Գլյուկոզայի խմորումը հիմնական ռեակցիաներից է, որով հնարավոր է ալկոհոլային խմիչքների պատրաստումը։ Այն կարող է իրականացվել տարբեր ձևերով, որոնցից յուրաքանչյուրում ձևավորվում են առանձին ապրանքներ: Այս գործընթացը առանցքային դեր է խաղում մեր կյանքի շատ ոլորտներում՝ սկսած եփելուց և գինու և օղու արտադրանք պատրաստելուց մինչև մեր օրգանիզմում տեղի ունեցող ռեակցիաները:
Պատմություն
Գլյուկոզայի և այլ շաքարների խմորման գործընթացը օգտագործվել է հին մարդկանց կողմից: Նրանք ուտում էին մի փոքր խմորված սնունդ: Նման սնունդն ավելի անվտանգ էր, քանի որ այն պարունակում էր սպիրտ, որի մեջ շատ վնասակար բակտերիաներ մահանում էին։ Հին Եգիպտոսում և Բաբելոնում մարդիկ արդեն գիտեին, թե ինչպես խմորել շատ քաղցր ըմպելիքներ և կաթ: Երբ 18-րդ դարի վերջում մարդկանց հաջողվեց ավելի լավ ուսումնասիրել այս գործընթացը, դրա տեսակներն ու բարելավման հնարավորությունները, այնպիսի արդյունաբերություններ, ինչպիսիք են կվասը, գարեջրագործությունը և գինու օղին, շատ որակապես աճեցին։։
Խմորման տեսակները
Բավականին տարօրինակ է, բայց այս գործընթացը տարբերվում է: Իսկ վերջնական արտադրանքով կան գլյուկոզայի խմորման տեսակներ։ Այսպիսով, կա կաթնաթթու, ալկոհոլ, կիտրոնաթթու, ացետոն, կարագ և մի քանի այլ: Եկեք մի փոքր խոսենք յուրաքանչյուր տեսակի մասինառանձին-առանձին։ Գլյուկոզայի կաթնաթթվային խմորումը հիմնական գործընթացն է այնպիսի ապրանքների պատրաստման մեջ, ինչպիսիք են մածունը, թթվասերը, կեֆիրը, կաթնաշոռը: Այն նաև օգտագործվում է բանջարեղենը պահպանելու համար և մեր օրգանիզմում կատարում է առանցքային գործառույթ՝ թթվածնի պակասի պայմաններում գլյուկոզան վերածվում է վերջնական մթերքի՝ կաթնաթթվի, որն առաջացնում է մկանային ցավ մարզման ընթացքում և հետո։
Ալկոհոլային խմորումը տարբերվում է նրանով, որ էթիլային սպիրտը ձևավորվում է որպես վերջնական արտադրանք: Առաջանում է միկրոօրգանիզմների՝ խմորիչի օգնությամբ։ Եվ այն առանցքային դեր է խաղում խոհարարության մեջ, քանի որ բացի հիմնական արտադրանքից, ածխաթթու գազ է արտազատվում գլյուկոզայի ալկոհոլային խմորման ժամանակ (սա բացատրում է խմորիչ խմորի շքեղությունը):
Կիտրոնաթթվի խմորումը տեղի է ունենում, ինչպես դուք կարող եք կռահել, կիտրոնաթթվի ձևավորմամբ: Այն առաջանում է որոշակի տեսակի սնկերի ազդեցության տակ և մտնում է Կրեբսի ցիկլի մեջ, որն ապահովում է մեր մարմնի բոլոր բջիջների շնչառությունը։
Ացետոն-բութիլային խմորումը շատ նման է բութիրային խմորմանը: Արդյունքում առաջանում են յուղաթթու, բուտիլային և էթիլային սպիրտներ, ացետոն և ածխաթթու գազ։ Բուտիրային խմորումից առաջանում է միայն անվանում կրող թթու և ածխաթթու գազ։
Այժմ մենք ավելի մանրամասն կանդրադառնանք բոլոր տեսակներին, բայց եկեք սկսենք ամենահիմնականից՝ գլյուկոզայի ալկոհոլային խմորումից: Բոլոր ռեակցիաները և դրանց ընթացքի նրբությունները մանրամասն կվերլուծվեն։
Ալկոհոլային խմորում
