Рэакцыя браджэння глюкозы. Віды, значэнне і прадукт закісання

Закісанне глюкозы - адна з асноўных рэакцый, з дапамогай якой магчыма падрыхтоўка спіртных напояў. Яна можа ажыццяўляцца рознымі шляхамі, у кожным з якiх утвараюцца індывідуальныя прадукты. Гэты працэс гуляе ключавую ролю ў многіх галінах нашага жыцця, пачынаючы з кулінарыі і прыгатавання вінна-гарэлачных вырабаў і заканчваючы рэакцыямі, якія праходзяць у нашым арганізме.

гісторыя

Працэсам закісання глюкозы і іншых цукроў карысталіся яшчэ старажытныя людзі. Яны елі трохі подбродившую ежу. Такая ежа была бяспечней, так як ўтрымоўвала спірт, у асяроддзі якога гінулі многія шкодныя бактэрыі. У Старажытным Егіпце і Вавілон людзі ўжо ўмелі зброджваць многія сахаросодержащие напоі і малако. Калі людзям у канцы 18 стагоддзя атрымалася лепш вывучыць гэты працэс, яго віды і магчымасці паляпшэння, вельмі моцна якасна выраслі такія галіны прамысловасці, як квасо-, піваварства і вінна-гарэлачная.

віды закісання

Як ні дзіўна, але гэты працэс бывае розным. І адрозніваюць віды закісання глюкозы па канчатковым прадуктам. Такім чынам, існуе малочнакіслае, спіртовае, лимоннокислое, ацетоновое, маслянокислое і яшчэ некалькі іншых. Пагаворым крыху пра кожнага выглядзе паасобку. Малочнакіслае закісанне глюкозы - асноўны працэс пры падрыхтоўцы такой прадукцыі, як сыраватка, смятана, кефір, тварог. Яно таксама выкарыстоўваецца для кансервацыі гародніны і выконвае ключавую функцыю ў нашым арганізме: ва ўмовах недахопу кіслароду глюкоза ператвараецца ў канчатковы прадукт - малочную кіслату, якая абумоўлівае болі ў цягліцах у момант трэніроўкі і трохі пасля яе.

Спіртовае закісанне адрозніваецца тым, што ў якасці канчатковага прадукту утворыцца этылавы спірт. Яно адбываецца пры дапамозе мікраарганізмаў - дрожджаў. І гуляе ключавую ролю ў кулінарыі, так як акрамя асноўнага прадукту пры спіртавой закісанні глюкозы вылучаецца вуглякіслы газ (гэтым і тлумачыцца пышнасць дражджавога тэсту).

Лимоннокислое закісанне адбываецца, як няцяжка здагадацца, з адукацыяй цытрынавай кіслаты. Адбываецца яно пад дзеяннем пэўнага віду грыбоў і з'яўляецца часткай цыклу Кребса, які забяспечвае дыханне ўсіх клетак нашага арганізма.

Ацэтон-бутылавы закісанне вельмі падобна з маслянокислым. У выніку яго ўтвараюцца алейная кіслата, бутылавы і этылавы спірты, ацэтон і вуглякіслы газ. Пры маслянокислом закісанні утворыцца толькі адпаведная назве кіслата і вуглякіслы газ.

Зараз мы разгледзім усе тыпы падрабязней, а пачнем з самага асноўнага - спіртавой закісання глюкозы. Будуць падрабязна разабраны ўсе рэакцыі і нюансы іх працякання.

спіртовае закісанне

Раскажам крыху больш пра закісанне глюкозы, раўнанне якога: З ₆ Н ₁₂ Аб ₆ = 2С ₂ Н ₅ ЁН + 2CO _2. Што можна даведацца з гэтай рэакцыі? Мы маем два прадукта: этылавы спірт і вуглякіслы газ. За кошт апошняга мы і назіраем взбухание дражджавога цеста. А за кошт першага маем магчымасць атрымаць незабыўны смак віна і вінных напояў. Але на самой справе гэта толькі спрошчанае раўнанне. Поўная рэакцыя закісання глюкозы складаней, таму давайце разбяром гэта крыху глыбей.

Існуе такі працэс, як гліколіз. Літаральна яго назва перакладаецца як "расшчапленне цукру". Ён адбываецца ў арганізме, і яго пабочным прадуктам з'яўляецца пировиноградная кіслата, а асноўным - аденозинотрифосфорная кіслата (АТФ), якая утвараецца ў ходзе гэтай рэакцыі з іншага злучэння. Можна сказаць, што АТФ з'яўляецца пераносчыкам энергіі ў арганізме, і фактычна гліколіз служыць для забеспячэння нашага цела энергіяй.

