MÆLKEFERMENTERING: TRIN FOR TRIN OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

Den mælkesyregæring, også kendt som mælkesyrefermentering er processen med syntese af ATP i den fravær af oxygen, der udføre nogle mikroorganismer, herunder en type bakterie kaldes "mælkesyrebakterier", som ender med syre udskillelse mælkesyre.

Det betragtes som en type anaerob "respiration" og udføres også af nogle muskelceller hos pattedyr, når de arbejder hårdt og i høje hastigheder, der er større end ilttransportkapaciteten i lunge- og hjerte-kar-systemerne.

Laktisk gæringsplan (Kilde: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons og ændret af Raquel Parada Puig)

Udtrykket "gæring" henviser generelt til opnåelse af energi (i form af ATP) i fravær af ilt, det vil sige ved anaerobiose, og mælkefermentering henviser til syntesen af ​​ATP og udskillelsen af ​​syre. mælkesyre i anaerobiosis, som produkter fra glukosemetabolisme.

Ligning af mælkesyreproduktion fra glukose.

Mælkesyrebakterier

Mennesket har i lang tid udnyttet fordelene ved mælkefermentering til produktion og konservering af fødevarer, og uden tvivl er mælkesyrebakterier en grundlæggende søjle til dette formål.

Disse hører til en ret heterogen gruppe af bakterier, der normalt har form af cocci og baciller. De er gram-positive, ikke-katalaseproducerende, ikke-sporulerende, immobile og anaerobe bakterier, der er i stand til at syntetisere mælkesyre fra pyruvat dannet af den glykolytiske vej.

De hører til forskellige slægter, blandt dem Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus og Lactobacillus, inden for hvilke der er homofermentative og heterofermentative arter.

Homofermenterende mælkesyrebakterier producerer for hvert glukosemolekyle de spiser to mælkesyremolekyler; heterofermenterende mælkesyrebakterier producerer på den anden side et molekyle mælkesyre og et andet af carbondioxid eller ethanol for eksempel.

Laktisk gæringsproces (trin for trin)

Mælkesyrefermentering begynder med en celle (bakterie eller muskel), der indtager glukose eller noget beslægtet sukker eller kulhydrat. Dette "forbrug" sker gennem glykolyse.

- Glykolytisk vej

ATP-investering

Oprindeligt investeres 2 ATP for hvert forbrugt glukosemolekyle, da det fosforyleres af hexokinase-enzymet til opnåelse af glukose 6-phosphat, som er isomeriseret til fructose 6-phosphat (glucose 6-P isomeraseenzym) og fosforyleres tilbage til fruktose 1, 6-bisphosphat (phosphofructokinase-enzym).

Senere "skære" fructosen 1,6-bisphosphat i to for at frigive to triose phosphat kendt som glyceraldehyd 3-phosphat og dihydroxyacetonphosphat, en reaktion katalyseret af et aldolaseenzym.

Disse to 3-carbonphosphorylerede sukkerarter er interkonvertible med hinanden af ​​en enzymtriosphosphatisomerase, så det anses for, at op til dette punkt omdannes hvert glukosemolekyle, der forbruges, til to glyceraldehyd-3-phosphatmolekyler, der er phosphoryleret til 1,3-bisphosphoglycerate.

Ovenstående reaktion katalyseres af et enzym kaldet glyceraldehyd 3-phosphatdehydrogenase (GAPDH), som kræver tilstedeværelsen af ​​den "reducerende kraft" af cofaktoren NAD +, uden hvilken den ikke kan fungere.

ATP-produktion

På dette tidspunkt i ruten er 2 ATP blevet konsumeret for hvert molekyle glukose, men disse to molekyler "erstattes" af reaktionen katalyseret af enzymet phosphoglyceratkinase, hvorpå hvert 1,3-bisphosphoglycerat omdannes til 3-phosphoglycerat. og 2ATP syntetiseres.

Hvert 3-phosphoglycerat omdannes til 2-phosphoglycerat af en enzymphosphoglyceratmutase, og dette tjener igen som et substrat for enzymet enolase, der dehydrerer det og omdanner det til phosphoenolpyruvat.

Med hvert glukosemolekyle, der forbruges, produceres 2 pyruvatmolekyler og 2 ATP-molekyler, da phosphoenolpyruvat er et substrat for enzymet pyruvatkinase, der katalyserer overførslen af ​​en phosphorylgruppe fra phosphoenolpyruvat til et ADP-molekyle, hvilket producerer ATP.

- Laktisk gæring og regenerering af NAD +

Pyruvat, et 3-carbon molekyle, omdannes til mælkesyre, et andet 3-carbon molekyle, gennem en reduktionsreaktion, der forbruger et molekyle NADH for hvert molekyle af pyruvat, regenererer den "omvendte" NAD + i den glykolytiske reaktion. katalyseret af GAPDH.