Մի փոքր պատմենք գլյուկոզայի խմորման մասին, որի հավասարումը հետևյալն է. S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2: Ի՞նչ կարելի է սովորել այս արձագանքից: Մենք ունենք երկու ապրանք՝ էթիլային սպիրտ և ածխաթթու գազ։ Վերջինիս շնորհիվ մենք դիտարկում ենք խմորիչ խմորի ուռչումը։ Եվ առաջինի շնորհիվ մենք հնարավորություն ունենք ստանալու գինու և գինու խմիչքների անմոռանալի համ։ Բայց իրականում սա ընդամենը պարզեցված հավասարում է։ Գլյուկոզայի ֆերմենտացման ամբողջական ռեակցիան ավելի բարդ է, ուստի եկեք մի փոքր բաժանենք այն:
Գոյություն ունի այնպիսի գործընթաց, ինչպիսին է գլիկոլիզը: Բառացիորեն նրա անունը թարգմանվում է որպես «շաքարի պառակտում»։ Այն հայտնվում է մարմնում, և դրա կողմնակի արտադրանքը պիրուվիկ թթուն է, և հիմնականը ադենոզին տրիֆոսֆատն է (ATP), որը ձևավորվում է այս ռեակցիայի ժամանակ մեկ այլ միացությունից։ Կարելի է ասել, որ ATP-ն օրգանիզմի էներգիայի կրողն է, և իրականում գլիկոլիզը ծառայում է մեր օրգանիզմին էներգիայով ապահովելուն։
Մենք անդրադարձանք այս գործընթացին մի պատճառով. Իրականում խմորումը շատ նման է գլիկոլիզին, քանի որ առաջին փուլը նրանց համար նույնն է։ Նույնիսկ կարելի է ասել, որ գլյուկոզայի ալկոհոլային խմորումը գլիկոլիզի շարունակությունն է։ Վերջինիս ընթացքում առաջացած պիրուվատը (պիրուվիթթվի իոնը) վերածվում է ացետալդեհիդի (CH3-C(O)H)՝ որպես կողմնակի արտադրանք արտազատելով ածխաթթու գազ։ Դրանից հետո ստացված արտադրանքը կրճատվում է բակտերիաներում պարունակվող NADH կոֆերմենտով։ Կրճատումը հանգեցնում է էթիլային սպիրտի առաջացմանը։
Այսպիսով, գլյուկոզայի խմորման ռեակցիան էթիլային սպիրտին ունի հետևյալ տեսքը՝
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH-ը ծառայում է որպես ռեակցիայի կատալիզատոր, իսկ NAD իոն +առանցքային դեր է խաղում գլիկոլիզի վաղ փուլում և ձևավորվելով ալկոհոլային խմորման վերջում, վերադառնում է գործընթացին։
Եկեք անցնենք ուսումնասիրվող ռեակցիայի հաջորդ տեսակին:
Գլյուկոզայի կաթնաթթվային խմորում
Այս տեսակը ալկոհոլից տարբերվում է նրանով, որ այն առաջանում է ոչ թե խմորիչի ազդեցության տակ, այլ կաթնաթթվային բակտերիաների օգնությամբ։ Հետեւաբար, մենք ունենք բոլորովին այլ ապրանքներ: Կաթնաթթվային խմորումը տեղի է ունենում նաև մեր մկաններում, երբ մենք քրտնաջան աշխատում ենք և թթվածնի պակաս ունենք։
Այս գործընթացի երկու տեսակ կա: Առաջինը հոմոֆերմենտացիոն խմորումն է։ Եթե երբևէ լսել եք «homo» նախածանցը, ապա հավանաբար հասկանում եք, թե դա ինչ է նշանակում։ Հոմոֆերմենտացիոն խմորումը գործընթաց է, որը ներառում է մեկ ֆերմենտ: Առաջին փուլում տեղի է ունենում գլիկոլիզ և ձևավորվում է պիրուվիթթու: Այնուհետև ստացված պիրուվատը (լուծույթում այս թթուն կարող է գոյություն ունենալ միայն իոնների տեսքով) ենթարկվում է հիդրոգենացման՝ օգտագործելով NADH+H և լակտատդեհիդրոգենազը: Արդյունքում, նվազեցման արտադրանքը կաթնաթթուն է, որը կազմում է ռեակցիայի ընթացքում ստացված բոլոր ապրանքների մոտ 90% -ը: Այս միացությունը, սակայն, կարող է առաջանալ նաև երկուսի տեսքովտարբեր իզոմերներ՝ D և L: Այս տեսակները տարբերվում են նրանով, որ դրանք միմյանց հայելային պատկերներ են և արդյունքում տարբեր կերպ են ազդում մեր մարմնի վրա: Ո՞ր իզոմերն ավելի մեծ չափով կձևավորվի, որոշում է լակտատդեհիդրոգենազի կառուցվածքը։
Անցնենք կաթնաթթվային խմորման երկրորդ տեսակին՝ հետերոֆերմենտացիոն։ Այս գործընթացը ներառում է մի քանի ֆերմենտներ և անցնում է ավելի բարդ ճանապարհով: Դրա պատճառով ռեակցիայի ընթացքում ավելի շատ տարբեր ապրանքներ են ձևավորվում. բացի կաթնաթթվից, այնտեղ կարող ենք գտնել քացախաթթու և էթիլային սպիրտ։
Այսպիսով, մենք դիտարկել ենք կաթնաթթվային խմորումը: Սա այն գործընթացն է, որով մենք կարող ենք վայելել կաթնաշոռի, կաթնաշոռի, ֆերմենտացված թխած կաթի և կեֆիրի համը: Եկեք ամփոփենք և գրենք գլյուկոզայի կաթնաթթվային խմորման ընդհանուր ռեակցիան՝ C6H12O6=2 C 3H6O3: Իհարկե, սա հոմոֆերմենտացիոն խմորման գործընթացի պարզեցված դիագրամ է, քանի որ նույնիսկ հետերոֆերմենտացիոն խմորման գործընթացի դիագրամը շատ բարդ կլինի: Քիմիկոսները դեռ ուսումնասիրում են գլյուկոզայի կաթնաթթվային խմորումը և պարզաբանում դրա ամբողջական մեխանիզմները, ուստի բարելավման տեղ դեռևս կա։
Կիտրոնաթթվի խմորում
Այս տեսակի խմորման ռեակցիաները տեղի են ունենում, ինչպես ալկոհոլի դեպքում, որոշակի շտամի սնկերի ազդեցության տակ: Այս ռեակցիայի ամբողջական մեխանիզմը դեռ լիովին հասկանալի չէ, և մենք կարող ենք միայն հիմնվել որոշ պարզեցումների վրա: Այնուամենայնիվ, կան առաջարկություններ, որ գործընթացի սկզբնական փուլը գլիկոլիզն է: Այնուհետև պիրուվիկ թթուն վերածվում էվերածվում է տարբեր թթուների և գալիս է կիտրոն։ Այս մեխանիզմի շնորհիվ ռեակցիայի միջավայրում կուտակվում են այլ թթուներ՝ գլյուկոզայի ոչ լրիվ օքսիդացման արտադրանք։
Այս գործընթացը տեղի է ունենում թթվածնի ազդեցության տակ, և ընդհանուր առմամբ այն կարելի է գրել հետևյալ հավասարմամբ՝ 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Մինչ այս տեսակի խմորումների հայտնաբերումը, մարդիկ կիտրոնաթթու արդյունահանում էին բացառապես համապատասխան ծառի պտուղը սեղմելով։ Սակայն այս թթուն կիտրոնի մեջ 15%-ից ավելի չէ, ուստի պարզվեց, որ այս մեթոդն անիրագործելի է, և այս ռեակցիայի հայտնաբերումից հետո ամբողջ թթուն սկսել են ստանալ խմորումով։
Բուտիրային խմորում
Անցնենք հաջորդ տեսակին։ Այս տեսակի խմորումը տեղի է ունենում թթվային բակտերիաների ազդեցության ներքո: Նրանք լայնորեն տարածված են, և դրանց պատճառած գործընթացը առանցքային դեր է խաղում կենսաբանական կարևոր ցիկլերում: Այս բակտերիաների օգնությամբ տեղի է ունենում մահացած օրգանիզմների քայքայումը։ Ռեակցիաների ընթացքում առաջացած յուղաթթուն իր հոտով գրավում է մաքրողներին։
Խմորման այս տեսակն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ։ Ինչպես կարող եք կռահել, նրանք ստանում են յուղաթթու: Նրա էսթերները լայնորեն օգտագործվում են օծանելիքի արտադրության մեջ և ունեն հաճելի հոտ, ի տարբերություն իրեն։ Այնուամենայնիվ, կարագի խմորումը միշտ չէ, որ ձեռնտու է: Այն կարող է փչացնել բանջարեղենը, պահածոները, կաթը և այլ ապրանքներ։ Բայց դա կարող է տեղի ունենալ միայն այն դեպքում, եթե թթու բակտերիաները մտել են արտադրանք:
Եկեք վերլուծենք բուտիրի մեխանիզմըգլյուկոզայի խմորում. Նրա արձագանքն այսպիսին է. C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Արդյունքում առաջանում է նաև էներգիա, որն ապահովում է կարագային բակտերիաների կենսագործունեությունը։
Ացետոն-բութիլ խմորում
Այս տեսակը շատ նման է կարագին: Այս կերպ կարող են խմորվել ոչ միայն գլյուկոզան, այլև գլիցերինն ու պիրուվիթթուն։ Այս գործընթացը կարելի է բաժանել երկու փուլի. առաջինը (երբեմն կոչվում է թթվային) իրականում թթվային խմորումն է: Սակայն, բացի յուղաթթվից, արտազատվում է նաև քացախաթթու։ Այս կերպ գլյուկոզայի խմորման արդյունքում ստանում ենք երկրորդ փուլ անցնող արտադրանք (ացետոնոբուտիլ)։ Քանի որ այս ամբողջ գործընթացը տեղի է ունենում նաև բակտերիաների ազդեցության ներքո, երբ միջավայրը թթվացվում է (թթուների կոնցենտրացիայի ավելացում), բակտերիաների կողմից առանձնանում են հատուկ ֆերմենտներ։ Նրանք հրահրում են գլյուկոզայի խմորման արտադրանքի փոխակերպումը n-բութանոլի (բութիլային սպիրտ) և ացետոնի։ Բացի այդ, որոշ էթանոլ կարող է արտադրվել:
Ֆերմենտացման այլ տեսակներ
Այս գործընթացի թվարկված հինգ տեսակներից բացի, կան ևս մի քանիսը: Օրինակ, սա քացախային խմորում է: Այն առաջանում է նաև բազմաթիվ բակտերիաների ազդեցության տակ։ Այս տեսակի խմորումը կարող է օգտագործվել օգտակար նպատակներով թթու թթու դնելիս։ Այն պաշտպանում է սնունդը պաթոգեն և վտանգավոր բակտերիաներից։ Կան նաև ալկալային կամ մեթանի խմորումներ։ Ի տարբերություն նախորդ տեսակների, այս տեսակըԽմորումը կարող է իրականացվել օրգանական միացությունների մեծ մասի համար: Բազմաթիվ բարդ ռեակցիաների արդյունքում օրգանական նյութերը բաժանվում են մեթանի, ջրածնի և ածխածնի երկօքսիդի։
Կենսաբանական դեր
Խմորումը կենդանի օրգանիզմների կողմից էներգիա ստանալու ամենահին միջոցն է: Որոշ արարածներ արտադրում են օրգանական նյութեր՝ ճանապարհին էներգիա ստանալով, իսկ մյուսները ոչնչացնում են այդ նյութերը՝ միաժամանակ ստանալով էներգիա։ Մեր ամբողջ կյանքը կառուցված է սրա վրա։ Եվ մեզանից յուրաքանչյուրում խմորումը տեղի է ունենում այս կամ այն ձևով: Ինչպես ասացինք վերևում, ինտենսիվ մարզումների ժամանակ մկաններում տեղի է ունենում կաթնաթթվային խմորում։
Էլ ի՞նչ կարդալ
Եթե ձեզ հետաքրքրում է այս շատ հետաքրքիր գործընթացի կենսաքիմիան, ապա պետք է սկսեք քիմիայի և կենսաբանության դպրոցական դասագրքերից: Բազմաթիվ համալսարանական դասագրքեր այնքան մանրամասն են, որ դրանք կարդալուց հետո դուք կարող եք պարզապես մասնագետ դառնալ այս ոլորտում:
Եզրակացություն
Ահա մենք մոտենում ենք ավարտին: Մենք վերլուծել ենք գլյուկոզայի խմորման բոլոր տեսակները և այդ գործընթացների ընդհանուր սկզբունքները, որոնք շատ կարևոր դեր են խաղում ինչպես կենդանի օրգանիզմների, այնպես էլ մեր արդյունաբերության մեջ: Հնարավոր է, որ ապագայում մենք հայտնաբերենք այս հնագույն գործընթացի ևս մի քանի տեսակներ և սովորենք դրանք օգտագործել մեր օգտին, ինչպես արեցինք մեզ արդեն հայտնիների հետ:
