FERMENTACJA MLEKOWA: PROCES KROK PO KROKU I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Mlekowy fermentacji , znana również jako fermentacji kwasu mlekowego jest proces syntezy ATP w tym przypadku braku tlenu, wykonywania pewnych drobnoustrojów, w tym bakterii typu zwanego „bakterie kwasu mlekowego”, który kończy się wydalanie kwasu mlekowy.

Uważa się, że jest to rodzaj beztlenowego „oddychania” i jest również przeprowadzane przez niektóre komórki mięśniowe ssaków, kiedy pracują ciężko iz dużą prędkością, większą niż zdolność transportu tlenu w układzie płucnym i sercowo-naczyniowym.

Schemat fermentacji mlekowej (źródło: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) za pośrednictwem Wikimedia Commons i zmodyfikowane przez Raquel Parada Puig)

Termin „fermentacja” ogólnie odnosi się do pozyskiwania energii (w postaci ATP) pod nieobecność tlenu, to znaczy w warunkach beztlenowej, a fermentacja mlekowa odnosi się do syntezy ATP i wydalania kwasu. kwas mlekowy w anaerobiozie, jako produkt metabolizmu glukozy.

Równanie produkcji kwasu mlekowego z glukozy.

Bakterie kwasu mlekowego

Człowiek od dawna wykorzystuje zalety fermentacji mlekowej do produkcji i konserwowania żywności i bez wątpienia bakterie kwasu mlekowego są fundamentalnym filarem tego celu.

Należą one do dość niejednorodnej grupy bakterii, które zwykle mają kształt ziarniaków i pałeczek; Są to bakterie Gram-dodatnie, nie wytwarzające katalazy, nie zarodnikujące, nieruchome i beztlenowe, zdolne do syntezy kwasu mlekowego z pirogronianu powstającego na szlaku glikolitycznym.

Należą do różnych rodzajów, między innymi Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus i Lactobacillus, w których występują gatunki homofermentacyjne i heterofermentacyjne.

Homofermentacyjne bakterie kwasu mlekowego wytwarzają dwie cząsteczki kwasu mlekowego na każdą spożywaną przez siebie cząsteczkę glukozy; Z drugiej strony heterofermentacyjne bakterie kwasu mlekowego wytwarzają na przykład jedną cząsteczkę kwasu mlekowego, a drugą dwutlenek węgla lub etanol.

Proces fermentacji mlekowej (krok po kroku)

Fermentacja kwasu mlekowego rozpoczyna się od spożycia przez komórkę (bakteryjną lub mięśniową) glukozy lub innego pokrewnego cukru lub węglowodanów. To „zużycie” następuje poprzez glikolizę.

- Szlak glikolityczny

Inwestycja ATP

Początkowo inwestuje się 2 ATP na każdą zużytą cząsteczkę glukozy, ponieważ jest ona fosforylowana przez enzym heksokinazę w celu uzyskania 6-fosforanu glukozy, który jest izomeryzowany do fruktozo-6-fosforanu (enzym izomerazy glukozy 6-P) i jest fosforylowany z powrotem do fruktozy 1 , 6-bisfosforan (enzym fosfofruktokinaza).

Później 1,6-bisfosforan fruktozy jest „przecinany” na pół, aby uwolnić dwa fosforany triozy znane jako 3-fosforan gliceraldehydu i fosforan dihydroksyacetonu, co jest reakcją katalizowaną przez enzym aldolazę.

Te dwa 3-węglowe fosforylowane cukry są wzajemnie przekształcalne ze sobą przez enzym izomerazę triozofosforanową, dlatego uważa się, że do tego momentu każda zużyta cząsteczka glukozy jest przekształcana w dwie cząsteczki 3-fosforanu aldehydu glicerynowego, które są fosforylowane do 1,3-bisfosfoglicerynian.

Powyższa reakcja jest katalizowana przez enzym zwany dehydrogenazą gliceraldehydo-3-fosforanu (GAPDH), który wymaga obecności „siły redukującej” kofaktora NAD +, bez której nie może funkcjonować.

Produkcja ATP

Na tym etapie drogi 2 ATP zostało zużyte na każdą cząsteczkę glukozy, ale te dwie cząsteczki są „zastępowane” przez reakcję katalizowaną przez enzym kinazę fosfoglicerynianową, w której każdy 1,3-bisfosfoglicerynian jest przekształcany w 3-fosfoglicerynian. i 2ATP są syntetyzowane.

Każdy 3-fosfoglicerynian jest przekształcany w 2-fosfoglicerynian przez enzym mutazę fosfoglicerynianową, a ten z kolei służy jako substrat dla enzymu enolazy, który odwadnia go i przekształca w fosfoenolopirogronian.

Z każdą zużytą cząsteczką glukozy wytwarzane są 2 cząsteczki pirogronianu i 2 cząsteczki ATP, ponieważ fosfoenolopirogronian jest substratem dla enzymu kinazy pirogronianowej, który katalizuje przeniesienie grupy fosforylowej z fosfoenolopirogronianu do cząsteczki ADP, wytwarzając ATP .

- Fermentacja mlekowa i regeneracja NAD +

Pirogronian, 3-węglowa cząsteczka, jest przekształcany w kwas mlekowy, kolejną 3-węglową cząsteczkę, w wyniku reakcji redukcji, która zużywa jedną cząsteczkę NADH na każdą cząsteczkę pirogronianu, regenerując „odwrócony” NAD + w reakcji glikolitycznej. katalizowane przez GAPDH.

