תסיסת גלוקוז היא אחת התגובות העיקריות שבאמצעותן מתאפשרת הכנת משקאות אלכוהוליים. זה יכול להתבצע בדרכים שונות, שבכל אחד מהם נוצרים מוצרים בודדים. תהליך זה ממלא תפקיד מפתח בתחומים רבים בחיינו, מבישול והכנת מוצרי יין וודקה ועד לתגובות המתרחשות בגופנו.
היסטוריה
תהליך התסיסה של גלוקוז וסוכרים אחרים שימש על ידי אנשים קדומים. הם אכלו מזון מותסס מעט. מזון כזה היה בטוח יותר, מכיוון שהוא הכיל אלכוהול, שבו מתו חיידקים מזיקים רבים. במצרים העתיקה ובבבל, אנשים כבר ידעו לתסוס משקאות וחלב ממותקים רבים. כאשר אנשים בסוף המאה ה-18 הצליחו ללמוד טוב יותר את התהליך הזה, סוגיו ואפשרויות השיפור שלו, תעשיות כמו קוואס, בירה ויין-וודקה צמחו בצורה מאוד איכותית.
סוגי תסיסה
למרבה הפלא, אבל התהליך הזה שונה. ויש סוגים של תסיסת גלוקוז לפי מוצרים סופיים. לפיכך, יש חומצה לקטית, אלכוהול, חומצת לימון, אצטון, בוטירית ועוד כמה. בואו נדבר קצת על כל סוג שללְחוּד. תסיסה של חומצת חלב של גלוקוז היא התהליך העיקרי בהכנת מוצרים כמו יוגורט, שמנת חמוצה, קפיר, גבינת קוטג '. הוא משמש גם לשימור ירקות וממלא תפקיד מרכזי בגופנו: במצבים של חוסר חמצן, הגלוקוז הופך לתוצר הסופי - חומצה לקטית, הגורמת לכאבי שרירים במהלך האימון ולאחריו.
תסיסה אלכוהולית שונה בכך שאלכוהול אתילי נוצר בתור המוצר הסופי. זה מתרחש בעזרת מיקרואורגניזמים - שמרים. והוא ממלא תפקיד מפתח בבישול, שכן בנוסף למוצר העיקרי, פחמן דו חמצני משתחרר במהלך התסיסה האלכוהולית של גלוקוז (זה מסביר את הפאר של בצק השמרים).
תסיסה של חומצת לימון מתרחשת, כפי שניתן לנחש, עם היווצרות חומצת לימון. היא מתרחשת בהשפעת סוג מסוים של פטרייה ומהווה חלק ממחזור קרבס, המבטיח את הנשימה של כל התאים בגופנו.
תסיסת אצטון-בוטיל דומה מאוד לתסיסה בוטירית. כתוצאה מכך נוצרים חומצה בוטירית, בוטיל ואתיל, אצטון ופחמן דו חמצני. תסיסה בוטירית מייצרת רק את החומצה הנושאת את השם ופחמן דו חמצני.
עכשיו נסתכל על כל הסוגים ביתר פירוט, אבל נתחיל מהבסיסי ביותר - תסיסה אלכוהולית של גלוקוז. כל התגובות והניואנסים של מהלך שלהן ינותחו בפירוט.
תסיסת אלכוהול
בוא נספר קצת יותר על התסיסה של גלוקוז, המשוואה שלה היא:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. מה ניתן ללמוד מתגובה זו? יש לנו שני מוצרים: אלכוהול אתילי ופחמן דו חמצני. בשל האחרון, אנו רואים את התפחה של בצק השמרים. ובשל הראשון, יש לנו הזדמנות לקבל טעימה בלתי נשכחת של יין ומשקאות יין. אבל למעשה, זו רק משוואה פשוטה. תגובת התסיסה השלמה של גלוקוז מורכבת יותר, אז בואו נפרק אותה קצת.
יש תהליך כזה כמו גליקוליזה. פשוטו כמשמעו, שמו מתורגם כ"פיצול סוכר". הוא מופיע בגוף, ותוצר הלוואי שלו הוא חומצה פירובית, והעיקרי שבהם הוא אדנוזין טריפוספט (ATP), שנוצר במהלך תגובה זו מתרכובת אחרת. אנו יכולים לומר ש-ATP הוא נושא האנרגיה בגוף, ולמעשה, גליקוליזה משמשת לספק לגוף שלנו אנרגיה.
