Πώς μοιάζουν το γαλακτικό οξύ και η αλκοολική ζύμωση

Ζύμωση γαλακτικού οξέος και αλκοολική ζύμωση

Πριν από την ψύξη, η ζύμωση γαλακτικού οξέος ήταν ο πρωταρχικός τρόπος διατήρησης του κρέατος, των λαχανικών και των γαλακτοκομικών προϊόντων. Οι ζύμες εκτελούν αυτή τη διαδικασία για να δημιουργήσουν κρασί. Η ζύμωση με γαλακτικό οξύ παράγει αιθανόλη, η οποία με τη σειρά της μετατρέπεται σε NAD+, επιτρέποντας στη γλυκόλυση να παράγει ATP. Ως εκ τούτου, μοιάζει πολύ με την αλκοολική ζύμωση. Ας δούμε μερικούς από τους παραλληλισμούς και τις αντιθέσεις μεταξύ των δύο.

Αερόβια αναπνοή

Δύο παραδείγματα αναερόβιας αναπνοής είναι η ζύμωση γαλακτικού οξέος και το αλκοόλ. 

Ζύμωση. Και οι δύο αυτές διαδικασίες συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, αλλά διαφέρουν ως προς την αποτελεσματικότητά τους. Στη ζύμωση με γαλακτικό οξύ, η γλυκόζη μετατρέπεται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, ενώ στην αλκοολική ζύμωση, είναι το πυροσταφυλικό που μετατρέπεται σε αιθανόλη. Και στις δύο περιπτώσεις, επιτυγχάνεται καθαρό κέρδος δύο μορίων ATP.

Κατά τη διάρκεια της αναερόβιας ζύμωσης, τα βακτήρια παράγουν αιθανόλη από μόρια γλυκόζης, ενώ η αερόβια αναπνοή απαιτεί οξυγόνο. Και οι δύο διαδικασίες είναι αποτελεσματικές στην παραγωγή ενέργειας αλλά παράγουν χαμηλότερα επίπεδα ATP. Η αερόβια αναπνοή είναι η προτιμώμενη μέθοδος μετατροπής ενέργειας επειδή παράγει τη μέγιστη ποσότητα ATP. Αλλά η ζύμωση δεν είναι τόσο απλή όσο φαίνεται. Ας εξερευνήσουμε κάθε μία από αυτές τις διαδικασίες με περισσότερες λεπτομέρειες.

Τα κύτταρα των σκελετικών μυών χρησιμοποιούν τη ζύμωση γαλακτικού οξέος ως πηγή ενέργειας κατά τη διάρκεια της άσκησης. Όταν συμβεί αυτή η διαδικασία, οι μύες υποφέρουν από μια αίσθηση καψίματος. Είναι μια πρώιμη προειδοποίηση ότι καταπονείτε υπερβολικά τους μύες σας και πρέπει να επιβραδύνετε ελαφρώς. Αυτό θα επιτρέψει στους μύες να ανακάμψουν. Τι γίνεται όμως με τις επιπτώσεις της αερόβιας αναπνοής στους αναερόβιους μύες; Ακολουθούν μερικά παραδείγματα και των δύο διαδικασιών.

Γενικά, η αερόβια αναπνοή είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος μετατροπής μιας πηγής ενέργειας σε ATP, αλλά οι αναερόβιες διεργασίες δεν απαιτούν οξυγόνο. Στη ζύμωση μαγιάς, χρησιμοποιούμε ζύμες για να παράγουμε γιαούρτι, ψωμί, κρασί και βιοκαύσιμα. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ζύμωσης: η ζύμωση με γαλακτικό οξύ και η αλκοολική ζύμωση. Η διαδικασία της ζύμωσης είναι πολύπλοκη.

Οι διαδικασίες για τη ζύμωση γαλακτικού οξέος και την αλκοολική ζύμωση είναι παρόμοιες αλλά διαφορετικές. Και οι δύο χρησιμοποιούν μια χημική ουσία που ονομάζεται γλυκόλυση για να διασπάσουν τους υδατάνθρακες σε πυροσταφυλικό. Αυτή η διαδικασία παράγει πυροσταφυλικό και χάνει ηλεκτρόνια. Αυτές οι δύο αντιδράσεις καταλήγουν σε καθαρό κέρδος δύο ΑΤΡ. Και οι δύο αυτές διαδικασίες αναγεννούν επίσης το NAD+, τον αναγωγικό παράγοντα.

Η αερόβια αναπνοή απαιτεί την απελευθέρωση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας που μεταφέρονται από το FADH2 και το NADH. Αυτά τα ηλεκτρόνια πρέπει στη συνέχεια να οξειδωθούν σε NAD+. Αυτά τα μόρια είναι απαραίτητα στη γλυκόλυση. Στην αναερόβια ζύμωση, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι το οξυγόνο, αλλά ορισμένοι οργανισμοί χρησιμοποιούν νιτρικά ιόντα, θειικά ιόντα και διοξείδιο του άνθρακα.

Σύνθετοι συμπαράγοντες

Η ζύμωση περιλαμβάνει δύο στάδια, τη μείωση του πυροσταφυλικού και τη γλυκόλυση. Το πρώτο βήμα μετατρέπει τη γλυκόζη σε γαλακτικό οξύ, το οποίο είναι χρήσιμο για την κυτταρική δραστηριότητα. Η αλκοολική ζύμωση παράγει αλκοόλ, πυροσταφυλικό και NAD+. Αυτά τα προϊόντα είναι χρήσιμα τόσο στο ψήσιμο όσο και στην ζυθοποιία. Και τα δύο βήματα απαιτούν πολύπλοκους συμπαράγοντες. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε κάθε βήμα με περισσότερες λεπτομέρειες.

Κατά τη διάρκεια του δεύτερου σταδίου, του σχηματισμού πυροσταφυλικού, το ATP δεν αναγνωρίζεται και το κύτταρο προχωρά σε 10 ενζυματικά στάδια για να παράγει γλυκόζη. Το τρίτο στάδιο, η αποικοδόμηση του γαλακτικού, συνοδεύεται από το σχηματισμό αλκοόλης και αιθανόλης. Τα επίπεδα GSH παραμένουν παρόμοια, ακόμη και μετά την ολοκλήρωση κάθε βήματος. Αυτό υποδηλώνει ότι και οι δύο διαδικασίες έχουν έναν κοινό πρόγονο. Ωστόσο, η θεωρία της εξέλιξης έχει αρκετά προβλήματα σχετικά με αυτούς τους πολύπλοκους ρυθμιστικούς μηχανισμούς.

Το δεύτερο βήμα περιλαμβάνει την παραγωγή αιθανόλης και διοξειδίου του άνθρακα από τα ένζυμα πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση και αλκοολική αφυδρογονάση. Η πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση απελευθερώνει ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα και χρειάζεται συμπαράγοντες όπως ιόντα μαγνησίου και το συνένζυμο πυροφωσφορική θειαμίνη (TPP). Η ADH ανάγει την ακεταλδεΰδη σε αιθανόλη με τη βοήθεια του NADH.

Οι σύνθετοι συμπαράγοντες στη ζύμωση του γαλακτικού οξέος και της αλκοόλης αντιστοιχούν σε πολλά ένζυμα στο ανθρώπινο σώμα. Για παράδειγμα, η γλυκόζη και το πυροσταφυλικό μεταβολίζονται και τα δύο στο ανθρώπινο σώμα. Σε αυτή τη διαδικασία, το γαλακτικό οξύ μετατρέπεται σε γλυκόζη και ανακυκλώνεται κατά την ανάπαυση. Η αλκοολική ζύμωση έχει επίσης ως αποτέλεσμα την αιθανόλη, η οποία χρησιμοποιείται για την παρασκευή μπύρας. Ωστόσο, ορισμένοι μικροοργανισμοί (ζύμες) ακολουθούν μια πιο αλκοολική οδό.

