Πώς μοιάζουν το γαλακτικό οξύ και η αλκοολική ζύμωση

Ποια είναι η Γενική Αντίδραση για τη Ζύμωση Γαλακτικού Οξέος;

Στην περίπτωση της ζύμωσης γαλακτικού οξέος, η ζάχαρη που υπάρχει στα δείγματα παράγει γαλακτικά οξέα. Αυτά τα οξέα μειώνουν το pH, γεγονός που μειώνει τον αριθμό των μικροοργανισμών, διατηρώντας το φαγητό. Ορισμένα φρούτα και λαχανικά περιέχουν βακτήρια γαλακτικού οξέος, τα οποία λειτουργούν ως «μίζα», διατηρώντας τη διαδικασία σε εξέλιξη. Η περιεκτικότητα των τροφών σε υδατάνθρακες διατηρεί επίσης τη ζύμωση σε εξέλιξη. Ως εκ τούτου, τα βακτήρια γαλακτικού οξέος μπορούν να βρεθούν φυσικά σε πολλά τρόφιμα.

Γλυκόζη + ADP + 2 Pi – 2 γαλακτικό + 2 ATP

Το πρώτο βήμα στη ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι η μετατροπή της γλυκόζης σε φωσφορικό, ένα μόριο με τέσσερις ομάδες υδροξυλίου. Αυτό το στάδιο είναι γνωστό ως γλυκόλυση και εμφανίζεται σε ΟΛΟΥΣ τους οργανισμούς. Το ADP συνδέει το φωσφορικό άλας στη γλυκόζη για να δημιουργήσει ένα μόριο υψηλότερης ενέργειας που ονομάζεται ATP. Το δεύτερο στάδιο ζύμωσης είναι η υδρόλυση του ΑΤΡ, η οποία είναι μια μη ενζυματική αντίδραση.

Μια καρβοξυλική ομάδα στον άνθρακα C-1 της γλυκόζης συνδέεται με ένα φωσφορικό οξύ που ονομάζεται ορθοφωσφορικό κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης. Αυτός ο δεσμός είναι ένας χημικός ανυδρίτης που πρέπει να συζευχθεί με ένα άλλο μόριο φωσφορικού. Για να επιτευχθεί αυτό, η οξείδωση της ομάδας αλδεΰδης της γλυκόζης οδηγεί στο σχηματισμό φωσφορικού ακυλίου. Αυτή η αντίδραση απελευθερώνει 63 kJ/mol ενέργειας και δημιουργεί δύο μόρια ATP.

Εκτός από τη διάσπαση των χημικών ουσιών, η ζύμωση γαλακτικού οξέος περιλαμβάνει επίσης βιοσύνθεση, όπου μια ένωση αποτελείται από απλούστερα μόρια. Στη ζύμη, η συνολική αντίδραση για τη ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι Γλυκόζη + ADP + 2 Pi = γλυκόζη+ADP+2P+2ATP. Η γλυκόζη είναι C6H12O6 και το γαλακτικό είναι C3H6O3.

Η οδός του μεταβολισμού της γλυκόζης παράγει δύο μόρια ATP ανά μόριο γλυκόζης και στη συνέχεια προχωρά στη φάση αποπληρωμής. Η φάση αποπληρωμής είναι το τελευταίο βήμα και παράγει τέσσερα μόρια ATP. Η γλυκόζη παράγει δύο μόρια πυροσταφυλικού και δύο μόρια NADH σε μια αναερόβια αντίδραση. Σε αναερόβιες συνθήκες, το NADH μετατρέπεται σε δύο μόρια ATP ανά μόριο γλυκόζης.

Η συνολική αντίδραση για τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος ξεκινά με τη μετατροπή της γλυκόζης. Η γλυκόζη μετατρέπεται σε 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη και στη συνέχεια διασπάται σε δύο φωσφορυλιωμένες ενώσεις τριών άνθρακα, G-6-P και φωσφορική διυδροξυακετόνη. Κατά τη διάρκεια της άσκησης, η καρδιά χρησιμοποιεί ένα μέρος του γαλακτικού ως καύσιμο.

Η γλυκόζη και το γαλακτικό οξύ μετατρέπονται με διάφορους τρόπους. Στο στόμα, βακτήρια γαλακτικού οξέος αναπτύσσονται στα δόντια και προκαλούν τερηδόνα, γνωστή ως τερηδόνα. Σε ένα εργαστήριο, το γαλακτικό είναι ένα από τα κύρια συστατικά του διαλύματος Hartmann, ενός υγρού που περιέχει κατιόντα νατρίου και καλίου. Το διάλυμα Hartmann, μια ένωση που περιέχει ανιόντα χλωρίου, χρησιμοποιείται πιο συχνά στην αναζωογόνηση υγρών.

