Alkoholna fermentacija je magija pretvaranja šećera u etilni alkohol. Alkoholno vrenje Homofermentativno mliječno kiselinsko vrenje

Tijekom alkoholnog vrenja, osim glavnih produkata - alkohola i CO 2 , iz šećera nastaju i mnogi drugi, tzv. sekundarni produkti vrenja. Od 100 g C 6 H 12 O 6 nastaje 48,4 g etilnog alkohola, 46,6 g ugljičnog dioksida, 3,3 g glicerola, 0,5 g jantarne kiseline i 1,2 g mješavine mliječne kiseline, acetaldehida, acetoina i dr. organski spojevi.

Uz to, stanice kvasca u razdoblju razmnožavanja i logaritamskog rasta troše aminokiseline iz mošta, potrebne za izgradnju vlastitih bjelančevina. U tom slučaju nastaju nusprodukti vrenja, uglavnom viši alkoholi.

U suvremenoj shemi alkoholnog vrenja postoji 10-12 faza biokemijskih transformacija heksoza pod djelovanjem kompleksa enzima kvasca. Pojednostavljeno, mogu se razlikovati tri faze alkoholnog vrenja.

jastadij – fosforilacija i razgradnja heksoza. U ovoj fazi dolazi do nekoliko reakcija, uslijed kojih se heksoza pretvara u trioza fosfat:

ATP → ADP

Glavnu ulogu u prijenosu energije u biokemijskim reakcijama imaju ATP (adenozin trifosfat) i ADP (adenozin difosfat). Oni su dio enzima, akumuliraju veliku količinu energije potrebne za provođenje životnih procesa, te su adenozin - sastavni dio nukleinskih kiselina - s ostacima fosforne kiseline. Prvo nastaje adenilna kiselina (adenozin monofosfat ili adenozin monofosfat - AMP):

Ako adenozin označimo slovom A, tada se struktura ATP-a može prikazati na sljedeći način:

A-O-R-O ~ R - O ~ R-OH

Znak s ~ označava takozvane makroergičke fosfatne veze, koje su izuzetno bogate energijom koja se oslobađa prilikom eliminacije ostataka fosforne kiseline. Prijenos energije od ATP do ADP može se prikazati sljedećom shemom:

Oslobođenu energiju stanice kvasca koriste za osiguravanje vitalnih funkcija, posebice reprodukcije. Prvi čin oslobađanja energije je stvaranje fosfornih estera heksoza – njihova fosforilacija. Dodavanje ostatka fosforne kiseline iz ATP-a u heksoze događa se pod djelovanjem enzima fosfoheksokinaze kojeg isporučuje kvasac (molekulu fosfata označavamo slovom P):

Glukoza Glukoza-6-fosfat fruktoza-1,6-fosfat

Kao što se može vidjeti iz gornje sheme, fosforilacija se događa dva puta, a glukoza fosforni ester pod djelovanjem enzima izomeraze reverzibilno se pretvara u fruktozni fosforni ester, koji ima simetričan furanski prsten. Simetričan raspored ostataka fosforne kiseline na krajevima molekule fruktoze olakšava njezino naknadno pucanje upravo u sredini. Razgradnju heksoze u dvije trioze katalizira enzim aldolaza; kao rezultat razgradnje nastaje neravnotežna smjesa 3-fosfogliceraldehida i fosfodioksiacetona:

Fosfoglicerol-novi aldehid (3,5%) Fosfodiohidroksiaceton (96,5%)

U daljnjim reakcijama sudjeluje samo 3-fosfogliceraldehid, čiji se sadržaj stalno nadopunjuje djelovanjem enzima izomeraze na molekule fosfodioksiacetona.

II faza alkoholnog vrenja- stvaranje pirogrožđane kiseline. U drugom stupnju trioza fosfat u obliku 3-fosfogliceraldehida pod djelovanjem oksidativnog enzima dehidrogenaze oksidira se u fosfoglicerinsku kiselinu, te uz sudjelovanje odgovarajućih enzima (fosfogliceromutaze i enolaze) i LDF-ATP sustava prelazi u u pirogrožđanu kiselinu:

Prvo, svaka molekula 3-fosfogliceraldehida sebi dodaje još jedan ostatak fosforne kiseline (zbog anorganske molekule fosfora) i nastaje 1,3-difosfogliceraldehid. Zatim se u anaerobnim uvjetima oksidira do 1,3-difosfoglicerinske kiseline:

Aktivna skupina dehidrogenaze je koenzim složene organske strukture NAD (nikotinamid adenin dinukleotid) koji svojom nikotinamidnom jezgrom veže dva atoma vodika:

PREKO+ + 2H+ + PREKO H2

PREKO oksidirano PREKO reducirano

Oksidirajući supstrat, koenzim NAD postaje vlasnik slobodnih iona vodika, što mu daje visok redukcijski potencijal. Stoga mošt u vrenju uvijek karakterizira visoka redukcijska sposobnost, što je od velike praktične važnosti u vinarstvu: pH medija se smanjuje, privremeno oksidirane tvari se obnavljaju, a patogeni mikroorganizmi umiru.

U završnoj fazi II faze alkoholne fermentacije, enzim fosfotransferaza dva puta katalizira prijenos ostatka fosforne kiseline, a fosfogliceromutaza ga premješta s 3. atoma ugljika na 2., otvarajući mogućnost enzimu enolazi da tvori pirogrožđanu kiselinu:

1,3-difosoglicerinska kiselina 2-fosfoglicerinska kiselina pirogrožđana kiselina

Budući da se iz jedne molekule dvostruko fosforilirane heksoze (potrošena 2 ATP-a) dobiju dvije molekule dvostruko fosforilirane trioze (nastane 4 ATP-a), neto energetska bilanca enzimske razgradnje šećera je stvaranje 2 ATP-a. Ova energija osigurava vitalne funkcije kvasca i uzrokuje povećanje temperature medija za vrenje.

Sve reakcije koje prethode stvaranju pirogrožđane kiseline svojstvene su i anaerobnoj fermentaciji šećera i disanju najjednostavnijih organizama i biljaka. III stadij vezan je samo za alkoholno vrenje.

IIIfaza alkoholnog vrenja – nastajanje etilnog alkohola. U završnoj fazi alkoholnog vrenja pirogrožđana kiselina se pod djelovanjem enzima dekarboksilaze dekarboksilira uz stvaranje acetaldehida i ugljičnog dioksida, a uz sudjelovanje enzima alkohol dehidrogenaze i koenzima NAD-H2 acetaldehid se reducira do etil alkohol:

Pirogrožđana kiselina acetilaldehid Etanol

Ako u sladovini koja fermentira postoji višak slobodne sumporaste kiseline, tada se dio acetaldehida veže na aldehidni sumporni spoj: u svakoj litri sladovine 100 mg H2SO3 veže 66 mg CH3COH.