Udskiftningen af ​​de anvendte NAD + -molekyler fører ikke til en yderligere produktion af ATP-molekyler, men tillader den glykolytiske cyklus at gentage sig selv (så længe der er kulhydrater til rådighed) og der produceres 2 ATP for hver forbrugt glucose.

Reaktionen katalyseres af et enzym kaldet lactatdehydrogenase og går i en sådan retning:

2C3H3O3 (pyruvat) + 2 NADH → 2C3H6O3 (mælkesyre) + 2 NAD +

Eksempler på processer, hvor mælkefermentering forekommer

- I muskelceller

Mælkesyrefermentering i muskelceller er almindelig efter en træning efter flere dages inaktivitet. Dette er tydeligt, fordi muskeltræthed og smerter, som atleten oplever, er forbundet med tilstedeværelsen af ​​mælkesyre i cellerne.

Billede af 5132824 på www.pixabay.com

Når muskelceller træner og iltlagre er udtømt (hjerte-kar-og åndedrætssystemerne kan ikke klare den nødvendige ilttransport), begynder de at fermentere (indåndes uden ilt) og frigiver mælkesyre, der kan ophobes.

- Madvarer

Mælkesyrefermentering udført af forskellige arter af bakterier og svampe bruges af mennesker over hele verden til produktion af forskellige typer fødevarer.

Denne metabolisme, som forskellige mikroorganismer er kendetegnet ved, er essentiel for økonomisk konservering og produktion af store mængder mad, da den sure pH-værdi opnået af dem generelt hæmmer væksten af ​​andre potentielt skadelige eller patogene mikroorganismer.

Disse fødevarer inkluderer yoghurt, surkål (gæret kål), pickles, oliven, forskellige syltede grøntsager, forskellige typer ost og gæret mælk, kefirvand, nogle fermenteret kød og korn, blandt andre.

Yoghurten

Yoghurt er et fermenteret produkt, der stammer fra mælk, og produceres takket være gæringen af ​​denne væske af animalsk oprindelse af en type mælkesyrebakterier, generelt af Lactobacillus bulgaricus eller Lactobacillus acidophilus.

Yoghurt (Billede af kamila211 på www.pixabay.com)

Disse mikroorganismer omdanner sukkerarter, der findes i mælk (inklusive lactose), til mælkesyre, så pH-værdien falder (bliver sur) i denne væske og ændrer dens smag og struktur. Den fastere eller flydende struktur af forskellige typer yoghurt afhænger af to ting:

1. Fra den samtidige produktion af exopolysaccharider med fermenterende bakterier, der fungerer som fortykningsmidler
2. Fra koagulering, der er resultatet af neutralisering af negative ladninger på mælkeproteiner, som en effekt af ændringen i pH, der genereres ved produktion af mælkesyre, hvilket gør dem helt uopløselige

Fermenterede grøntsager

I denne gruppe kan vi finde produkter såsom oliven konserveret i saltlage. Kålbaserede præparater såsom surkål eller koreansk kimchi er også inkluderet, ligesom syltede gherkins og mexicansk jalapeno.

Fermenteret kød

Pølser såsom chorizo, fuet, salami og sopressatta er inkluderet i denne kategori. Produkter, der er kendetegnet ved deres særlige smag ud over deres høje konserveringsevne.

Fermenteret fisk og skaldyr

Det inkluderer forskellige typer fisk og skaldyr, der normalt fermenteres blandet med pasta eller ris, som det er tilfældet med Pla raa i Thailand.

Fermenterede bælgplanter

Mælkefermentering anvendt på bælgplanter er en traditionel praksis i nogle asiatiske lande. Miso er for eksempel en pasta lavet af gærede sojabønner.

Fermenteret frø

I traditionelt afrikansk køkken findes der en lang række produkter lavet af gærede frø som sumbala eller kenkei. Disse produkter inkluderer nogle krydderier og endda yoghurt fremstillet af korn.

Referencer

1. Beijerinck, MW, På mælkesyrefermentering i mælk., I: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, pp. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Mælkesyrebakterier. Molecular Wine Microbiology, 1. udg.; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. National Research Council. (1992). Anvendelse af bioteknologi i traditionelle gærede fødevarer. National Academies Press.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.
5. Soult, A. (2019). Kemi LibreTexts. Hentet 24. april 2020 fra chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Rollen af ​​mælkesyrebakterier i mælkefermentering. Fødevare- og ernæringsvidenskaber. 05. 435-442. 10.4236 / fns.2014.54051.