Глюкозаның ашытуы – алкогольді сусындарды дайындауға болатын негізгі реакциялардың бірі. Ол әртүрлі тәсілдермен жүзеге асырылуы мүмкін, олардың әрқайсысында жеке өнімдер қалыптасады. Бұл процесс тамақ пісіру мен шарап пен арақ өнімдерін жасаудан бастап, денемізде болатын реакцияларға дейін өміріміздің көптеген салаларында маңызды рөл атқарады.
Тарих
Глюкоза мен басқа қанттарды ашыту процесін ежелгі адамдар қолданған. Олар аздап ашытылған тағамды жеді. Мұндай тағам қауіпсіз болды, өйткені оның құрамында көптеген зиянды бактериялар өлетін алкоголь бар. Ежелгі Мысыр мен Вавилонда адамдар қантты сусындар мен сүтті ашытуды бұрыннан білген. 18 ғасырдың аяғында адамдар бұл процесті, оның түрлері мен жетілдіру мүмкіндіктерін жақсы зерттей алған кезде, квас, сыра қайнату және шарап-арақ сияқты салалар өте сапалы өсті.
Ашыту түрлері
Бір қызығы, бұл процесс басқаша. Ал глюкозаның соңғы өнімдермен ашыту түрлері бар. Осылайша, сүт қышқылы, алкоголь, лимон қышқылы, ацетон, бутирик және басқалары бар. Әр түрі туралы аздап сөйлесейікбөлек. Глюкозаны сүт қышқылымен ашыту йогурт, қаймақ, айран, сүзбе сияқты өнімдерді дайындаудың негізгі процесі болып табылады. Ол сондай-ақ көкөністерді сақтау үшін қолданылады және біздің денемізде негізгі функцияны орындайды: оттегінің жетіспеушілігі жағдайында глюкоза соңғы өнімге - сүт қышқылына айналады, бұл жаттығу кезінде және одан кейін бұлшықет ауырсынуын тудырады.
Алкогольді ашыту соңғы өнім ретінде этил спиртінің түзілуімен ерекшеленеді. Ол микроорганизмдердің – ашытқылардың көмегімен пайда болады. Және ол тамақ дайындауда басты рөл атқарады, өйткені глюкозаның алкогольдік ашытуы кезінде негізгі өнімге қосымша көмірқышқыл газы бөлінеді (бұл ашытқы қамырының кереметтігін түсіндіреді).
Лимон қышқылының ашытуы, сіз болжағандай, лимон қышқылының түзілуімен бірге жүреді. Ол саңырауқұлақтың белгілі бір түрінің әсерінен пайда болады және денеміздегі барлық жасушалардың тыныс алуын қамтамасыз ететін Кребс циклінің бөлігі болып табылады.
Ацетон-бутил ашытуы бутирикалық ашытуға өте ұқсас. Нәтижесінде май қышқылы, бутил және этил спирттері, ацетон және көмірқышқыл газы түзіледі. Бутирикалық ашыту тек атауы бар қышқыл мен көмірқышқыл газын шығарады.
Енді біз барлық түрлерін толығырақ қарастырамыз, бірақ ең қарапайым - глюкозаның алкогольдік ашытуынан бастайық. Барлық реакциялар мен олардың ағымының нюанстары егжей-тегжейлі талданатын болады.
Алкоголь ашыту
Глюкозаның ашытуы туралы аздап айтып өтейік, оның теңдеуі:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Бұл реакциядан не үйренуге болады? Бізде екі өнім бар: этил спирті және көмірқышқыл газы. Соңғысының арқасында біз ашытқы қамырының ісінуін байқаймыз. Ал біріншісінің арқасында бізде шарап пен шарап сусындарының ұмытылмас дәмін алу мүмкіндігі бар. Бірақ шын мәнінде бұл жай ғана жеңілдетілген теңдеу. Глюкозаның толық ашыту реакциясы күрделірек, сондықтан оны аздап бөлейік.
Гликолиз сияқты процесс бар. Сөзбе-сөз оның атауы «қантты бөлу» деп аударылады. Ол организмде кездеседі, ал оның қосымша өнімі пирожүзім қышқылы, ал негізгісі - бұл реакция кезінде басқа қосылыстан түзілетін аденозинтрифосфаты (АТФ). АТФ денедегі энергия тасымалдаушысы деп айта аламыз, ал шын мәнінде гликолиз біздің денемізді энергиямен қамтамасыз етеді.
Бұл процесті бір себеппен қозғадық. Іс жүзінде ашыту гликолизге өте ұқсас, өйткені бірінші кезең олар үшін бірдей. Тіпті глюкозаның алкогольдік ашытуы гликолиздің жалғасы деп айтуға болады. Соңғысы кезінде түзілген пируват (пирув қышқылы ионы) жанама өнім ретінде көмірқышқыл газының бөлінуімен сірке альдегидіне (CH3-C(O)H) айналады. Осыдан кейін алынған өнім бактериялардың құрамындағы NADH коферменті арқылы тотықсызданады. Азайту этил спиртінің түзілуіне әкеледі.
Осылайша, глюкозаның этил спиртіне ашыту реакциясы келесідей болады:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH реакцияның катализаторы қызметін атқарады, ал NAD ионы+гликолиздің ерте сатысында шешуші рөл атқарады және алкогольдік ашытудың соңында түзіледі, процеске қайтады.
Зерттелетін реакцияның келесі түріне көшейік.
Глюкозаның сүт қышқылымен ашытуы
Бұл түрдің алкогольден айырмашылығы ашытқы әсерінен емес, сүт қышқылы бактерияларының көмегімен пайда болады. Сондықтан бізде мүлдем басқа өнімдер бар. Сүт қышқылының ашытуы біз қатты жұмыс істегенде және оттегі жетіспегенде бұлшықеттерімізде де пайда болады.
Бұл процестің екі түрі бар. Біріншісі - гомоферментативті ашыту. Егер сіз бұрыннан «homo» префиксін естіген болсаңыз, оның мағынасын түсінген боларсыз. Гомоферментативті ашыту – бір ферменттің қатысуымен жүретін процесс. Бірінші кезеңде гликолиз жүріп, пирожүзім қышқылы түзіледі. Содан кейін алынған пируват (ерітіндіде бұл қышқыл тек иондар түрінде болуы мүмкін) NADH+H және лактатдегидрогеназа көмегімен гидрлеуге ұшырайды. Нәтижесінде қалпына келтіру өнімі сүт қышқылы болып табылады, ол реакция кезінде алынған барлық өнімдердің шамамен 90% құрайды. Бұл қосылыс, алайда, екі түрінде де түзілуі мүмкінәртүрлі изомерлер: D және L. Бұл түрлер бір-бірінің айнадағы бейнелері болып табылатындығымен ерекшеленеді және нәтижесінде біздің денемізге әртүрлі әсер етеді. Қай изомер көбірек түзілетіні лактатдегидрогеназаның құрылымын анықтайды.
Сүт қышқылы ашытудың екінші түріне – гетероферментативтіге көшейік. Бұл процесс бірнеше ферменттерді қамтиды және күрделірек жолмен жүреді. Осыған байланысты реакция кезінде көбірек әртүрлі өнімдер түзіледі: сүт қышқылынан басқа, ол жерден сірке қышқылы мен этил спиртін таба аламыз.
Сондықтан біз сүт қышқылын ашытуды қарастырдық. Бұл сүзбе, сүзбе, ашытылған пісірілген сүт және айранның дәмін татуға болатын процесс. Глюкозаның сүт қышқылы ашытуының жалпы реакциясын қорытындылап, жазып алайық: C6H12O6=2 C 3H6O3. Әрине, бұл гомоферментативті ашыту процесінің жеңілдетілген диаграммасы, өйткені тіпті гетероферментативті ашыту процесінің диаграммасы өте күрделі болады. Химиктер глюкозаның сүтті ашыту процесін әлі де зерттеп, оның толық механизмдерін түсіндіруде, сондықтан әлі де жақсартуға мүмкіндіктер бар.
Лимон қышқылын ашыту
Ашытудың бұл түрінің реакциялары, алкоголь сияқты, белгілі бір штаммдағы саңырауқұлақтардың әсерінен болады. Бұл реакцияның толық механизмі әлі толық түсінілмеген, және біз тек кейбір жеңілдетулерге сене аламыз. Дегенмен, процестің бастапқы кезеңі гликолиз болып табылады деген ұсыныстар бар. Содан кейін пирожүзім қышқылына айналадыәртүрлі қышқылдарға айналады және лимонға келеді. Осы механизмнің арқасында реакциялық ортада басқа қышқылдар жиналады - глюкозаның толық емес тотығу өнімдері.
Бұл процесс оттегінің әсерінен жүреді және жалпы алғанда оны келесі теңдеу түрінде жазуға болады: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Ашытудың бұл түрі табылғанға дейін адамдар лимон қышқылын тек сәйкес ағаштың жемісін басу арқылы шығарды. Бірақ бұл қышқыл лимонда 15%-дан аспайды, сондықтан бұл әдіс мүмкін емес болып шықты және бұл реакция ашылғаннан кейін барлық қышқыл ашыту арқылы алына бастады.
Бутирді ашыту
Келесі түрге көшейік. Ашытудың бұл түрі май қышқылы бактерияларының әсерінен жүреді. Олар кең таралған және олар тудыратын процесс биологиялық маңызды циклдерде шешуші рөл атқарады. Осы бактериялардың көмегімен өлі организмдердің ыдырауы жүреді. Реакциялар кезінде түзілетін май қышқылы иісімен тазартқыштарды тартады.
Ашытудың бұл түрі өнеркәсіпте қолданылады. Сіз болжағандай, олар май қышқылын алады. Оның эфирлері парфюмерияда кеңінен қолданылады және өзіне ұқсамайтын жағымды иісі бар. Дегенмен, бутирикалық ашыту әрқашан пайдалы емес. Ол көкөністерді, консервілерді, сүтті және басқа өнімдерді бұзуы мүмкін. Бірақ бұл өнімге май қышқылы бактериялары енген жағдайда ғана орын алуы мүмкін.
Бутираның механизмін талдап көрейікглюкозаның ашытуы. Оның реакциясы келесідей: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Нәтижесінде майлы бактериялардың өмірлік белсенділігін қамтамасыз ететін энергия да пайда болады.
Ацетон-бутил ашыту
Бұл түрі бутирикке өте ұқсас. Осылайша глюкоза ғана емес, глицерин мен пирожүзім қышқылы да ашытуға қабілетті. Бұл процесті екі кезеңге бөлуге болады: біріншісі (кейде қышқыл деп аталады) шын мәнінде бутирикалық ашыту. Бірақ май қышқылынан басқа сірке қышқылы да бөлінеді. Глюкозаны осылай ашыту нәтижесінде біз екінші сатыға өтетін өнімдерді аламыз (ацетонобутил). Бұл бүкіл процесс бактериялардың әсерінен де жүретіндіктен, орта қышқылданған кезде (қышқылдар концентрациясының жоғарылауы) бактериялар арнайы ферменттер шығарады. Олар глюкозаның ашыту өнімдерінің n-бутанолға (бутил спирті) және ацетонға айналуын тудырады. Оған қоса, аздап этанол өндірілуі мүмкін.
Ашытудың басқа түрлері
Тізімде аталған процестің бес түріне қосымша тағы бірнеше түрі бар. Мысалы, бұл сірке ашыту. Ол сондай-ақ көптеген бактериялардың әсерінен пайда болады. Ашытудың бұл түрін маринадтау кезінде пайдалы мақсаттарда пайдалануға болады. Ол тағамды патогенді және қауіпті бактериялардан қорғайды. Сондай-ақ сілтілі немесе метандық ашыту бар. Алдыңғы түрлерден айырмашылығы, бұл түріашытуды көптеген органикалық қосылыстар үшін жүргізуге болады. Көптеген күрделі реакциялардың нәтижесінде органикалық заттар метан, сутегі және көмірқышқыл газына бөлінеді.
Биологиялық рөл
Ашыту – тірі ағзалардың энергия алуының ең көне жолы. Кейбір тіршілік иелері жол бойында энергия алып, органикалық заттар шығарады, ал басқалары осы заттарды жояды, сонымен бірге энергия алады. Біздің бүкіл өміріміз осыған құрылған. Әрқайсымызда ашыту бір түрде немесе басқа түрде жүреді. Жоғарыда айтқанымыздай, қарқынды жаттығулар кезінде бұлшықеттерде сүт қышқылының ашытуы жүреді.
Тағы не оқу керек?
Егер сізді осы өте қызықты процестің биохимиясы қызықтырса, химия мен биология бойынша мектеп оқулықтарынан бастау керек. Көптеген университет оқулықтарының егжей-тегжейлі жазылғаны сонша, оларды оқығаннан кейін сіз осы саланың маманы бола аласыз.
Қорытынды
Міне, біз соңына жеттік. Біз глюкоза ашытудың барлық түрлерін және осы процестердің жалпы принциптерін талдадық, олар тірі ағзалардың қызметінде де, біздің өндірісте де өте маңызды рөл атқарады. Болашақта біз осы көне процестің тағы бірнеше түрін тауып, бізге бұрыннан белгілі болғандай, оларды өз пайдамызға пайдалануды үйренуіміз мүмкін.