Naknadno, u prisutnosti kisika, ovaj nestabilni spoj se razgrađuje, au vinomaterijalu se nalazi slobodni acetaldehid, što je posebno nepoželjno za šampanjac i stolna vina.

U komprimiranom obliku, anaerobna konverzija heksoze u etilni alkohol može se prikazati sljedećom shemom:

Kao što je vidljivo iz sheme alkoholnog vrenja, prvo nastaju heksoza fosfatni esteri. Istovremeno, molekule glukoze i fruktoze, pod djelovanjem enzima heksokenaze, vežu ostatak fosforne kiseline iz adenozitol trifosfata (ATP) te nastaju glukoza-6-fosfat i adenozitol difosfat (ADP).

Glukoza-6-fosfat se pretvara enzimom izomerazom u fruktozo-6-fosfat, koji dodaje još jedan ostatak fosforne kiseline iz ATP-a i formira fruktozo-1,6-difosfat. Ovu reakciju katalizira fosfofruktokinaza. Stvaranjem ovog kemijskog spoja završava prva pripremna faza anaerobne razgradnje šećera.

Kao rezultat tih reakcija, molekula šećera prelazi u oksiformu, poprima veću labilnost i postaje sposobnija za enzimske transformacije.

Pod utjecajem enzima aldolaze, fruktoza-1,6-difosfat se cijepa na glicerol-aldehid fosfornu i dihidroksiaceton fosfornu kiselinu, koje se mogu pretvoriti jedna u jednu pod djelovanjem enzima trioza fosfat izomeraze. Fosfogliceraldehid se podvrgava daljnjoj pretvorbi, od čega nastaje približno 3% u usporedbi s 97% fosfodioksiacetona. Fosfodioksiaceton se uz pomoć fosfogliceraldehida pretvara djelovanjem fosfotrioza izomeraze u 3-fosfogliceraldehid.

U drugom stupnju, 3-fosfogliceraldehid dodaje još jedan ostatak fosforne kiseline (zbog anorganskog fosfora) da nastane 1,3-difosfogliceraldehid, koji se dehidrogenira trioza fosfat dehidrogenazom i daje 1,3-difosfoglicerinsku kiselinu. Vodik se u ovom slučaju prenosi u oksidirani oblik koenzima NAD. 1,3-difosfoglicerinska kiselina, dajući ADP (pod djelovanjem enzima fosfoglicerat kenaze) jedan ostatak fosforne kiseline, prelazi u 3-fosfoglicerinsku kiselinu, koja pod djelovanjem enzima fosfogliceromutaze prelazi u 2-fosfoglicerinsku kiselinu. Potonji se pod djelovanjem fosfopiruvat hidrotaze pretvara u fosfoenolpiruvičnu kiselinu. Nadalje, uz sudjelovanje enzima piruvat kenaze, fosfoenolpirogrožđana kiselina prenosi ostatak fosforne kiseline na molekulu ADP, uslijed čega nastaje molekula ATP, a molekula enolpirogrožđane kiseline prelazi u pirogrožđanu kiselinu.

Treći stadij alkoholnog vrenja karakterizira razgradnja pirogrožđane kiseline pod djelovanjem enzima piruvat dekarboksilaze na ugljični dioksid i acetaldehid koji se pod djelovanjem enzima alkohol dehidrogenaze (koenzim mu je NAD) reducira u etilni alkohol. .

Ukupna jednadžba za alkoholnu fermentaciju može se prikazati na sljedeći način:

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O

Tako se tijekom fermentacije jedna molekula glukoze pretvara u dvije molekule etanola i dvije molekule ugljičnog dioksida.

No, naznačeni tijek fermentacije nije jedini. Ako, na primjer, u supstratu nema enzima piruvat dekarboksilaze, tada se pirogrožđana kiselina ne cijepa na octeni aldehid i pirogrožđana kiselina se izravno reducira, pretvarajući se u mliječnu kiselinu u prisutnosti laktat dehidrogenaze.

U vinarstvu se fermentacija glukoze i fruktoze odvija u prisutnosti natrijeva bisulfita. Octeni aldehid, nastao tijekom dekarboksilacije pirogrožđane kiseline, uklanja se kao rezultat vezanja s bisulfitom. Mjesto octene aldehida zauzimaju dihidroksiaceton fosfat i 3-fosfogliceraldehid, oni dobivaju vodik iz reduciranih kemijskih spojeva, tvoreći glicerofosfat, koji se pretvara u glicerol kao rezultat defosforilacije. Ovo je drugi oblik Neubergove fermentacije. Prema ovoj shemi alkoholnog vrenja, glicerol i acetaldehid se nakupljaju u obliku bisulfitnog derivata.

Tvari nastale tijekom fermentacije.

Trenutno je u produktima vrenja pronađeno oko 50 viših alkohola koji imaju različite mirise i značajno utječu na aromu i bouquet vina. U najvećim količinama tijekom fermentacije nastaju izoamil, izobutil i N-propil alkoholi. Aromatični viši alkoholi β-feniletanol (FES), tirozol, terpenski alkohol farnezol, koji imaju aromu ruže, đurđice, cvijeta lipe, nalaze se u velikim količinama (do 100 mg/dm3) u pjenušavim i stolnim poluslatkim vinima. dobiven takozvanom biološkom redukcijom dušika. . Poželjna je njihova prisutnost u malom broju. Osim toga, pri odležavanju vina viši alkoholi stupaju u esterifikaciju s hlapljivim kiselinama i stvaraju estere koji vinu daju povoljne eterične tonove zrelosti bouqueta.

Naknadno je dokazano da se većina alifatskih viših alkohola formira iz pirogrožđane kiseline transaminacijom i izravnom biosintezom uz sudjelovanje aminokiselina i acetaldehida. Ali najvrjedniji aromatski viši alkoholi nastaju samo iz odgovarajućih aromatskih aminokiselina, na primjer:

Stvaranje viših alkohola u vinu ovisi o mnogim čimbenicima. U normalnim uvjetima akumulira ih se prosječno 250 mg/dm3. S sporom dugotrajnom fermentacijom povećava se količina viših alkohola, s povećanjem temperature vrenja na 30 ° C, smanjuje se. U uvjetima kontinuirane protočne fermentacije, reprodukcija kvasca je vrlo ograničena i viši alkoholi se stvaraju manje nego kod šaržne fermentacije.

Sa smanjenjem broja stanica kvasca kao rezultat hlađenja, taloženja i grube filtracije fermentirane sladovine, dolazi do polaganog nakupljanja biomase kvasca, a istodobno se povećava količina viših alkohola, posebno aromatske serije.

Povećana količina viših alkohola nepoželjna je za suhe bijele stolne, šampanjske i konjak vinomaterijale, ali crvenim stolnim, pjenušavim i jakim vinima daje raznolikost u mirisu i okusu.

Alkoholno vrenje mošta povezano je i sa stvaranjem visokomolekularnih aldehida i ketona, hlapljivih i masnih kiselina te njihovih estera koji su važni u formiranju mirisa i okusa vina.

Primarni izvor energije za organizme je Sunce. Svjetlosne kvante apsorbira klorofil koji se nalazi u kloroplastima zelenih biljnih stanica i akumulira se u obliku energije kemijskih veza organskih tvari - proizvoda fotosinteze. Heterotrofne stanice biljaka i životinja dobivaju energiju iz različitih organskih tvari (ugljikohidrata, masti i bjelančevina) koje sintetiziraju autotrofne stanice. Živa bića koja mogu koristiti svjetlosnu energiju nazivaju se fototrofi, i energija kemijskih veza - kemotrofi.

Proces trošenja energije i tvari naziva se hrana. Postoje dvije vrste prehrane: holozoik - hvatanjem čestica hrane unutar tijela i holofitni - bez hvatanja, kroz apsorpciju otopljenih hranjivih tvari kroz površinske strukture tijela. Hranjive tvari koje ulaze u tijelo uključene su u metaboličke procese. Disanje možemo nazvati procesom u kojem oksidacija organskih tvari dovodi do oslobađanja energije. U stanicama se javlja unutarnje, tkivno ili unutarstanično disanje. Većina organizama je karakterizirana aerobno disanje, za što je potreban kisik (slika 8.4). Na anaerobi,život u okruženju bez kisika (bakterije), ili aerobi s njegovim nedostatkom odvija se disimilacija prema vrsti vrenje(anaerobno disanje). Glavne tvari koje se razgrađuju tijekom disanja su ugljikohidrati - rezerva prvog reda. Lipidi predstavljaju rezervu drugog reda, a tek kada se iscrpe rezerve ugljikohidrata i lipida, za disanje se koriste bjelančevine – rezerva trećeg reda. U procesu disanja elektroni se prenose kroz sustav međusobno povezanih molekula nositelja: gubitak elektrona molekule naziva se oksidacija, vezanje elektrona na molekulu (akceptor) - oporavak, oslobođena energija u ovom slučaju pohranjuje se u makroergičkim vezama molekule ATP-a. Jedan od najčešćih akceptora u biosustavima je kisik. Energija se oslobađa u malim obrocima, uglavnom u transportnom lancu elektrona.

razmjena energije, ili disimilacija, je skup reakcija cijepanja organskih tvari, praćenih oslobađanjem energije. Ovisno o staništu, jedan proces energetskog metabolizma može se uvjetno podijeliti u nekoliko uzastopnih faza. U većini živih organizama - aeroba koji žive u okruženju kisika, tijekom disimilacije provode se tri faze: pripremna, bez kisika i kisika, tijekom koje se organske tvari razgrađuju na anorganske spojeve.

Riža. 8.4.

Prva razina. NA U probavnom sustavu višestanične organske prehrambene tvari se pod djelovanjem odgovarajućih enzima razgrađuju na jednostavne molekule: proteini - na aminokiseline, polisaharidi (škrob, glikogen) - na monosaharide (glukoza), masti - na glicerol i masne kiseline, nukleinske kiseline - u nukleotide itd. . Kod jednostaničnih, unutarstanično cijepanje događa se pod djelovanjem hidrolitičkih enzima lizosoma. NA tijekom probave oslobađa se mala količina energije koja se raspršuje u obliku topline, a nastale male organske molekule mogu se dalje cijepati (disimilirati) ili ih stanica koristi kao “građevni materijal” za sintezu svojih vlastitih organskih spojeva (asimilacija).

Druga faza- anoksična, odnosno fermentacija, odvija se u citoplazmi stanice. Tvari nastale u pripremnoj fazi - glukoza, aminokiseline itd. - podvrgavaju se daljnjoj enzimskoj razgradnji bez upotrebe kisika. Glavni izvor energije u stanici je glukoza. Anoksična, nepotpuna razgradnja glukoze (glikoliza) je višefazni proces razgradnje glukoze do pirogrožđane kiseline (P V K), a zatim do mliječne, octene, maslačne kiseline ili etilnog alkohola, koji se odvija u citoplazmi stanice. Tijekom reakcija glikolize oslobađa se velika količina energije - 200 kJ / mol. Dio te energije (60%) rasipa se kao toplina, a ostatak (40%) koristi se za sintezu ATP-a. Produkti glikolize su pirogrožđana kiselina, vodik u obliku NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) i energija u obliku ATP.

Ukupna reakcija glikolize je sljedeća:

S različitim vrstama fermentacije, daljnja sudbina proizvoda glikolize je različita. U životinjskim stanicama koje doživljavaju privremeni nedostatak kisika, na primjer, u ljudskim mišićnim stanicama tijekom pretjeranog fizičkog napora, kao iu nekim bakterijama, dolazi do fermentacije mliječne kiseline, u kojoj se PVC reducira u mliječnu kiselinu:

Poznato mliječno-kiselo vrenje (prilikom kiseljenja mlijeka, stvaranja kiselog vrhnja, kefira i sl.) izazivaju mliječno-kisele gljivice i bakterije. Tijekom alkoholnog vrenja (biljke, neke gljive, pivski kvasac) produkti glikolize su etilni alkohol i CO2. U drugim organizmima produkti fermentacije mogu biti butilni alkohol, aceton, octena kiselina itd.

Treća faza energetski metabolizam – u mitohondrijima se odvija potpuna oksidacija, odnosno aerobno disanje. Tijekom ciklusa trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus), CO 2 se odcjepljuje od PVA, a ostatak od dva ugljika se veže na molekulu koenzima A da nastane acetil koenzim A, u čijoj se molekuli pohranjuje energija

(acetil-CoA nastaje i tijekom oksidacije masnih kiselina i nekih aminokiselina). U daljnjem cikličkom procesu (slika 8.4), međupretvorbe organskih kiselina nastaju, kao rezultat, iz jedne molekule acetil koenzima A, dvije molekule CO2, četiri para atoma vodika koje nose NADH 2 i FADH 2 (flavin adenin dinukleotid) , te nastaju dvije molekule ATP-a. Proteini nositelji elektrona imaju važnu ulogu u daljnjim oksidacijskim procesima. Oni prenose atome vodika do unutarnje mitohondrijske membrane, gdje se prenose duž lanca proteina ugrađenih u membranu. Prijenos čestica duž lanca prijenosa odvija se na način da protoni ostaju na vanjskoj strani membrane i nakupljaju se u međumembranskom prostoru, pretvarajući ga u H + rezervoar, a elektroni se prenose na unutarnju površinu membrane. unutarnja mitohondrijska membrana, gdje se na kraju spajaju s kisikom:

Zbog toga je unutarnja membrana mitohondrija negativno nabijena iznutra, a pozitivno izvana. Kada razlika potencijala preko membrane dosegne kritičnu razinu (200 mV), pozitivno nabijene čestice H+ počinju se gurati kroz ATPazni kanal (enzim ugrađen u unutarnju membranu mitohondrija) silom električnog polja i, jednom kada se nađu na unutarnjem površine membrane, stupaju u interakciju s kisikom, stvarajući vodu. Proces u ovoj fazi uključuje oksidativne fosforilacije- dodavanje anorganskog fosfata ADP-u i stvaranje ATP-a. Otprilike 55% energije pohranjuje se u kemijskim vezama ATP-a, a 45% se rasipa kao toplina.

Ukupne reakcije staničnog disanja:

Energiju koja se oslobađa tijekom razgradnje organskih tvari stanica ne koristi odmah, već se pohranjuje u obliku visokoenergetskih spojeva, obično u obliku adenozin trifosfata (ATP). Po svojoj kemijskoj prirodi ATP pripada mononukleotidima, a sastoji se od dušične baze adenina, ugljikohidrata riboze i tri ostatka fosforne kiseline, međusobno povezanih makroergičkim vezama (30,6 kJ).

Energiju koja se oslobađa tijekom hidrolize ATP stanica koristi za obavljanje kemijskih, osmotskih, mehaničkih i drugih vrsta rada. ATP je univerzalni izvor energije stanice. Zaliha ATP-a u stanici ograničena je i obnavlja se zbog procesa fosforilacije, koji se odvija različitim brzinama tijekom disanja, fermentacije i fotosinteze.

Točke sidrenja

• Metabolizam se sastoji od dva međusobno usko povezana i suprotno usmjerena procesa: asimilacije i disimilacije.
• Velika većina životnih procesa koji se odvijaju u stanici zahtijevaju energiju u obliku ATP-a.
• Razgradnja glukoze u aerobnim organizmima, u kojoj nakon anoksičnog koraka slijedi razgradnja mliječne kiseline uz sudjelovanje kisika, energetski je 18 puta učinkovitija od anaerobne glikolize.

Pitanja i zadaci za ponavljanje

• 1. Što je disimilacija? Opišite korake u ovom procesu. Koja je uloga ATP-a u metabolizmu stanica?
• 2. Recite nam nešto o metabolizmu energije u stanici na primjeru razgradnje glukoze.
• 3. Koji se organizmi nazivaju heterotrofnim? Navedite primjere.
• 4. Gdje, kao rezultat kojih transformacija molekula iu kojoj količini nastaje ATP u živim organizmima?
• 5. Koji se organizmi nazivaju autotrofnim? Na koje se skupine dijele autotrofi?

razmjena energije(katabolizam, disimilacija) - skup reakcija cijepanja organskih tvari, praćenih oslobađanjem energije. Energiju koja se oslobađa tijekom razgradnje organskih tvari stanica ne koristi odmah, već se pohranjuje u obliku ATP-a i drugih visokoenergetskih spojeva. ATP je univerzalni izvor energije stanice. Sinteza ATP-a događa se u stanicama svih organizama u procesu fosforilacije - adicije anorganskog fosfata na ADP.

Na aerobni organizmi (žive u okruženju s kisikom) razlikuju tri stupnja metabolizma energije: pripremnu, oksidaciju bez kisika i oksidaciju kisika; na anaerobni organizmi (žive u sredini bez kisika) i aerobni organizmi s nedostatkom kisika - dva stupnja: pripremna, oksidacija bez kisika.

Pripremna faza

Sastoji se od enzimske razgradnje složenih organskih tvari na jednostavne: proteinske molekule - na aminokiseline, masti - na glicerol i karboksilne kiseline, ugljikohidrate - na glukozu, nukleinske kiseline - na nukleotide. Razgradnju visokomolekularnih organskih spojeva provode ili enzimi gastrointestinalnog trakta ili enzimi lizosoma. Sva oslobođena energija se rasipa u obliku topline. Dobivene male organske molekule mogu se koristiti kao "građevni materijal" ili se mogu dalje razgraditi.

Anoksična oksidacija ili glikoliza

Ova se faza sastoji u daljnjem cijepanju organskih tvari nastalih tijekom pripremne faze, događa se u citoplazmi stanice i ne zahtijeva prisutnost kisika. Glavni izvor energije u stanici je glukoza. Proces nepotpune razgradnje glukoze bez kisika - glikoliza.

Gubitak elektrona naziva se oksidacija, dobivanje redukcija, dok se donor elektrona oksidira, a akceptor reducira.

Treba napomenuti da se biološka oksidacija u stanicama može dogoditi i uz sudjelovanje kisika:

A + O 2 → AO 2,

i bez njegova sudjelovanja, zbog prijenosa atoma vodika iz jedne tvari u drugu. Na primjer, tvar "A" oksidira se na račun tvari "B":

AN 2 + B → A + BH 2

ili zbog prijenosa elektrona, na primjer, dvovalentno željezo se oksidira u trovalentno:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

Glikoliza je složen proces u više koraka koji uključuje deset reakcija. Tijekom ovog procesa dolazi do dehidrogenacije glukoze, koenzim NAD + (nikotinamid adenin dinukleotid) služi kao akceptor vodika. Kao rezultat lanca enzimskih reakcija, glukoza se pretvara u dvije molekule pirogrožđane kiseline (PVA), a nastaju ukupno 2 molekule ATP i reducirani oblik nositelja vodika NAD H 2:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 RO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2.

Daljnja sudbina PVC-a ovisi o prisutnosti kisika u stanici. Ako nema kisika, kvasci i biljke podliježu alkoholnom vrenju, pri čemu prvo nastaje acetaldehid, a zatim etilni alkohol:

1. C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 SON,
2. CH 3 SON + NAD H 2 → C 2 H 5 OH + PREKO +.

U životinja i nekih bakterija, uz nedostatak kisika, dolazi do mliječno-kiselog vrenja uz stvaranje mliječne kiseline:

C 3 H 4 O 3 + NAD H 2 → C 3 H 6 O 3 + PREKO +.

Kao rezultat glikolize jedne molekule glukoze oslobađa se 200 kJ, od čega se 120 kJ raspršuje u obliku topline, a 80% se pohranjuje u ATP vezama.

Oksidacija kisika ili disanje

Sastoji se od potpunog raspada pirogrožđane kiseline, javlja se u mitohondrijima i uz obaveznu prisutnost kisika.

Pirogrožđana kiselina se transportira u mitohondrije (građa i funkcije mitohondrija - predavanje br. 7). Ovdje se odvija dehidrogenacija (eliminacija vodika) i dekarboksilacija (eliminacija ugljičnog dioksida) PVC-a uz stvaranje acetilne skupine s dva ugljika, koja ulazi u ciklus reakcija koji se naziva Krebsov ciklus. Postoji daljnja oksidacija povezana s dehidrogenacijom i dekarboksilacijom. Kao rezultat, tri molekule CO 2 uklanjaju se iz mitohondrija za svaku uništenu molekulu PVC-a; nastaje pet parova vodikovih atoma povezanih s nosačima (4NAD H 2, FAD H 2), kao i jedna molekula ATP.

Ukupna reakcija glikolize i razaranja PVC-a u mitohondrijima na vodik i ugljikov dioksid je sljedeća:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 4ATP + 12H 2.

Dvije molekule ATP-a nastaju kao rezultat glikolize, dvije - u Krebsovom ciklusu; dva para atoma vodika (2NADHH2) nastala su kao rezultat glikolize, deset parova - u Krebsovom ciklusu.

Posljednji korak je oksidacija vodikovih parova uz sudjelovanje kisika u vodu uz istovremenu fosforilaciju ADP u ATP. Vodik se prenosi do tri velika enzimska kompleksa (flavoproteini, koenzimi Q, citokromi) respiratornog lanca koji se nalaze u unutarnjoj membrani mitohondrija. Elektroni se uzimaju iz vodika, koji se na kraju spajaju s kisikom u matrici mitohondrija:

O 2 + e - → O 2 -.

Protoni se pumpaju u međumembranski prostor mitohondrija, u „spremnik protona“. Unutarnja membrana je nepropusna za vodikove ione, s jedne strane nabijena je negativno (zbog O 2 -), s druge strane - pozitivno (zbog H +). Kada razlika potencijala na unutarnjoj membrani dosegne 200 mV, protoni prolaze kroz kanal enzima ATP sintetaze, stvara se ATP, a citokrom oksidaza katalizira redukciju kisika u vodu. Dakle, kao rezultat oksidacije dvanaest parova vodikovih atoma, nastaju 34 molekule ATP.

Alkoholna fermentacija je osnova pripreme svakog alkoholnog pića. Ovo je najlakši i najpovoljniji način za dobivanje etilnog alkohola. Druga metoda - hidratacija etilena, je sintetička, rijetko se koristi i samo u proizvodnji votke. Pogledat ćemo karakteristike i uvjete fermentacije kako bismo bolje razumjeli kako se šećer pretvara u alkohol. S praktične točke gledišta, ovo znanje pomoći će stvoriti optimalno okruženje za kvasac - pravilno staviti kašu, vino ili pivo.

Alkoholno vrenje Kvasac pretvara glukozu u etilni alkohol i ugljični dioksid u anaerobnom okruženju (bez kisika). Jednadžba je sljedeća:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.

Kao rezultat, jedna molekula glukoze pretvara se u 2 molekule etilnog alkohola i 2 molekule ugljičnog dioksida. U tom slučaju oslobađa se energija, što dovodi do blagog povećanja temperature medija. Tijekom procesa fermentacije nastaju i fuzilna ulja: butilni, amilni, izoamilni, izobutilni i drugi alkoholi koji su nusprodukti metabolizma aminokiselina. Fuzelna ulja na mnogo načina oblikuju aromu i okus pića, ali većina njih je štetna za ljudsko tijelo, pa proizvođači pokušavaju pročistiti alkohol od štetnih fuzelnih ulja, ali ostavljaju korisna.

Kvasac- To su jednostanične kuglaste gljive (oko 1500 vrsta), koje se aktivno razvijaju u tekućem ili polutekućem mediju bogatom šećerima: na površini voća i lišća, u nektaru cvijeća, mrtvoj fitomasi, pa čak i tlu.

Ovo je jedan od prvih organizama koje je čovjek "pripitomio", uglavnom se kvasac koristi za pečenje kruha i pravljenje alkoholnih pića. Arheolozi su otkrili da su stari Egipćani 6000 godina pr. e. naučili kako napraviti pivo, a do 1200. pr. e. ovladao pečenjem kruha s kvascem.

Znanstveno proučavanje prirode fermentacije počelo je u 19. stoljeću, prvu kemijsku formulu predložili su J. Gay-Lussac i A. Lavoisier, ali je bit procesa ostala nejasna, pojavile su se dvije teorije. Njemački znanstvenik Justus von Liebig sugerirao je da je fermentacija mehaničke prirode - vibracije molekula živih organizama prenose se na šećer, koji se cijepa na alkohol i ugljični dioksid. S druge strane, Louis Pasteur je vjerovao da je osnova procesa fermentacije biološke prirode - kada se postignu određeni uvjeti, kvasac počinje prerađivati ​​šećer u alkohol. Pasteur je uspio empirijski dokazati svoju hipotezu, kasnije su biološku prirodu fermentacije potvrdili i drugi znanstvenici.

Ruska riječ "kvasac" dolazi od staroslavenskog glagola "drozgati", što znači "drobiti" ili "mijesiti", postoji jasna veza s pečenjem kruha. S druge strane, engleski naziv za kvasac "yeast" dolazi od staroengleskih riječi "gist" i "gyst", što znači "pjena", "ispuštati plin" i "vrijeti", što je bliže destilaciji.

Kao sirovina za alkohol koriste se šećer, proizvodi koji sadrže šećer (uglavnom voće i bobice), kao i sirovine koje sadrže škrob: žitarice i krumpir. Problem je u tome što kvasac ne može fermentirati škrob, pa ga prvo morate razgraditi na jednostavne šećere, a to radi enzim koji se zove amilaza. Amilaza se nalazi u sladu, proklijalom zrnu, a aktivira se na visokoj temperaturi (obično 60-72°C), a proces pretvaranja škroba u jednostavne šećere naziva se "saharifikacija". Ošećerenje sladovinom („vruće“) može se zamijeniti uvođenjem sintetskih enzima, pri čemu sladovinu nije potrebno zagrijavati, stoga se metoda naziva „hladno“ saharifikacija.

Uvjeti fermentacije

Na razvoj kvasca i tijek vrenja utječu sljedeći čimbenici: koncentracija šećera, temperatura i svjetlost, kiselost okoliša i prisutnost elemenata u tragovima, sadržaj alkohola, pristup kisiku.

1. Koncentracija šećera. Za većinu rasa kvasca optimalni sadržaj šećera u sladovini je 10-15%. Pri koncentracijama iznad 20% vrenje slabi, a kod 30-35% gotovo zajamčeno prestaje, jer šećer postaje konzervans koji onemogućuje djelovanje kvasca.

Zanimljivo je da kada je sadržaj šećera u mediju ispod 10%, fermentacija se također odvija loše, ali prije zaslađivanja sladovine morate se sjetiti maksimalne koncentracije alkohola (4. točka) dobivene tijekom fermentacije.

2. Temperatura i svjetlost. Za većinu sojeva kvasca optimalna temperatura vrenja je 20-26°C (za pivski kvasac donjeg vrenja potrebno je 5-10°C). Dopušteni raspon je 18-30 °C. Na nižim temperaturama fermentacija se značajno usporava, a na vrijednostima ispod nule proces se zaustavlja i kvasac "zaspi" - pada u mirovanje. Za nastavak fermentacije dovoljno je povisiti temperaturu.

Previsoka temperatura će ubiti kvasac. Prag izdržljivosti ovisi o naprezanju. Općenito, vrijednosti iznad 30-32 °C smatraju se opasnima (osobito za vino i pivo), međutim, postoje zasebne rase alkoholnog kvasca koje mogu izdržati temperature sladovine do 60 °C. Ako je kvasac “kuhan”, morat ćete dodati novu seriju u sladovinu kako biste nastavili fermentaciju.

Sam proces fermentacije uzrokuje porast temperature za nekoliko stupnjeva - što je veći volumen sladovine i aktivniji kvasac, to je zagrijavanje jače. U praksi se korekcija temperature radi ako je volumen veći od 20 litara – dovoljno je održavati temperaturu ispod 3-4 stupnja od gornje granice.

Posuda se ostavi na tamnom mjestu ili prekriva gustom krpom. Odsutnost izravne sunčeve svjetlosti sprječava pregrijavanje i pozitivno utječe na rad kvasca - gljive ne vole sunčevu svjetlost.

3. Kiselost okoliša i prisutnost elemenata u tragovima. Srednja kiselost 4,0-4,5 pH potiče alkoholno vrenje i inhibira razvoj mikroorganizama trećih strana. U alkalnoj sredini oslobađaju se glicerol i octena kiselina. U neutralnoj sladovini fermentacija se odvija normalno, ali se aktivno razvijaju patogene bakterije. Kiselost sladovine korigira se prije dodavanja kvasca. Često destilatori amateri pojačavaju kiselost limunskom kiselinom ili bilo kojim kiselim sokom, a da bi smanjili mošt, gase mošt kredom ili ga razrjeđuju vodom.

Osim šećera i vode, kvasac zahtijeva i druge tvari - prvenstveno dušik, fosfor i vitamine. Ove elemente u tragovima kvasac koristi za sintezu aminokiselina koje čine njihov protein, kao i za reprodukciju u početnoj fazi fermentacije. Problem je u tome što kod kuće neće biti moguće točno odrediti koncentraciju tvari, a prekoračenje dopuštenih vrijednosti može negativno utjecati na okus pića (osobito za vino). Stoga se pretpostavlja da sirovine koje sadrže škrob i voće u početku sadrže potrebnu količinu vitamina, dušika i fosfora. Obično se hrani samo čistom šećernom kašom.

4. Sadržaj alkohola. S jedne strane, etilni alkohol je otpadni proizvod kvasca, s druge strane, jak je toksin za gljivice kvasca. Pri koncentraciji alkohola u sladovini od 3-4% vrenje se usporava, etanol počinje inhibirati razvoj kvasca, pri 7-8% kvasci se više ne razmnožavaju, a pri 10-14% prestaju prerađivati ​​šećer - vrenje prestaje. . Samo pojedinačni sojevi uzgojenog kvasca, uzgojeni u laboratoriju, tolerantni su na koncentracije alkohola iznad 14% (neki nastavljaju fermentirati čak i na 18% i više). Od 1% šećera u sladovini dobiva se oko 0,6% alkohola. To znači da je za dobivanje 12% alkohola potrebna otopina s udjelom šećera od 20% (20 × 0,6 = 12).

5. Pristup kisiku. U anaerobnom okruženju (bez pristupa kisiku), kvasac je usmjeren na preživljavanje, a ne na razmnožavanje. U tom se stanju oslobađa maksimum alkohola, pa je u većini slučajeva potrebno zaštititi sladovinu od pristupa zraka i istodobno organizirati uklanjanje ugljičnog dioksida iz spremnika kako bi se izbjegao povećani tlak. Ovaj problem se rješava ugradnjom vodene brtve.

Uz stalni kontakt sladovine sa zrakom, postoji opasnost od kiseljenja. Na samom početku, kada je fermentacija aktivna, oslobođeni ugljikov dioksid potiskuje zrak s površine sladovine. Ali na kraju, kada vrenje oslabi i pojavi se sve manje ugljičnog dioksida, u nepoklopljenu posudu sa sladovinom ulazi zrak. Pod utjecajem kisika aktiviraju se bakterije octene kiseline koje počinju prerađivati ​​etilni alkohol u octenu kiselinu i vodu, što dovodi do kvarenja vina, smanjenja prinosa mjesečine i pojave kiselog okusa u pićima. Stoga je tako važno zatvoriti spremnik vodenom brtvom.

Međutim, kvascu je za razmnožavanje (kako bi postigao svoju optimalnu količinu) potreban kisik. Obično je dovoljna koncentracija koja je u vodi, ali za ubrzano razmnožavanje komine se nakon dodavanja kvasca ostavi nekoliko sati otvorena (uz pristup zraka) i nekoliko puta promiješa.

Fermentacija se temelji na glikolitičkom putu razgradnje ugljikohidrata. Postoje: homofermentativna mliječna kiselina (HFM), alkoholna, propionska, maslačna, acetonobutilna.
Fermentacija je evolucijski najstariji i najprimitivniji način dobivanja energije od strane bakterijske stanice. ATP nastaje kao rezultat oksidacije organskog supstrata mehanizmom fosforilacije supstrata. Fermentacija se odvija u anaerobnim uvjetima. Primitivnost fermentacije objašnjava se činjenicom da se tijekom fermentacije supstrat ne cijepa u potpunosti, a tvari nastale vrenjem (alkoholi, organske kiseline i dr.) sadrže unutarnje rezerve energije.
Količina energije koja se oslobađa tijekom fermentacije je zanemariva: 1 g/mol glukoze je ekvivalentan 2 - 4 molekule ATP-a. Mikroorganizmi fermentirajućeg tipa prisiljeni su intenzivnije fermentirati supstrat kako bi si osigurali energiju. Glavni problem fermentacije je rješavanje donor-akceptorskih veza. Organski supstrati su donori elektrona, a akceptor elektrona, koji određuje sudbinu fermentacije, glavna je zadaća. Krajnji produkt fermentacije daje naziv vrsti ovog procesa.

Kemija procesa fermentacije

U procesu fermentacije u uvjetima anaerobioze u središtu je problem proizvodnje energije iz razgradnje ugljikohidrata. Glavni mehanizam je put glikolitičke razgradnje (Embden-Meyerhoff-Parnassus, heksoza-difosfatni put). Ovaj put je najčešći, postoje 2 glikolitička puta koja se javljaju u manjoj mjeri: oksidativni pentozo-fosfatni put (Warburg-Dickens-Horecker), Entner-Dudarov put (KDPG-put).
Treba napomenuti da se svi ovi mehanizmi ne mogu smatrati fermentacijom, budući da su u osnovi disanja. Fermentacija počinje kada se proton ili elektron odvojen od supstrata iskoristi i pričvrsti za akceptor.
GLIKOLIZA
Glukoza se pod djelovanjem heksaminaze fosforilira na poziciji 6 – prelazi u glukoza-6-fosfat – metabolički aktivniji oblik glukoze. Molekula ATP djeluje kao donor fosfata Glukoza-6-fosfat se izomerizira u fruktozo-6-fosfat. Reakcija je reverzibilna, razina prisutnosti 2 tvari u reakcijskoj zoni je ista.Fruktoza-6-fosfat veže fosfatnu skupinu na prvi C atom i prelazi u fruktozo-1,6-difosfat. Reakcija se odvija uz utrošak ATP energije, a katalizira je fruktoza-1,6-difosfat aldolaza (glavni regulatorni enzim glikolize).
Fruktoza-1,6-difosfat se cijepa na 2 fosfotrioze pomoću trioza fosfat izomeraze. Kao rezultat toga nastaju 2 trioze: fosfodioksiaceton i 3-fosgliceraldehid (3-PHA). Ove 2 trioze mogu se izomerizirati jedna u drugu i podvrgnuti transformaciji u piruvat istim mehanizmom. Ovo je faza oporavka (dolazi s stvaranjem energije).

glikoliza
Heksokinaza
Glukoza-6-fosfat izomeraza
6-fosfofruktokinaza
Aldolaza
Trioza fosfat izomeraza
Gliceraldehid fosfat dehidrogenaza
Fosfoglicerat kinaza
Fosfogliceromutaza
Enolaza
piruvat kinaza
Došlo je do formiranja 3-FGK. Sada možemo izvući neke zaključke. Stanica je u ovoj fazi "vratila" svoje troškove energije: potrošene su 2 molekule ATP-a i sintetizirane su 2 molekule ATP-a na 1 molekulu glukoze. U istoj fazi odvija se prva fosforilacija supstrata u reakciji 3-PHA oksidacije u 1,3-PHA i stvaranja ATP-a. Energija se oslobađa i skladišti u visokoenergetskim fosfatnim vezama ATP-a u procesu preuređenja fermentabilnog supstrata uz sudjelovanje enzima. Prva fosforilacija supstrata naziva se i fosforilacija na razini 3-PHA. Nakon formiranja 3-FHA, fosfatna skupina s treće pozicije prelazi na drugu. Nadalje, molekula vode se cijepa od drugog i trećeg atoma ugljika 2-FHA, katalizirana enzimom enolazom, i nastaje fosfoenolpirugrožđana kiselina. Kao rezultat dehidracije molekule 2-FHA, stupanj oksidacije njenog drugog atoma ugljika raste, dok se stupanj oksidacije trećeg atoma ugljika smanjuje. Dehidracija molekule 2-FHA, koja dovodi do stvaranja PEP-a, popraćena je preraspodjelom energije unutar molekule, uslijed čega se fosfatna veza na drugom atomu ugljika od niskoenergetskog u 2-PHA molekula se pretvara u visokoenergetsku u molekuli PEP. Molekula PEP postaje donor fosfatne skupine bogate energijom, koja se pomoću enzima piruvat kinaze prenosi na ADP. Dakle, u procesu pretvorbe 2-FHA u pirogrožđanu kiselinu, energija se oslobađa i pohranjuje u molekuli ATP-a. Ovo je druga fosforilacija supstrata. Kao rezultat intramolekularnog redoks procesa, jedna molekula i donira i prihvaća elektrone. U procesu fosforilacije drugog supstrata nastaje još jedna molekula ATP; kao rezultat toga, ukupni energetski dobitak procesa je 2 ATP molekule po 1 molekuli glukoze. To je energetska strana procesa homofermentativne mliječno-kisele fermentacije. Energetska bilanca procesa: S6+2ATP=2S3+4ATP+2NADP∙H2

Homofermentativno mliječno kiselo vrenje

Proizvode ga bakterije mliječne kiseline. Koji razgrađuju ugljikohidrate duž glikolitičkog puta uz posljednju tvorbu mliječne kiseline iz piruvata. Kod HPMC-bakterija problem donor-akceptorske komunikacije riješen je na najjednostavniji način - ovaj tip fermentacije smatra se evolucijski najstarijim mehanizmom.
U procesu fermentacije, pirogrožđana kiselina se obnavlja H + odvojenim od glukoze. H2 se baca na piruvat iz NADP∙H2. Kao rezultat toga nastaje mliječna kiselina. Energetski prinos je 2 molekule ATP.
Mliječno kiselo vrenje vrše bakterije roda: Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc.Sve su G+ (štapići ili koke) nespore (Sporolactobacillus stvara spore). U odnosu na kisik, bakterije mliječne kiseline su aerotolerantne, strogi su anaerobi, ali mogu egzistirati u atmosferi kisika. Imaju niz enzima koji neutraliziraju toksično djelovanje kisika (flavinski enzimi, ne-hem katalaza, superoksid dismutaza). IBC ne mogu disati jer nema dišnog lanca. S obzirom na to da je priroda LSD staništa bogata čimbenicima rasta, u procesu evolucije oni su postali metabolički onesposobljeni i izgubili sposobnost sinteze čimbenika rasta u dovoljnim količinama, stoga su u procesu uzgoja

Homofermentativna mliječna fermentacija: F1 - heksokinaza; F2 - glukoza fosfat izomeraza; F3 - fosfofruktokinaza; F4 - fruktoza-1,6-difosfat aldolaza; F5 - trioza fosfat izomeraza; F6 - 3-PHA-dehidrogenaza; F7 - fosfoglicerokinaza; F8 - fosfogliceromutaza; F9 - enolaza; F10 - piruvat kinaza; F11 - laktat dehibrogenaza (prema Dagley, Nicholson, 1973.)

trebaju dodatak vitamina, aminokiselina (biljnih, biljnih ekstrakata).
LBC mogu koristiti laktozu, koja se pod djelovanjem β-galaktozidaze u prisutnosti molekula vode cijepa na D-glukozu i D-galaktozu. Potom se D-galaktoza fosforilira i transformira u glukoza-6-fosfat.
LAB - mezofili s optimalnom temperaturom uzgoja od 37 - 40ºS. Na 15°C većina ih ne raste.
Sposobnost antagonizma je posljedica činjenice da se u procesu metabolizma nakupljaju mliječna kiselina i drugi produkti koji inhibiraju rast drugih mikroorganizama. Osim toga, nakupljanje mliječne kiseline u tekućini kulture dovodi do naglog pada pH vrijednosti, što inhibira rast truležnih mikroorganizama, a sami LAB mogu izdržati pH do 2.
KSD su neosjetljivi na mnoge antibiotike. To je omogućilo njihovo korištenje kao proizvođače probiotičkih pripravaka koji se mogu koristiti kao pripravci uz antibiotsku terapiju (doprinose obnovi crijevne mikroflore inhibirane antibioticima).
Ekologija ICD-a. U prirodi ih ima tamo gdje ima puno ugljikohidrata: mlijeko, površina biljaka, prehrambeni trakt ljudi i životinja. Patogenih oblika nema.