Мы нездарма закранулі гэтага працэсу. На самай справе закісанне вельмі падобна з Гліколіз, так як першая стадыя ў іх абсалютна аднолькавая. Можна нават сказаць, што рэакцыя спіртавой закісання глюкозы з'яўляецца працягам гліколізу. Які ўтварыўся падчас апошняга пируват (іён пировиноградной кіслаты) ператвараецца ў ацэтальдэгід (CH ₃ -C (O) H) з вылучэннем у якасці пабочнага прадукту вуглякіслага газу. Пасля гэтага атрыманы прадукт аднаўляецца каферменту NADH, якія змяшчаюцца ў бактэрыях. Аднаўленне прыводзіць да адукацыі этылавага спірту.

Такім чынам, рэакцыя закісання глюкозы да этылавага спірту выглядае так:

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

2) C ₃ H ₄ O ₃ = CH ₃ -COH + CO ₂

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

NADH служыць каталізатарам рэакцыі, а іён NAD ⁺ гуляе ключавую ролю на ранняй стадыі гліколізу, і, ўтворачыся ў канцы спіртавой закісання, вяртаецца ў працэс.

Пяройдзем да наступнай разнавіднасці доследнага тыпу рэакцый.

Малочнакіслае закісанне глюкозы

Ад спіртавой гэты від адрозніваецца тым, што адбываецца не пад уплывам дрожджаў, а з дапамогай малочнакіслых бактэрый. Таму мы маем зусім розныя прадукты. Малочнакіслае закісанне таксама адбываецца ў нашых цягліцах пры высокіх нагрузках і недахопе кіслароду.

Адрозніваюць два выгляду гэтага працэсу. Першы - гомоферментативное закісанне. Калі вы хоць раз чулі прыстаўку "гома", то напэўна разумееце, што яна азначае. Гомоферментативное закісанне - гэта працэс з удзелам аднаго фермента. На першай стадыі адбываецца гліколіз і ўтворыцца пировиоградная кіслата. Затым атрыманы пируват (у растворы гэтая кіслата можа існаваць толькі ў выглядзе іёнаў) падвяргаецца гидрированию пры дапамозе NADH ⁺ H і лактатдегидрогеназы. У выніку прадуктам аднаўлення з'яўляецца малочная кіслата, якая складае каля 90% ад усіх атрыманых у ходзе рэакцыі прадуктаў. Гэта злучэнне, аднак, таксама можа ўтварацца ў выглядзе двух розных ізамерыя: D і L. Гэтыя тыпы адрозніваюцца тым, што з'яўляюцца люстранымі адлюстраваннямі адзін аднаго і, з прычыны гэтага, па-рознаму ўздзейнічаюць на наш арганізм. Тое, які ізамер будзе ўтварацца ў большай ступені, вызначае будынак лактатдегидрогеназы.

Пяройдзем да другога тыпу малочнакіслага закісання - гетероферментативному. У гэтым працэсе ўдзельнічаюць некалькі ферментаў, і ён ідзе па больш складаным шляху. З-за гэтага ў ходзе рэакцыі утвараецца больш розных прадуктаў: акрамя малочнай кіслаты, мы можам знайсці там воцатную кіслату і этылавы спірт.

Вось мы і разгледзелі малочнакіслае закісанне. Гэта працэс, дзякуючы якому мы можам атрымліваць асалоду ад густам тварагу, сыраваткі, ражанкі і кефіру. Падвядзем вынікі і запішам у агульным выглядзе рэакцыю малочнакіслага закісання глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆ = 2 C ₃ H ₆ O _3. Вядома, гэта спрошчаная схема працэсу гомоферментативного закісання, так як нават схема гетероферментативного працэсу будзе вельмі складанай. Хімікі дагэтуль вывучаюць малочная закісанне глюкозы і высвятляюць поўныя яго механізмы, таму нам яшчэ ёсць куды імкнуцца.

Лимоннокислое закісанне

Рэакцыі гэтага віду закісання адбываюцца, як і пры спіртавой, пад дзеяннем грыбоў пэўнага штаму. Поўны механізм гэтай рэакцыі яшчэ не да канца вывучаны, і мы можам спадзявацца толькі на некаторыя спрашчэння. Аднак ёсць здагадкі, што пачатковая стадыя працэсу ўяўляе сабой гліколіз. Потым пировиноградная кіслата ператвараецца па чарзе ў розныя кіслоты і даходзіць да цытрынавай. З прычыны такога механізму ў рэакцыйнай асяроддзі назапашваюцца іншыя кіслоты - прадукты няпоўнага акіслення глюкозы.

Гэты працэс адбываецца пад уплывам кіслароду, і ў агульным выглядзе яго можна запісаць наступным раўнаннем: 2С ₆ Н ₁₂ O ₆ + 3О ₂ = 2С ₆ Н ₈ О ₇ + 4Н ₂ О. Да таго як гэты від закісання адкрылі, людзі здабывалі цытрынавую кіслату выключна выціскання пладоў адпаведнага дрэва. Аднак у цытрыне гэтай кіслаты не больш за 15%, таму гэты спосаб апынуўся немэтазгодны, і пасля адкрыцця гэтай рэакцыі ўсю кіслату пачалі атрымліваць метадам закісання.

Маслянокислое закісанне

Пяройдзем да наступнага тыпу. Гэты выгляд закісання адбываецца пад дзеяннем маслянокислых бактэрый. Яны шырока распаўсюджаныя, а працэс, які яны выклікаюць, адыгрывае ключавую ролю ў біялагічна важных цыклах. З дапамогай гэтых бактэрый і адбываецца раскладанне мёртвых арганізмаў. Алейная кіслата, якая ўтвараецца падчас рэакцый, прыцягвае сваім пахам здыхлятнікі.

Гэты выгляд закісання выкарыстоўваецца ў прамысловасці. Як няцяжка здагадацца, ім атрымліваюць алейную кіслату. Яе складаныя эфіры шырока выкарыстоўваюцца ў парфумерыі і маюць прыемны пах, у адрозненне ад яе самой. Аднак не заўсёды маслянокислое закісанне прыносіць карысць. Яно можа выклікаць порчу гародніны, кансерваў, малака і іншых прадуктаў. Але гэта можа адбыцца, калі толькі ў прадукт патрапілі маслянокислые бактэрыі.

Разбяром механізм маслянокислого закісання глюкозы. Рэакцыя яго выглядае так: C ₆ H ₁₂ O ₆ → CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOH + 2CO ₂ ↑ + 2H _2. У выніку таксама ўтворыцца энергія, якая забяспечвае жыццядзейнасць маслянокислых бактэрый.

Ацэтон-бутылавы закісанне

Гэты тып вельмі падобны з маслянокислым. Блукаць такім спосабам можа не толькі глюкоза, але і гліцэрына, і пировиноградная кіслата. Гэты працэс можна падзяліць на дзве стадыі: першая (часам яе называюць кіслотнай) уяўляе сабой фактычна маслянокислое закісанне. Аднак акрамя алейнай, вылучаецца яшчэ і воцатная кіслата. У выніку браджэння глюкозы такім спосабам мы атрымліваем прадукты, якія ідуць у другую стадыю (ацетонобутиловую). Бо ўвесь гэты працэс адбываецца таксама пад дзеяннем бактэрый, то пры падкісленай асяроддзя (павышэнні канцэнтрацыі кіслот) адбываецца вылучэнне спецыяльных ферментаў бактэрыямі. Яны індукуюць рэакцыю ператварэння прадуктаў закісання глюкозы ў н-бутанол (бутылавы спірт) і ацэтон. Акрамя гэтага, можа ўтварацца некаторы колькасць этанолу.

Іншыя віды закісання

Акрамя пералічаных пяці відаў гэтага працэсу, існуюць яшчэ некалькі. Напрыклад, гэта воцатнакіслага закісанне. Яно таксама адбываецца пад дзеяннем многіх бактэрый. Гэты выгляд закісання можа выкарыстоўвацца ў карысных мэтах пры марынавання. Ён засцерагае ежу ад хваробатворных і небяспечных бактэрый. Яшчэ адрозніваюць шчолачную або метанавай закісанне. У адрозненне ад папярэдніх тыпаў, гэты від закісання можа ажыццяўляцца для большасці арганічных злучэнняў. У выніку вялікай колькасці складаных рэакцый, арганічныя рэчывы расшчапляюцца на метан, вадарод і вуглякіслы газ.

біялагічная ролю

Закісанне - самы старажытны спосаб здабывання энергіі жывымі арганізмамі. Адны істоты вырабляюць арганічныя рэчывы, адначасна атрымліваючы энергію, а іншыя руйнуюць гэтыя рэчывы, таксама атрымліваючы пры гэтым энергію. На гэтым пабудаваная ўся наша жыццё. І ў кожным з нас закісанне ў тым ці іншым выглядзе працякае. Як мы ўжо казалі вышэй, малочнакіслае закісанне адбываецца ў цягліцах пры інтэнсіўнай трэніроўцы.

Што яшчэ пачытаць?

Калі вас зацікавіла біяхімія гэтага вельмі цікавага працэсу, варта пачаць са школьных падручнікаў па хіміі і біялогіі. У многіх універсітэцкіх падручніках выкладзены настолькі падрабязны матэрыял, што пасля іх прачытання вы зможаце стаць проста экспертам у гэтай галіне.

заключэнне

Вось мы і падышлі да канца. Разабралі ўсе віды закісання глюкозы і агульныя прынцыпы праходжання гэтых працэсаў, якія гуляюць вельмі важную ролю як у функцыянаванні жывых арганізмаў, так і ў нашай прамысловасці. Цалкам магчыма, што ў будучыні мы адкрыем яшчэ некалькі відаў гэтага старажытнага працэсу і навучымся выкарыстоўваць іх на карысць сабе, як зрабілі з ужо вядомымі нам.