נגענו בתהליך הזה מסיבה כלשהי. למעשה, התסיסה דומה מאוד לגליקוליזה, שכן השלב הראשון זהה לחלוטין עבורם. אפשר אפילו לומר שהתסיסה האלכוהולית של גלוקוז היא המשך של הגליקוליזה. הפירובאט (יון החומצה הפירובית) שנוצר במהלך האחרון הופך לאצטאלדהיד (CH3-C(O)H) עם שחרור פחמן דו חמצני כתוצר לוואי. לאחר מכן, התוצר המתקבל מופחת על ידי קו-אנזים NADH הכלול בחיידק. הפחתה מובילה ליצירת אלכוהול אתילי.
לכן, תגובת התסיסה של גלוקוז לאתילי אלכוהול נראית כך:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH משמש כזרז לתגובה, ויון NAD+ממלא תפקיד מפתח בשלב המוקדם של הגליקוליזה, ונוצר בסוף התסיסה האלכוהולית, חוזר לתהליך.
בוא נעבור לסוג התגובה הבא שנבדק.
תסיסת חומצת חלב של גלוקוז
מין זה נבדל מאלכוהול בכך שהוא מתרחש לא בהשפעת שמרים, אלא בעזרת חיידקי חומצת חלב. לכן, יש לנו מוצרים שונים לחלוטין. תסיסה של חומצת חלב מתרחשת גם בשרירים שלנו כאשר אנו עובדים קשה וחסר חמצן.
ישנם שני סוגים של תהליך זה. הראשון הוא תסיסה הומופרמנטטיבית. אם אי פעם שמעתם את הקידומת "הומו", סביר להניח שאתם מבינים מה זה אומר. תסיסה הומופרמנטטיבית היא תהליך הכולל אנזים בודד. בשלב הראשון מתרחשת גליקוליזה ונוצרת חומצה פירובית. אז הפירובט שנוצר (בתמיסה חומצה זו יכולה להתקיים רק בצורה של יונים) עובר הידרוגנציה באמצעות NADH+H ו-lactate dehydrogenase. כתוצאה מכך, תוצר ההפחתה הוא חומצה לקטית, המהווה כ-90% מכלל התוצרים המתקבלים במהלך התגובה. תרכובת זו, לעומת זאת, יכולה להיווצר גם בצורה של שנייםאיזומרים שונים: D ו-L. סוגים אלו נבדלים בכך שהם תמונות מראה זה של זה, וכתוצאה מכך משפיעים על גופנו בדרכים שונות. איזה איזומר יווצר במידה רבה יותר קובע את המבנה של הלקטאט דהידרוגנאז.
בוא נעבור לסוג השני של תסיסת חומצת חלב - הטרופרמנטטיבית. תהליך זה כולל מספר אנזימים ועוקב בדרך מורכבת יותר. בגלל זה, נוצרים יותר מוצרים שונים במהלך התגובה: בנוסף לחומצה לקטית, נוכל למצוא שם חומצה אצטית ואלכוהול אתילי.
אז שקלנו תסיסה של חומצת חלב. זהו התהליך שבו נוכל להנות מטעם גבינת קוטג', חלב מכורבל, חלב אפוי מותסס וקפיר. בואו נסכם ונכתוב את התגובה הכללית של תסיסת חומצת חלב של גלוקוז: C6H12O6=2 C 3H6O3. כמובן שמדובר בתרשים מפושט של תהליך התסיסה ההטרופרמנטטיבית, שכן אפילו התרשים של תהליך התסיסה ההטרופרמנטטיבי יהיה מורכב מאוד. כימאים עדיין חוקרים את התסיסה לקטית של גלוקוז ומבהירים את המנגנונים המלאים שלה, כך שעדיין יש מקום לשיפור.
תסיסת חומצת לימון
תגובות של סוג זה של תסיסה מתרחשות, כמו עם אלכוהול, בפעולת פטריות מזן מסוים. המנגנון המלא של תגובה זו עדיין לא מובן במלואו, ואנו יכולים רק להסתמך על כמה הפשטות. עם זאת, ישנן הצעות כי השלב הראשוני של התהליך הוא גליקוליזה. ואז חומצה פירובית מומרת להופך לחומצות שונות ומגיע לציטרי. בשל מנגנון זה, חומצות אחרות מצטברות בתווך התגובה - תוצרים של חמצון לא שלם של גלוקוז.
תהליך זה מתרחש בהשפעת חמצן, ובמונחים כלליים ניתן לכתוב אותו כמשוואה הבאה: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. לפני שהתגלה סוג זה של תסיסה, אנשים הפיקו חומצת לימון אך ורק על ידי לחיצה על פרי העץ המקביל. עם זאת, חומצה זו מכילה לא יותר מ-15% בלימון, ולכן שיטה זו התבררה כלא מעשית, ולאחר גילוי התגובה הזו, כל החומצה החלה להתקבל בתסיסה.
תסיסה בוטרית
בוא נעבור לסוג הבא. סוג זה של תסיסה מתרחש תחת פעולתם של חיידקי חומצה בוטירית. הם נפוצים, והתהליך שהם גורמים ממלא תפקיד מפתח במחזורים חשובים מבחינה ביולוגית. בעזרת חיידקים אלו מתרחש פירוק של אורגניזמים מתים. החומצה הבוטירית שנוצרת במהלך התגובות מושכת נבלות עם הריח שלה.
סוג זה של תסיסה משמש בתעשייה. כפי שאתה יכול לנחש, הם מקבלים חומצה בוטירית. האסטרים שלו נמצאים בשימוש נרחב בבשמים ויש להם ריח נעים, שלא כמותו. עם זאת, תסיסה בוטירית לא תמיד מועילה. זה יכול לקלקל ירקות, שימורים, חלב ומוצרים אחרים. אבל זה יכול לקרות רק אם חיידקי חומצה בוטירית נכנסו למוצר.
בוא ננתח את המנגנון של בוטיריתסיסה של גלוקוז. התגובה שלו נראית כך: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . כתוצאה מכך נוצרת גם אנרגיה המבטיחה את הפעילות החיונית של חיידקי הבוטירי.
תסיסת אצטון-בוטיל
סוג זה דומה מאוד לבוטיריק. לא רק גלוקוז, אלא גם גליצרול וחומצה פירובית יכולים לתסוס בדרך זו. ניתן לחלק את התהליך הזה לשני שלבים: הראשון (לפעמים נקרא חומצי) הוא למעשה תסיסה בוטירית. עם זאת, בנוסף לחומצה בוטירית, משתחררת גם חומצה אצטית. כתוצאה מתסיסת גלוקוז בדרך זו, אנו מקבלים מוצרים שעוברים לשלב השני (אצטונובוטיל). מכיוון שכל התהליך הזה מתרחש גם בפעולת חיידקים, כאשר המדיום מחומצן (עלייה בריכוז החומצות), משתחררים אנזימים מיוחדים על ידי חיידקים. הם גורמים להמרה של מוצרי תסיסה של גלוקוז ל-n-בוטנול (בוטיל אלכוהול) ואציטון. בנוסף, עשוי להיווצר מעט אתנול.
סוגים אחרים של תסיסה
בנוסף לחמשת הסוגים של תהליך זה המפורטים, ישנם עוד כמה. לדוגמה, זוהי תסיסה אצטית. זה מתרחש גם תחת פעולתם של חיידקים רבים. סוג זה של תסיסה יכול לשמש למטרות שימושיות בעת כבישה. הוא מגן על המזון מפני חיידקים פתוגניים ומסוכנים. יש גם תסיסה אלקליין או מתאן. בניגוד לסוגים הקודמים, סוג זהניתן לבצע תסיסה עבור רוב התרכובות האורגניות. כתוצאה ממספר רב של תגובות מורכבות, חומרים אורגניים מתפצלים למתאן, מימן ופחמן דו חמצני.
תפקיד ביולוגי
תסיסה היא הדרך העתיקה ביותר להשגת אנרגיה על ידי אורגניזמים חיים. יש יצורים שמייצרים חומרים אורגניים, המקבלים אנרגיה לאורך הדרך, בעוד שאחרים הורסים את החומרים הללו, תוך שהם מקבלים גם אנרגיה. כל החיים שלנו בנויים על זה. ובכל אחד מאיתנו מתרחשת התסיסה בצורה כזו או אחרת. כפי שאמרנו לעיל, תסיסה של חומצת חלב מתרחשת בשרירים במהלך אימון אינטנסיבי.
מה עוד לקרוא?
אם אתה מתעניין בביוכימיה של תהליך מאוד מעניין זה, עליך להתחיל עם ספרי לימוד בית ספריים בכימיה וביולוגיה. ספרי לימוד רבים באוניברסיטאות כל כך מפורטים עד שאחרי שקראתם אותם תוכלו להיות רק מומחה בתחום זה.
מסקנה
הנה הגענו לסוף. ניתחנו את כל סוגי התסיסה של גלוקוז ואת העקרונות הכלליים של תהליכים אלה, אשר ממלאים תפקיד חשוב מאוד הן בתפקודם של אורגניזמים חיים והן בתעשייה שלנו. ייתכן שבעתיד נגלה עוד כמה סוגים של תהליך קדום זה ונלמד כיצד להשתמש בהם לטובתנו, כפי שעשינו עם אלו שכבר ידועים לנו.