Οι δύο οδοί για τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος είναι η ετεροτακτική και η ομογαλακτική. Το ένζυμο γαλακτική αφυδρογονάση ξεκινά τη ζύμωση γαλακτικού οξέος στο πρώτο, παράγοντας δύο μόρια γαλακτικού οξέος. Στην τελευταία, η ζύμωση παράγει τρία μόρια, την αιθανόλη και το διοξείδιο του άνθρακα. Αυτά τα προϊόντα είναι και τα δύο χρήσιμα για ζύμωση. Δεν υπάρχουν στέρεες πειραματικές αποδείξεις ότι το ένα απαιτεί το άλλο.

Η αλκοολική ζύμωση περιλαμβάνει επίσης τον συμπαράγοντα TPP. Η αλκοολική ζύμωση είναι παρόμοια με τη ζύμωση γαλακτικού οξέος στο ότι παράγει CO2 και χρησιμοποιεί NAD+ για να μετατρέψει τη γλυκόζη σε αλκοόλη. Η αλκοολική ζύμωση λαμβάνει χώρα υπό αναερόβιες συνθήκες και έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό αλκοόλης. Σύνθετοι συμπαράγοντες σε γαλακτικό οξύ και αλκοολική ζύμωση

Παραγωγή γαλακτικού οξέος

Η παραγωγή γαλακτικού οξέος και αλκοόλης δεν είναι ανόμοια με τη ζύμωση αμύλου. Μια ξαφνική αλλαγή στο μεταβολισμό πυροδοτεί και τα δύο. Στην περίπτωση του γαλακτικού οξέος, η γλυκόζη μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί ως υπόστρωμα και μια παρόμοια διαδικασία μπορεί να παράγει αιθανόλη. Και οι δύο αυτές διαδικασίες παράγουν μια αραιωμένη εκδοχή αιθανόλης. Οι διαφορές μεταξύ των διεργασιών είναι κυρίως στα χρησιμοποιούμενα υποστρώματα και στην ποσότητα του γαλακτικού οξέος που παράγεται.

Οι ζύμες και τα βακτήρια πραγματοποιούν ζύμωση, μια σημαντική διαδικασία για τη μετατροπή των υδατανθράκων σε ενέργεια χωρίς οξυγόνο. Πολλά είδη βακτηρίων και ζυμομυκήτων πραγματοποιούν ζύμωση. Αυτοί οι οργανισμοί χρησιμοποιούνται στην παρασκευή ψωμιού, τυριού, ξινολάχανου, κεφίρ, βιοκαυσίμων και γιαουρτιού. Αυτή η ζύμωση είναι παρόμοια με αυτή της αλκοολικής ζύμωσης, αλλά διαφορετικά είδη υποβάλλονται σε αυτή τη διαδικασία.

Η αλκοολική ζύμωση, από την άλλη πλευρά, παράγει αλκοόλη, η οποία είναι υποπροϊόν της αιθανόλης. Η βακχική ζύμωση λαμβάνεται από ζυμομύκητες και είναι παρόμοια με τη ζύμωση γαλακτικού οξέος. Και οι δύο διαδικασίες παράγουν αιθανόλη και NAD+. Αν και η ζύμωση με γαλακτικό οξύ είναι πιο συχνή στα φυτά, η αλκοολική ζύμωση χρησιμοποιείται για την παραγωγή ψωμιού και άλλων τροφίμων. Κατά τη διαδικασία της ζύμωσης, η γλυκόζη μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό.

Τόσο η μεθυσμένη ζύμωση όσο και η ζύμωση με γαλακτικό οξύ είναι αναερόβιες διαδικασίες. Και οι δύο διαδικασίες παράγουν λίγο ATP, το οποίο χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει το μεταβολισμό. Ο αναγωγικός παράγοντας στη ζύμωση είναι το NAD+, το οποίο αναγεννά την κυτταρική ενέργεια. Και οι δύο διαδικασίες παράγουν επίσης μεγάλες οργανικές ενώσεις, οι οποίες λειτουργούν ως αποθήκευση ενέργειας. Εκτός από τις ομοιότητές τους, μοιάζουν με πολλούς τρόπους. Και οι δύο διαδικασίες είναι ένας πολύ καλός τρόπος για τη δημιουργία προϊόντων υψηλής ποιότητας.