ALKOHOLNO VRENJE

Temelji se na glikolitičkom putu. U alkoholnom vrenju rješavanje donor-akceptorske veze postaje kompliciranije. Prvo, piruvat se dekarboksilira u acetaldehid i CO2 pomoću piruvat dekarboksilaze, ključnog enzima u alkoholnoj fermentaciji:
CH3-CO-COOH ® CH3-COH + CO2 .
Osobitost reakcije je njezina potpuna nepovratnost. Nastali acetaldehid se reducira u etanol uz sudjelovanje NAD+-ovisne alkohol dehidrogenaze:
CH3-COH + PREKO-H2 ® CH3-CH2OH + PREKO+
Donor vodika je 3-PHA (kao u slučaju mliječno-kiselog vrenja).
Proces alkoholne fermentacije može se sažeti sljedećom jednadžbom:
C6H12O6 + 2FN + 2ADP® 2CH3-CH2OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O.
Alkoholna fermentacija je široko rasprostranjen proces proizvodnje energije i kod pro- i kod eukariota. Kod prokariota se javlja i u G+ i G-. Mikroorganizam Zymomonas mobilies (sok agave pulque) je od industrijske važnosti, ali fermentacija se ne temelji na glikolizi, već na Entner-Doudoroffovom ili KDPG putu.
Glavni proizvođači alkohola su kvasci (pivarstvo, vinarstvo, enzimski pripravci, vitamini B skupine, nukleinske kiseline, proteinsko-vitaminski koncentrati, probiotički pripravci).

PROPIONSKA FERMENTACIJA

U propionsko kiseloj fermentaciji radi se o ostvarenju treće mogućnosti pretvorbe piruvata - njegove karboksilacije, što dovodi do pojave novog akceptora vodika - PHA. Redukcija pirogrožđane kiseline u propionsku kiselinu u bakterijama propionske kiseline odvija se na sljedeći način. Pirogrožđana kiselina se karboksilira u reakciji koju katalizira enzim ovisan o biotinu u kojem biotin djeluje kao prijenosnik CO2. Donor CO2 skupine je metilmalonil-CoA. Kao rezultat reakcije transkarboksilacije nastaju NAA i propionil-CoA. Pike kao rezultat tri enzimska koraka (slično reakcijama 6, 7, 8 ciklusa trikarboksilnih kiselina, pretvara se u jantarnu kiselinu.
Sljedeća reakcija je prijenos CoA skupine s propionil-CoA na jantarnu kiselinu (sukcinat), što rezultira stvaranjem sukcinil-CoA i propionske kiseline.
Nastala propionska kiselina uklanja se iz procesa i nakuplja izvan stanice. Sukcinil-CoA se pretvara u metilmalonil-CoA.
Koenzim metilmalonil-CoA mutaza sadrži vitamin B12.

Energetsku ravnotežu za 1 molekulu glukoze čine 2 molekule propionske kiseline i 4 molekule ATP-a.
Propionibacterium bakterije su G+ štapići, ne stvaraju spore, nepokretne su, razmnožavaju se binarnom fisijom i aerotolerantni su mikroorganizmi. Imaju obrambeni mehanizam protiv toksičnog djelovanja kisika, a neki mogu disati.
Ekologija: nalazi se u mlijeku, crijevima preživača. Industrijski interes: proizvođači B12 i propionske kiseline.

Maslačno-kiselo vrenje

Tijekom maslačne fermentacije piruvat se dekarboksilira i veže na CoA – nastaje acetil-CoA. Zatim dolazi do kondenzacije: 2 molekule acetil-CoA kondenziraju se u C4 spoj aceto-acetil-CoA, koji djeluje kao akceptor za proizvodnju H2.

Putovi pretvorbe piruvata u maslačnoj fermentaciji koju provodi Clostridium butyricum: F1 - piruvat: feredoksin oksidoreduktaza; F2 - acetil-CoA-transferaza (tiolaza); F3 - (3-hidroksibutiril-CoA-dehidrogenaza; F4 - krotonaza ; F5 - butiril-CoA dehidrogenaza; F6 - CoA transferaza; F7 - fosfotransacetilaza; F8 - acetat kinaza; F9 - hidrogenaza; Fdoc - oksidirani; Fd-H2 - reducirani feredoksin; FN - anorganski fosfat

Nadalje, spoj C4 prolazi kroz niz uzastopnih transformacija da bi se stvorila maslačna kiselina. Ovaj redukcijski put nije povezan s stvaranjem energije i dizajniran je isključivo za iskorištavanje redukcijskog sredstva. Paralelno postoji druga oksidativna grana, koja dovodi do stvaranja octene kiseline iz piruvata, a na tom mjestu dolazi do fosforilacije supstrata, što uzrokuje sintezu ATP-a.
Teško je izračunati energetsku ravnotežu, jer smjer reakcija određuju vanjski čimbenici, kao i hranjivi medij:
1 mol. glukoza→≈3.3 ATP
Maslačnu fermentaciju provode bakterije p. Clostridium - to su G + štapići, pokretni, sporotvorni (endospore d> dcl), isključivo su anaerobne kulture. Kretanje se provodi pomoću peritrihous flagella. Kako stanice stare, one gube bičeve i nakupljaju granulozu (tvar nalik škrobu). Prema sposobnosti fermentacije supstrati se dijele na 2 tipa:
saharolitički (razgrađuju šećere, polisaharide, škrob, hitin);
proteolitički (imaju snažan kompleks proteolitičkih enzima, razgrađuju proteine).
Clostridia provodi ne samo maslačnu fermentaciju, već i acetonobutilnu. Produkti ove vrste fermentacije uz maslačnu kiselinu i acetat mogu biti: etanol, aceton, butilni alkohol, izopropilni alkohol.

ACETONOBUTILNA FERMENTACIJA

Kod acetonobutilne fermentacije proizvođači u mladoj dobi (logaritamska faza rasta) provode maslačnu fermentaciju. Smanjenjem pH i nakupljanjem kiselih produkata, potiče se sinteza enzima, što dovodi do nakupljanja neutralnih produkata (aceton, izopropil, butil, etilni alkoholi). Proučavajući proces aceton-butilne fermentacije, ruski znanstvenik Shaposhnikov je pokazao da on prolazi kroz 2 faze, a dvofazni proces se temelji na odnosu između konstruktivnog i energetskog metabolizma. Prvu fazu karakterizira aktivan rast kulture i intenzivan konstruktivni metabolizam, stoga u tom razdoblju dolazi do odljeva redukcijskog agensa NAD∙H2 za potrebe biosinteze. S atenuacijom rasta kulture i njezinim prelaskom u drugu fazu, smanjuje se potreba za konstruktivnim procesima, što dovodi do stvaranja reduciranijih oblika - alkohola.
Praktična primjena Clostridiuma:
proizvodnja maslačne kiseline;
proizvodnja acetona;
proizvodnja butanola.
Bakterije igraju veliku ulogu u prirodi: one provode raspadanje, anaerobno raspadanje vlakana i hitina (neke razgrađuju vlakna pektina). Među Clostridiumom ima uzročnika (uzročnici botulizma - izlučuju izuzetno opasan egzotoksin; uzročnici plinske gangrene; tetanusa).