Zastąpienie użytych cząsteczek NAD + nie prowadzi do dodatkowej produkcji cząsteczek ATP, ale pozwala na powtórzenie się cyklu glikolitycznego (o ile dostępne są węglowodany) i 2 ATP są wytwarzane na każdą spożytą glukozę.

Reakcja jest katalizowana przez enzym zwany dehydrogenazą mleczanową i przebiega mniej więcej tak:

2C3H3O3 (pirogronian) + 2 NADH → 2C3H6O3 (kwas mlekowy) + 2 NAD +

Przykłady procesów, w których zachodzi fermentacja mlekowa

- W komórkach mięśniowych

Fermentacja kwasu mlekowego w komórkach mięśniowych jest powszechna po treningu po kilku dniach bezczynności. Jest to oczywiste, ponieważ zmęczenie mięśni i ból doświadczany przez sportowca są związane z obecnością kwasu mlekowego w komórkach.

Zdjęcie 5132824 na www.pixabay.com

Gdy komórki mięśniowe ćwiczą i wyczerpują się zapasy tlenu (układ sercowo-naczyniowy i oddechowy nie radzą sobie z niezbędnym transportem tlenu), zaczynają one fermentować (oddychać bez tlenu), uwalniając kwas mlekowy, który może się gromadzić.

- Produkty żywieniowe

Fermentacja kwasu mlekowego prowadzona przez różne gatunki bakterii i grzybów jest wykorzystywana przez człowieka na całym świecie do produkcji różnych rodzajów żywności.

Ten metabolizm, za pomocą którego charakteryzują się różne mikroorganizmy, jest niezbędny do ekonomicznej konserwacji i produkcji dużych ilości pożywienia, ponieważ osiągane przez nie kwaśne pH hamuje wzrost innych potencjalnie szkodliwych lub patogennych mikroorganizmów.

Te produkty obejmują między innymi jogurt, kapustę kiszoną (kiszoną kapustę), pikle, oliwki, różne marynowane warzywa, różne rodzaje serów i mleka fermentowanego, wodę kefirową, niektóre fermentowane mięsa i zboża.

Jogurt

Jogurt jest produktem fermentowanym pochodzącym z mleka i jest wytwarzany w wyniku fermentacji tego płynu pochodzenia zwierzęcego przez pewien rodzaj bakterii kwasu mlekowego, głównie z gatunku Lactobacillus bulgaricus lub Lactobacillus acidophilus.

Jogurt (zdj. Kamila211 na www.pixabay.com)

Mikroorganizmy te przekształcają cukry obecne w mleku (w tym laktozę) w kwas mlekowy, dzięki czemu pH w tej cieczy spada (staje się kwaśne), modyfikując jej smak i konsystencję. Twardsza lub płynna konsystencja różnych rodzajów jogurtu zależy od dwóch rzeczy:

1. Od jednoczesnej produkcji egzopolisacharydów przez bakterie fermentacyjne, które działają jako środki zagęszczające
2. Z koagulacji, która wynika z neutralizacji ładunków ujemnych na białkach mleka, w wyniku zmiany pH generowanej przez produkcję kwasu mlekowego, co czyni je całkowicie nierozpuszczalnymi

Warzywa fermentowane

W tej grupie możemy znaleźć takie produkty jak oliwki zakonserwowane w solance. Uwzględniono również preparaty na bazie kapusty, takie jak kiszona kapusta lub koreańskie kimchi, podobnie jak marynowane korniszony i meksykańskie jalapeno.

Mięsa fermentowane

Kategoria ta obejmuje kiełbasy takie jak chorizo, fuet, salami i sopressatta. Produkty, które charakteryzują się szczególnymi smakami, a także dużą zdolnością konserwacyjną.

Sfermentowane ryby i skorupiaki

Obejmuje różne rodzaje ryb i skorupiaków, które są zwykle fermentowane i miesza się z makaronem lub ryżem, jak ma to miejsce w przypadku Pla raa w Tajlandii.

Sfermentowane rośliny strączkowe

Fermentacja mlekowa stosowana do roślin strączkowych jest tradycyjną praktyką w niektórych krajach azjatyckich. Na przykład miso to pasta ze sfermentowanej soi.

Sfermentowane nasiona

W tradycyjnej kuchni afrykańskiej istnieje szeroki wybór produktów wytwarzanych ze sfermentowanych nasion, takich jak sumbala czy kenkei. Produkty te obejmują niektóre przyprawy, a nawet jogurty wytwarzane ze zbóż.

Bibliografia

1. Beijerinck, MW, On Lactic acid fermentation in milk., W: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, s. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Bakterie kwasu mlekowego. Molecular Wine Microbiology, wydanie 1; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191–226.
3. National Research Council. (1992). Zastosowania biotechnologii w tradycyjnej żywności fermentowanej. National Academies Press.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL i Cox, MM (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.
5. Soult, A. (2019). Chemistry LibreTexts. Pobrano 24 kwietnia 2020 r. Z chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Rola bakterii kwasu mlekowego w fermentacji mleka. Nauki o żywności i żywieniu. 05. 435-442. 10.4236 / fns.2014.54051.