Κατά το πρώτο στάδιο της παραγωγής αιθανόλης, το γαλακτικό οξύ κυριαρχεί σε μια απροσδιόριστη μικτή καλλιέργεια. Αυτό το στάδιο είναι το πιο σημαντικό επειδή η διαδικασία ζύμωσης οδηγεί το pH προς τα κάτω στην περιοχή σχηματισμού αιθανόλης. Επιπλέον, τα βακτήρια γαλακτικού οξέος αναστέλλουν την ανάπτυξη αναερόβιων μικροοργανισμών. Αυτός είναι ο λόγος που το γαλακτικό οξύ και η αιθανόλη είναι τόσο παρόμοια. Αυτές οι δύο διαδικασίες σχετίζονται και οι δύο με τη ζύμωση των υδατανθράκων.

Σύγκριση με αλκοολική ζύμωση

Η κύρια διαφορά μεταξύ της ζύμωσης γαλακτικού οξέος και της αλκοολικής ζύμωσης είναι ότι οι ζυμώσεις γαλακτικού οξέος παράγουν αιθανόλη, ενώ η αιθανόλη είναι το αποτέλεσμα αναερόβιας ζύμωσης. Και οι δύο τύποι ζύμωσης είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή διαφόρων προϊόντων από ζωντανά φυτά. Και οι δύο τύποι ζύμωσης παράγουν απόβλητα προϊόντα, αλλά ο σκοπός τους είναι διαφορετικός. Η αλκοολική ζύμωση χρησιμοποιείται συχνότερα στην παραγωγή κρασιού. Ωστόσο, η ίδια διαδικασία χρησιμοποιείται και στη ζύμωση των ψαριών.

Η σύγκριση γαλακτικού οξέος και αλκοολικής ζύμωσης είναι απαραίτητη για την κατανόηση των διαφορών μεταξύ των δύο διεργασιών. Και οι δύο διαδικασίες ζύμωσης παράγουν CO2, αλλά το γαλακτικό οξύ είναι πιο συμπυκνωμένο. Επιπλέον, η αλκοολική ζύμωση παράγει αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα, παράγοντας CO2 στη διαδικασία. Κάθε τύπος ζύμωσης παράγει διαφορετικά προϊόντα, αλλά και τα δύο παράγουν CO2 και NAD+. Και οι δύο διαδικασίες είναι ωφέλιμες για την υγεία και την ευημερία των καταναλωτών.

Και οι δύο διαδικασίες παράγουν μεγάλες οργανικές ενώσεις κατά τη διαδικασία παρασκευής αλκοόλ. Τα τελικά προϊόντα αυτών των διεργασιών είναι το γαλακτικό οξύ και η αιθανόλη. Και οι δύο τύποι ζύμωσης χρησιμοποιούν ζυμομύκητες και άλλες βακτηριακές μορφές για να εκτελέσουν τα καθήκοντά τους. Αν και και οι δύο τύποι ζύμωσης παράγουν διαφορετικά μόρια, και οι δύο τύποι παράγουν το ίδιο αποτέλεσμα: αλκοόλ και CO2.

Οι ζύμες ζυμώνουν τη ζάχαρη σε αναερόβιο περιβάλλον. Αυτό παράγει αιθανόλη αντί για γαλακτικό οξύ. Εκτός από το γαλακτικό οξύ, η αιθανόλη συμβάλλει στη χημική σύνθεση των τροφίμων που έχουν υποστεί ζύμωση. Η διαδικασία της αλκοολικής ζύμωσης είναι παρόμοια με αυτή της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής. Η διαφορά έγκειται στην ποσότητα του παραγόμενου διοξειδίου του άνθρακα και στον ρυθμό ζύμωσης. Η αλκοολική ζύμωση, ωστόσο, είναι πιο περίπλοκη.

Leave a Reply

Your email address will not be published.