Γλυκόζη + αιθανόλη + CO2 + ATP Η

ζύμωση είναι ένας τύπος αναερόβιου μεταβολισμού. Παρακάμπτει το σύστημα της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων ευνοώντας το πυροσταφυλικό ή την ακεταλδεΰδη, τον τελικό δέκτη ηλεκτρονίων για τη ζύμωση αλκοόλης. Τα τελικά προϊόντα της ζύμωσης είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και το γαλακτικό οξύ. Η γενική απάντηση για τη ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι γλυκόζη + αιθανόλη + CO2 + ATP.

Διάφορα βήματα χαρακτηρίζουν αυτή τη συνολική αντίδραση. Πρώτον, η οδός ζύμωσης ξεκινά με τη γλυκόζη. Η γλυκόζη είναι το απλούστερο μόριο, που απαιτεί τον μικρότερο αριθμό καταλυτικών βημάτων. Οι προκαρυώτες έχουν τρεις οδούς γλυκόλυσης. Αυτές οι οδοί αφομοιώνουν τα σάκχαρα μέσω της οδού Embden-Meyerhof, της οδού φωσφοκετολάσης και της οδού Entner-Doudoroff. Και οι δύο οδοί χρησιμοποιούν διαφορετικά ένζυμα.

Τα βακτήρια και η μαγιά διασπούν τη γλυκόζη χωρίς οξυγόνο κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Παράγονται μόρια ATP και η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μεταφέρεται από τη γλυκόζη στο κύτταρο. Η συνολική αντίδραση για τη ζύμωση γαλακτικού οξέος περιλαμβάνει γλυκόζη, αιθανόλη και CO2, που παράγονται με γλυκόλυση. Επιπλέον, η διαδικασία ζύμωσης μπορεί να ονομαστεί ζυμολογία, καθώς περιλαμβάνει κυτταρικό μεταβολισμό.

Κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος, η γλυκόζη διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει δύο ηλεκτρόνια και παράγει δύο μόρια ATP. Η διαδικασία ζύμωσης παρακάμπτει τα άλλα στάδια απελευθέρωσης ηλεκτρονίων και δημιουργεί διοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως αντίδραση μη οξειδωτικής γλυκόλυσης. Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή γιαουρτιού και ξινολάχανου.

Η συνολική αντίδραση για τη ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι γλυκόζη συν αιθανόλη, πυροσταφυλικό και CO2. Η οξείδωση του γαλακτικού σε αιθανόλη απαιτεί ένζυμα πυροσταφυλικής καρβοξυλάσης και γαλακτικής αφυδρογονάσης. Άλλα προϊόντα της ζύμωσης περιλαμβάνουν οξικά άλατα, διοξείδιο του άνθρακα και αέριο υδρογόνο.

Το ATP παράγεται τόσο στην αερόβια όσο και στην αναερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή παράγει 36 μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης, ενώ η ζύμωση παράγει μόνο δύο μόρια. Η ζύμωση παράγει επίσης ATP πιο γρήγορα από την αερόβια αναπνοή. Καθώς το σώμα παράγει περισσότερη ενέργεια, η συσσώρευση γαλακτικού οξέος μπορεί να προκαλέσει μυϊκή κόπωση και δυσφορία αργότερα.

Γλυκόζη + Pi – 2 γαλακτικό + αιθανόλη + CO2 + ATP

Η διαδικασία της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος πραγματοποιείται από τα μυϊκά κύτταρα. Πραγματοποιείται όταν το οξυγόνο είναι σπάνιο, όπως κατά τη διάρκεια της άσκησης. Κάποτε, πιστευόταν ότι η συσσώρευση γαλακτικού στους μύες ήταν υπεύθυνη για τον πόνο που σχετίζεται με την άσκηση. Το γαλακτικό οξύ που παράγεται από τα μυϊκά κύτταρα μεταφέρεται στο ήπαρ, το οποίο μετατρέπεται ξανά σε πυροσταφυλικό και επεξεργάζεται από τις υπόλοιπες αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής.

Ο φωσφοδιεστερικός δεσμός είναι μια ασταθής βιοχημική αντίδραση που απαιτεί ενέργεια. Το ATP παρέχει ενέργεια σε αυτές τις αντιδράσεις. Η φωσφορυλίωση γλυκόζης στο C-6 από ανόργανο φωσφορικό έχει DGdeg’ 13,8 kJ/mol. Αντίθετα, η υδρόλυση ATP είναι μια εξεργολογική διαδικασία. Η καθαρή αντίδραση έχει DGdeg -26,7 kJ/mol, ή -4,0 kcal/mol.

Κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος, το ATP παράγεται σε επίπεδο υποστρώματος χωρίς να απαιτείται οξυγόνο. Αυτό επιτρέπει τη ζύμωση γαλακτικού οξέος χωρίς την ανάγκη για ένα ένζυμο συνθάσης ATP που σχετίζεται με τη μεμβράνη. Αποκαθιστά επίσης την αναλογία NAD+/NADH, επιτρέποντας την ανάπτυξη ακόμη και με έναν μόνο μηχανισμό παραγωγής ATP.

Η γλυκόλυση είναι το πρώτο βήμα στη διαδικασία της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος. Το πρώτο βήμα της διαδικασίας περιλαμβάνει τη μετατροπή της γλυκόζης σε 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη. Η φρουκτόζη διασπάται σε δύο μόρια PGAL. Το PGAL μετατρέπεται σε BPGA και στη συνέχεια φωσφορυλιώνει δύο μόρια ATP σε δύο.

Γλυκόζη + Pi – 2 γαλακτικό + 2 ATP

Η βιοχημική αντίδραση γλυκόζη+Pi+2ATP στη ζύμωση γαλακτικού οξέος παράγει δύο προϊόντα: ATP και γαλακτικό. Η γλυκόλυση απελευθερώνει τα πρωτόνια που χρειάζονται το βακτηριακό κύτταρο για να εκτελέσει τις λειτουργίες του. Το ATP είναι το τελικό προϊόν της γλυκόλυσης και η σύνθεσή του είναι απαραίτητος πρόδρομος για το γαλακτικό.

Ο μεταβολισμός της γλυκόζης μπορεί να συνοψιστεί στις Εξ. 5 και 6. Αυτές οι εξισώσεις δείχνουν ότι παράγεται γαλακτικό οξύ, αλλά αυτή η ερμηνεία είναι υπερβολικά απλοποιημένη επειδή τα δύο πρωτόνια προέρχονται από την υδρόλυση ATP. Γλυκόζη + Pi + 2 Γαλακτικό + 2 ATP στη ζύμωση γαλακτικού οξέος γίνεται «κύτταρο καυσίμου» χρησιμοποιώντας ενέργεια που αποθηκεύεται στο γλυκογόνο.

Ενώ ο ρόλος των βακτηρίων γαλακτικού οξέος στη ζύμωση των γαλακτοκομικών προϊόντων εξακολουθεί να είναι αμφιλεγόμενος, οι ερευνητές ανακάλυψαν πρόσφατα ότι συμβάλλουν στην παραγωγή αμύλου. Η μεταβολική οδός KEGG έδειξε ότι τα εξωκυτταρικά ένζυμα που εκκρίνονται από βακτήρια γαλακτικού οξέος υδρολύουν το άμυλο. Η παρουσία αμύλου είναι σημαντική για τη δημιουργία προζύμης πλούσιας σε άμυλο.

Οι βιογενείς αμίνες σε τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση μπορεί να ωφελήσουν τα βακτήρια, αλλά είναι τοξικές για τον άνθρωπο. Ο Lactobacillus και ο Enterococcus παράγουν τις αμίνες ως μέρος της διαδικασίας ζύμωσης. Στο τυρί, ο εντερόκοκκος παράγει ισταμίνη. Τα βακτήρια παράγουν επίσης γαλακτικό οξύ υδρολύοντας την καζεΐνη, καθιστώντας το τυρί πιο εύπεπτο.

Ερευνητικά στοιχεία υποστηρίζουν την υπόθεση ότι το κυτταρικό pH μειώνεται κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης, με αποτέλεσμα την οξέωση. Η παραγωγή γαλακτικού οξέος είναι ένα σημαντικό συστατικό της μυϊκής συστολής και της παραγωγής του κυτταροζολικού NAD, το οποίο υποστηρίζει τη συνεχή αναγέννηση του ATP από τη γλυκόλυση. Καταναλώνει επίσης δύο πρωτόνια, τα οποία διευκολύνουν την απομάκρυνση πρωτονίων από τους μυς. Ως αποτέλεσμα, οι συσσωρεύσεις γαλακτικού αίματος και μυών μπορεί να υποδηλώνουν αύξηση της απελευθέρωσης πρωτονίων, η οποία μειώνει το κυτταρικό pH.

Εκτός από ωφέλιμα για τον ανθρώπινο οργανισμό, τα βακτήρια γαλακτικού οξέος είναι επίσης σημαντικά στη βιομηχανία τροφίμων, όπου μπορούν να αποσυνθέσουν μακρομοριακές ουσίες και να μετατρέψουν ανεπιθύμητες γευστικές ουσίες. Επιπλέον, μπορούν να παράγουν λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας, εξωπολυσακχαρίτες και αμίνες. Τα οφέλη των βακτηρίων γαλακτικού οξέος είναι πολυάριθμα και επί του παρόντος χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *