LAKTÁTOVÁ FERMENTACE: POSTUP KROK ZA KROKEM A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Mléčná fermentace, známý také jako kyselina mléčná fermentace je proces syntézy ATP v v nepřítomnosti kyslíku, které vykonávají určité mikroorganismy, včetně typu bakterií názvem „kyseliny mléčné bakterie“, který končí kyselinou vylučování mléčný.

Je považován za typ anaerobního „dýchání“ a je prováděn také některými svalovými buňkami savců, pokud pracují tvrdě a při vysokých rychlostech, což je větší než kapacita přenosu kyslíku v plicním a kardiovaskulárním systému.

Schéma mléčného kvašení (Zdroj: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) přes Wikimedia Commons a upravený Raquel Parada Puig)

Termín "fermentace" se obecně týká získání energie (ve formě ATP) v nepřítomnosti kyslíku, to znamená v anaerobióze, a mléčné fermentace se týká syntézy ATP a vylučování kyseliny. kyselina mléčná v anaerobióze, jako produkty metabolismu glukózy.

Rovnice produkce kyseliny mléčné z glukózy.

Bakterie mléčné

Člověk využívá výhody mléčného kvašení pro výrobu a konzervaci potravin po dlouhou dobu a bakterie kyseliny mléčné jsou pro tento účel bezpochyby základním pilířem.

Patří do docela heterogenní skupiny bakterií, které mají obvykle tvar koků a bacil; Jsou to grampozitivní, nekatalázové produkující, nesporulující, imobilní a anaerobní bakterie, schopné syntetizovat kyselinu mléčnou z pyruvátu tvořeného glykolytickou cestou.

Patří k různým rodům, mezi něž patří Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus a Lactobacillus, v nichž jsou homofermentativní a heterofermentativní druhy.

Homofermentativní bakterie kyseliny mléčné produkují pro každou molekulu glukózy, kterou konzumují, dvě molekuly kyseliny mléčné; Na druhé straně heterofermentativní bakterie mléčného kvašení produkují například jednu molekulu kyseliny mléčné a druhou například oxid uhličitý nebo ethanol.

Proces fermentace mlékem (krok za krokem)

Kvašení kyseliny mléčné začíná buňkou (bakteriální nebo svalovou), která spotřebovává glukózu nebo nějaký podobný cukr nebo sacharidy. K této „spotřebě“ dochází glykolýzou.

- Glykolytická cesta

Investice do ATP

Zpočátku se investuje 2 ATP pro každou spotřebovanou molekulu glukózy, protože je fosforylována enzymem hexokinázy za vzniku glukózy 6-fosfátu, který je izomerizovaný na fruktózu 6-fosfát (glukóza 6-P izomerázový enzym) a je fosforylován zpět na fruktózu 1, 6-bisfosfát (enzym fosfhofruktokináza).

Později je 1,6-bisfosfát fruktózy "rozříznut" na polovinu, aby se uvolnil dva triosefosfát známý jako glyceraldehyd 3-fosfát a dihydroxyacetonfosfát, reakce katalyzovaná enzymem aldolázy.

Tyto dva 3-uhlíkfosforylované cukry jsou vzájemně přeměnitelné enzymem triose fosfát izomerázou, takže se předpokládá, že až do tohoto bodu je každá spotřebovaná molekula glukózy přeměněna na dvě molekuly glyceraldehyd-3-fosfátu, které jsou fosforylovány na 1,3-bisfosfoglycerát.

Výše uvedená reakce je katalyzována enzymem zvaným glyceraldehyd 3-fosfát dehydrogenáza (GAPDH), který vyžaduje přítomnost "redukční síly" kofaktoru NAD +, bez níž nemůže fungovat.

Výroba ATP

V tomto bodě trasy byly spotřebovány 2 ATP pro každou molekulu glukózy, ale tyto dvě molekuly jsou „nahrazeny“ reakcí katalyzovanou enzymem fosfoglycerát kináza, při níž se každý 1,3-bisfosfoglycerát přemění na 3-fosfoglycerát. a 2ATP jsou syntetizovány.

Každý 3-fosfoglycerát je přeměněn na 2-fosfoglycerát enzymem fosfoglycerát mutasou, což zase slouží jako substrát pro enzym enolasu, který jej dehydratuje a přeměňuje na fosfoenolpyruvát.

S každou spotřebovanou molekulou glukózy se produkují 2 molekuly pyruvátu a 2 molekuly ATP, protože fosfoenolpyruvát je substrátem pro enzym pyruvát kinázu, který katalyzuje přenos fosforylové skupiny z fosfoenolpyruvátu na molekulu ADP, čímž se produkuje ATP.

- Laktátová fermentace a regenerace NAD +

Pyruvát, 3-uhlíková molekula, se přeměňuje na kyselinu mléčnou, další 3-uhlíkovou molekulu, redukční reakcí, která spotřebuje jednu molekulu NADH pro každou molekulu pyruvátu a regeneruje "invertovanou" NAD + v glykolytické reakci. katalyzováno GAPDH.

Nahrazení použitých molekul NAD + nevede k další produkci molekul ATP, ale umožňuje opakování glykolytického cyklu (pokud jsou k dispozici uhlohydráty) a pro každou spotřebovanou glukózu se vytvoří 2 ATP.

Reakce je katalyzována enzymem zvaným laktát dehydrogenáza a jde něco takového:

2C3H3O3 (pyruvát) + 2 NADH → 2C3H6O3 (kyselina mléčná) + 2 NAD +

Příklady procesů, ve kterých dochází k mléčné fermentaci

- Ve svalových buňkách

Kvašení kyseliny mléčné ve svalových buňkách je běžné po cvičení po několika dnech nečinnosti. To je zřejmé, protože svalová únava a bolest, kterou sportovec zažívá, jsou spojeny s přítomností kyseliny mléčné v buňkách.

Obrázek 5132824 na www.pixabay.com

Když jsou svalové buňky vyčerpány a zásoby kyslíku jsou vyčerpány (kardiovaskulární a dýchací systém nedokáže zvládnout potřebný transport kyslíku), začnou kvasit (dýchat bez kyslíku) a uvolňovat kyselinu mléčnou, která se může akumulovat.

- Potravinářské výrobky

Fermentace kyseliny mléčné prováděná různými druhy bakterií a hub je využívána člověkem po celém světě k výrobě různých druhů potravin.

Tento metabolismus, kterým jsou charakterizovány různé mikroorganismy, je nezbytný pro ekonomické uchování a produkci velkého množství potravin, protože jimi dosažené kyselé pH obecně inhibuje růst dalších potenciálně škodlivých nebo patogenních mikroorganismů.

Mezi tato jídla patří mimo jiné jogurt, zelí (kysané zelí), nakládaná zelenina, olivy, různá nakládaná zelenina, různé druhy sýrů a kvašeného mléka, kefírová voda, některé kvašené maso a cereálie.

Jogurt

Jogurt je fermentovaný produkt získaný z mléka a je produkován díky fermentaci této tekutiny živočišného původu typem bakterií mléčného kvašení, obvykle druhů Lactobacillus bulgaricus nebo Lactobacillus acidophilus.

Jogurt (Obrázek od kamila211 na www.pixabay.com)

Tyto mikroorganismy přeměňují cukry přítomné v mléce (včetně laktózy) na kyselinu mléčnou, takže pH v této tekutině klesá (stává se kyselým), čímž se mění její chuť a struktura. Tvrdší nebo tekutá textura různých typů jogurtu závisí na dvou věcech:

1. Ze současné produkce exopolysacharidů fermentačními bakteriemi, které působí jako zahušťovadla
2. Z koagulace, která je výsledkem neutralizace negativních nábojů na mléčné bílkoviny, jako účinek změny pH vyvolané produkcí kyseliny mléčné, díky které jsou zcela nerozpustné.

Fermentovaná zelenina

V této skupině najdeme produkty, jako jsou olivy konzervované ve slaném nálevu. Zahrnuty jsou také přípravky na bázi zelí, jako jsou zelí nebo korejské kimchi, jako jsou nakládané okurky a mexický jalapeno.

Kvašené maso

Do této kategorie patří uzeniny jako chorizo, fuet, salám a sopressatta. Výrobky, které se kromě své vysoké konzervační schopnosti vyznačují zvláštními příchutěmi.

Fermentované ryby a měkkýši

Zahrnuje různé druhy ryb a měkkýšů, které jsou obvykle fermentovány ve směsi s těstovinami nebo rýží, jako je tomu v případě Pla raa v Thajsku.

Fermentované luštěniny

V některých asijských zemích je mléčná fermentace aplikovaná na luštěniny. Miso je například pasta vyrobená z fermentovaných sójových bobů.

Fermentovaná semena

V tradiční africké kuchyni existuje celá řada produktů z fermentovaných semen, jako je sumbala nebo kenkei. Mezi tyto produkty patří koření a dokonce i jogurty vyrobené z obilovin.

Reference

1. Beijerinck, MW, O fermentaci kyseliny mléčné v mléce., In: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, pp. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Bakterie mléčné. Molecular Wine Microbiology, 1. vydání; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. Národní rada pro výzkum. (1992). Aplikace biotechnologií v tradičních fermentovaných potravinách. Národní akademie Press.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
5. Soult, A. (2019). Chemistry LibreTexts. Citováno z 24. dubna 2020, z chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Role bakterií mléčného kvašení při fermentaci mléka. Potravinářské a výživové vědy. 05. 435-442. 10,4236 / fns.2014,54051.