Ферментацията е метаболитен процес на превръщане на захари в киселини, газове и/или алкохол. Процесът е характерен за дрожди и бактерии, но също и за мускулните клетки при недостиг на кислород.
Ферментацията протича при анаеробни условия (т.е. при липса на кислород), когато електрон-транспортните вериги в клетките са неизползваеми. При процеса не се генерира енергия директно, а НАДН се превръща в НАД+, за да може гликолизата да продължи докато има налична глюкоза. Енергията, генерирана при гликолитично-ферментационният път (форма на субстратно фосфорилиране), е малка като количество, сравнено с окислителното фосфорилиране. Ферментацията консумира НАДН, което в аеробни условия би могло да се употреби в електрон-транспортните вериги за генериране на енергия. По тази причина клетките избягват ферментацията когато има наличен кислород, с изключение на облигатните анаероби, за които кислорода е токсичен. Науката за ферментацията се нарича зимология.
Основни типове ферментация
Не е абсолютно необходимо този процес да протича при анаеробни условия. Например, дори и при излишък на кислород дрождите предпочитат да използват ферментацията (субстратно фосфорилиране) за синтез на АТФ (генериране на енергия), за сметка на аеробното дишане. Това явление е известно още като ефект на Крабтри (Crabtree effect).
По време на ферментацията клетките използват ендогенен, органичен акцептор на електрони. Това най-често е пируватът:
По време на ферментацията пирувата се метаболизира до няколко основни продукта, според които процесът се подразделя на:
етанолова ферментация - известна още като алкохолна ферментация, крайни продукти от нея са основно етилов алкохол (етанол) и въглероден двуокис.
млечнокисела (лактатна) ферментация - случва се също и в клетките на бозайници при усилена работа, когато кислорода се оказва недостатъчен; бива два вида, в зависимост от естеството на крайните продукти:
хетеролактатна - освен млечната киселина се произвеждат още различни органични киселини и алкохоли;
хомолактатна - краен продукт е преимуществено млечна киселина;
Въглехидратите са най-честият субстрат, използван при ферментация, като типични продукти на ферментацията са етанол, млечна киселина, лактоза и водород. Все пак, по време на процеса се произвеждат и по-различни съставки, като бутирова киселина и ацетон. Дрождите са отговорни за производството на етанол в бира, вино и други алкохолни напитки, заедно с отделянето на сериозни количества въглероден двуокис.
Химическо представяне на ферментацията
Крайните продукти на процеса съдържат химическа енергия, тъй като не са напълно окислени. Считат се крайни продукти за процесът на ферментация, тъй като не могат бъдат метаболизирани без употребата на кислород. Химическото уравнение по-долу показва метаболизирането на молекула глюкоза (С6Н1206, основен субстрат), която по време на ферментацията се разпада на две молекули етанол и две молекули въглероден двуокис:
Преди синтезата на етанол (С2Н5ОН) , глюкозата се разпада на 2 молекули пируват в процес, известен като гликолиза.
При хомолактатната ферментация от една молекула глюкоза се получават две молекули млечна киселина:
или от молекула лактоза и молекула вода се получават 4 молекули млечна киселина:
При хетеролактатната молекула глюкоза се превръща в молекула млечна киселина, молекула етанол и молекула въглероден двуокис:
За да протече процесът на ферментация, глюкозата първо трябва да се разгради до 2 молекули пируват в процес наречен гликолиза. Гликолизата ще бъде разгледана по-подробно при учебните материали в раздел "Метаболизъм на въглехидратите".
Енергията в клетката се съхранява в молекули АТФ (Аденозин Три-Фосфат), респективно извличането на енергия от глюкозата по време на ферментацията е свързано със синтез на АТФ:
Където: ADP - Аденозин Ди-Фосфат; Pi - неорганичен фосфор; CH3COCOO- - пируватен анион. Както се вижда от уравнението, по време на процеса се случва редукцията на две молекули НАД+ (Никотинамид Аденин Динуклеотид) до НАДН
източник: wikipedia
Ферментацията протича при анаеробни условия (т.е. при липса на кислород), когато електрон-транспортните вериги в клетките са неизползваеми. При процеса не се генерира енергия директно, а НАДН се превръща в НАД+, за да може гликолизата да продължи докато има налична глюкоза. Енергията, генерирана при гликолитично-ферментационният път (форма на субстратно фосфорилиране), е малка като количество, сравнено с окислителното фосфорилиране. Ферментацията консумира НАДН, което в аеробни условия би могло да се употреби в електрон-транспортните вериги за генериране на енергия. По тази причина клетките избягват ферментацията когато има наличен кислород, с изключение на облигатните анаероби, за които кислорода е токсичен. Науката за ферментацията се нарича зимология.
Основни типове ферментация
Не е абсолютно необходимо този процес да протича при анаеробни условия. Например, дори и при излишък на кислород дрождите предпочитат да използват ферментацията (субстратно фосфорилиране) за синтез на АТФ (генериране на енергия), за сметка на аеробното дишане. Това явление е известно още като ефект на Крабтри (Crabtree effect).
По време на ферментацията клетките използват ендогенен, органичен акцептор на електрони. Това най-често е пируватът:
По време на ферментацията пирувата се метаболизира до няколко основни продукта, според които процесът се подразделя на:
етанолова ферментация - известна още като алкохолна ферментация, крайни продукти от нея са основно етилов алкохол (етанол) и въглероден двуокис.
млечнокисела (лактатна) ферментация - случва се също и в клетките на бозайници при усилена работа, когато кислорода се оказва недостатъчен; бива два вида, в зависимост от естеството на крайните продукти:
хетеролактатна - освен млечната киселина се произвеждат още различни органични киселини и алкохоли;
хомолактатна - краен продукт е преимуществено млечна киселина;
Въглехидратите са най-честият субстрат, използван при ферментация, като типични продукти на ферментацията са етанол, млечна киселина, лактоза и водород. Все пак, по време на процеса се произвеждат и по-различни съставки, като бутирова киселина и ацетон. Дрождите са отговорни за производството на етанол в бира, вино и други алкохолни напитки, заедно с отделянето на сериозни количества въглероден двуокис.
Химическо представяне на ферментацията
Крайните продукти на процеса съдържат химическа енергия, тъй като не са напълно окислени. Считат се крайни продукти за процесът на ферментация, тъй като не могат бъдат метаболизирани без употребата на кислород. Химическото уравнение по-долу показва метаболизирането на молекула глюкоза (С6Н1206, основен субстрат), която по време на ферментацията се разпада на две молекули етанол и две молекули въглероден двуокис:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
Преди синтезата на етанол (С2Н5ОН) , глюкозата се разпада на 2 молекули пируват в процес, известен като гликолиза.
При хомолактатната ферментация от една молекула глюкоза се получават две молекули млечна киселина:
C6H12O6 → 2 CH3CHOHCOOH
или от молекула лактоза и молекула вода се получават 4 молекули млечна киселина:
C12H22O11 + H2O → 4 CH3CHOHCOOH
При хетеролактатната молекула глюкоза се превръща в молекула млечна киселина, молекула етанол и молекула въглероден двуокис:
C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + C2H5OH + CO2
За да протече процесът на ферментация, глюкозата първо трябва да се разгради до 2 молекули пируват в процес наречен гликолиза. Гликолизата ще бъде разгледана по-подробно при учебните материали в раздел "Метаболизъм на въглехидратите".
Енергията в клетката се съхранява в молекули АТФ (Аденозин Три-Фосфат), респективно извличането на енергия от глюкозата по време на ферментацията е свързано със синтез на АТФ:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 CH3COCOO− + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O + 2H+
Където: ADP - Аденозин Ди-Фосфат; Pi - неорганичен фосфор; CH3COCOO- - пируватен анион. Както се вижда от уравнението, по време на процеса се случва редукцията на две молекули НАД+ (Никотинамид Аденин Динуклеотид) до НАДН
източник: wikipedia
Коментари
Публикуване на коментар