát. a 2ATP sú syntetizované.

Každý 3-fosfoglycerát sa konvertuje na 2-fosfoglycerát enzýmom fosfoglycerát mutáza a to zase slúži ako substrát pre enzýmovú enolázu, ktorá ho dehydratuje a premieňa na fosfoenolpyruvát.

Pri každej spotrebovanej molekule glukózy sa produkujú 2 molekuly pyruvátu a 2 molekuly ATP, pretože fosfoenolpyruvát je substrátom pre enzým pyruvátkináza, ktorý katalyzuje prenos fosforylovej skupiny z fosfoenolpyruvátu na molekulu ADP, pričom vzniká ATP. ,

- Laktátová fermentácia a regenerácia NAD +

Pyruvát, 3-uhlíková molekula, sa konvertuje na kyselinu mliečnu, ďalšiu 3-uhlíkovú molekulu, redukčnou reakciou, ktorá spotrebuje jednu molekulu NADH pre každú molekulu pyruvátu a regeneruje „invertovanú“ NAD + v glykolytickej reakcii. katalyzovaná GAPDH.

Nahradenie použitých molekúl NAD + nevedie k ďalšej produkcii molekúl ATP, ale umožňuje opakovanie glykolytického cyklu (pokiaľ sú k dispozícii uhľohydráty) a pre každú konzumovanú glukózu sa vytvára 2 ATP.

Reakcia je katalyzovaná enzýmom nazývaným laktátdehydrogenáza a ide o niečo podobné:

2C3H3O3 (pyruvát) + 2 NADH → 2C3H6O3 (kyselina mliečna) + 2 NAD +

Príklady procesov, v ktorých dochádza k mliečnemu kvaseniu

- Vo svalových bunkách

Fermentácia kyseliny mliečnej vo svalových bunkách je bežná po tréningu po niekoľkých dňoch nečinnosti. Je to zrejmé, pretože svalová únava a bolesť, ktorú zažil atlét, sú spojené s prítomnosťou kyseliny mliečnej v bunkách.

Obrázok 5132824 na www.pixabay.com

Keď sú svalové bunky vyčerpané a zásoby kyslíka sú vyčerpané (kardiovaskulárny a dýchací systém nedokáže zvládnuť potrebný transport kyslíka), začínajú kvasiť (dýchať bez kyslíka) a uvoľňujú kyselinu mliečnu, ktorá sa môže akumulovať.

- Produkty na jedenie

Kyselina mliečna fermentovaná rôznymi druhmi baktérií a húb používa človek na celom svete na výrobu rôznych druhov potravín.

Tento metabolizmus, ktorým sa vyznačujú rôzne mikroorganizmy, je nevyhnutný pre ekonomické konzervovanie a produkciu veľkého množstva potravín, pretože nimi dosiahnuté kyslé pH všeobecne inhibuje rast ďalších potenciálne škodlivých alebo patogénnych mikroorganizmov.

Medzi tieto potraviny patria okrem iného jogurt, kyslá kapusta (kyslá kapusta), uhorky, olivy, rôzne nakladaná zelenina, rôzne druhy syrov a fermentovaného mlieka, kefírová voda, niektoré fermentované mäso a obilniny.

Jogurt

Jogurt je fermentovaný produkt odvodený z mlieka a vyrába sa vďaka fermentácii tejto tekutiny živočíšneho pôvodu typom baktérií mliečneho kvasenia, zvyčajne druhov Lactobacillus bulgaricus alebo Lactobacillus acidophilus.

Jogurt (Obrázok od kamila211 na www.pixabay.com)

Tieto mikroorganizmy premieňajú cukry prítomné v mlieku (vrátane laktózy) na kyselinu mliečnu, takže pH v tejto tekutine klesá (stáva sa kyslé), čím sa mení jej chuť a štruktúra. Tvrdšia alebo tekutá textúra rôznych druhov jogurtov závisí od dvoch vecí:

1. Zo sprievodnej výroby exopolysacharidov fermentačnými baktériami, ktoré pôsobia ako zahusťovadlá
2. Z koagulácie, ktorá je výsledkom neutralizácie negatívnych nábojov na mliečne bielkoviny, v dôsledku zmeny pH vyvolanej produkciou kyseliny mliečnej, ktorá ich robí úplne nerozpustnými.

Fermentovaná zelenina

V tejto skupine nájdeme výrobky ako olivy konzervované v slanom náleve. Zahrnuté sú aj prípravky na báze kapusty, ako sú kyslá kapusta alebo kórejské kimchi, ako sú nakladané uhorky a mexický jalapeno.

Fermentované mäso

Klobásy ako chorizo, fuet, saláma a sopressatta sú zahrnuté v tejto kategórii. Výrobky, ktoré sa okrem vysokej konzervačnej schopnosti vyznačujú osobitnými arómami.

Kvasené ryby a mäkkýše

Zahŕňa rôzne druhy rýb a mäkkýšov, ktoré sa zvyčajne fermentujú zmiešané s cestovinami alebo ryžou, ako je to v prípade ostrova ra ra v Thajsku.

Fermentované strukoviny

Laktátová fermentácia použitá na strukovinách je v niektorých ázijských krajinách tradičnou praxou. Miso je napríklad pasta vyrobená z fermentovaných sójových bôbov.

Fermentované semená

V tradičnej africkej kuchyni existuje široká škála produktov vyrobených z fermentovaných semien, ako je sumbala alebo kenkei. Tieto výrobky zahŕňajú niektoré korenia a dokonca aj jogurty vyrobené z obilnín.

Referencie

1. Beijerinck, MW, O fermentácii kyseliny mliečnej v mlieku., In: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, s. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Baktérie mliečneho kvasenia. Molecular Wine Microbiology, 1. vydanie; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. Národná rada pre výskum. (1992). Aplikácia biotechnológie v tradičných fermentovaných potravinách. National Academies Press.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.
5. Soult, A. (2019). Chémia LibreTexts. Načítané 24. apríla 2020, z chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Úloha baktérií mliečneho kvasenia pri fermentácii mlieka. Potravinárske a výživové vedy. 05. 435-442. 10,4236 / fns.2014,54051.