التخمير ما هو الصرف. تبادل الطاقة

تبادل الطاقة(تقويض ، تبديد) - مجموعة من تفاعلات تقسيم المواد العضوية ، مصحوبة بإطلاق الطاقة. لا تستخدم الخلية الطاقة المنبعثة أثناء تكسير المواد العضوية على الفور ، ولكن يتم تخزينها في شكل ATP ومركبات أخرى عالية الطاقة. ATP هو مصدر الطاقة العالمي للخلية. يحدث تخليق ATP في خلايا جميع الكائنات الحية في عملية الفسفرة - إضافة الفوسفات غير العضوي إلى ADP.

في الهوائيةالكائنات الحية (التي تعيش في بيئة أكسجين) تميز ثلاث مراحل من استقلاب الطاقة: التأكسد التحضيري ، والأكسدة الخالية من الأكسجين وأكسدة الأكسجين ؛ في اللاهوائيةالكائنات الحية (التي تعيش في بيئة خالية من الأكسجين) والكائنات الهوائية التي تفتقر إلى الأكسجين - مرحلتان: الأكسدة التحضيرية الخالية من الأكسجين.

المرحلة التحضيرية

وهو يتألف من الانهيار الأنزيمي للمواد العضوية المعقدة إلى مواد بسيطة: جزيئات البروتين - إلى الأحماض الأمينية ، والدهون - إلى الجلسرين والأحماض الكربوكسيلية ، والكربوهيدرات - إلى الجلوكوز والأحماض النووية - إلى النيوكليوتيدات. يتم تفكيك المركبات العضوية عالية الجزيئات إما عن طريق إنزيمات الجهاز الهضمي أو عن طريق إنزيمات الجسيمات الحالة. يتم تبديد كل الطاقة المنبعثة في شكل حرارة. يمكن استخدام الجزيئات العضوية الصغيرة الناتجة "كمواد بناء" أو يمكن تفكيكها بشكل أكبر.

أكسدة نقص الأكسجين ، أو تحلل السكر

تتكون هذه المرحلة من مزيد من الانقسام للمواد العضوية التي تشكلت خلال المرحلة التحضيرية ، وتحدث في سيتوبلازم الخلية ولا تحتاج إلى وجود الأكسجين. المصدر الرئيسي للطاقة في الخلية هو الجلوكوز. عملية الانهيار غير الكامل للجلوكوز الخالي من الأكسجين - تحلل السكر.

يسمى فقدان الإلكترونات بالأكسدة ، ويسمى الاكتساب بالاختزال ، بينما يتأكسد المتبرع بالإلكترون ، يتم تقليل المستقبِل.

تجدر الإشارة إلى أن الأكسدة البيولوجية في الخلايا يمكن أن تحدث بمشاركة الأكسجين:

A + O 2 → AO 2 ،

وبدون مشاركته بسبب انتقال ذرات الهيدروجين من مادة إلى أخرى. على سبيل المثال ، تتأكسد المادة "أ" على حساب المادة "ب":

AN 2 + B → A + BH 2

أو بسبب نقل الإلكترون ، على سبيل المثال ، يتأكسد الحديدوز إلى ثلاثي التكافؤ:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

تحلل السكر هو عملية معقدة متعددة الخطوات تتضمن عشرة تفاعلات. خلال هذه العملية ، يحدث نزع هيدروجين الجلوكوز ، يعمل الإنزيم المساعد NAD + (نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد) كمستقبل للهيدروجين. نتيجة لسلسلة من التفاعلات الأنزيمية ، يتم تحويل الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك (PVA) ، بينما يتكون إجمالي 2 جزيء ATP وشكل مخفض من حامل الهيدروجين 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.

يعتمد المصير الإضافي لـ PVC على وجود الأكسجين في الخلية. إذا لم يكن هناك أكسجين ، فإن الخميرة والنباتات تخضع للتخمير الكحولي ، حيث يتم تكوين الأسيتالديهيد أولاً ، ثم الكحول الإيثيلي:

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

في الحيوانات وبعض البكتيريا ، مع نقص الأكسجين ، يحدث تخمير حمض اللاكتيك مع تكوين حمض اللاكتيك:

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

نتيجة لتحلل جزيء جلوكوز واحد ، يتم إطلاق 200 كيلو جول ، منها 120 كيلو جول يتم تبديدها على شكل حرارة ، ويتم تخزين 80٪ في روابط ATP.

أكسدة الأكسجين ، أو التنفس

وهو يتألف من الانهيار الكامل لحمض البيروفيك ، ويحدث في الميتوكوندريا مع الوجود الإجباري للأكسجين.

يتم نقل حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا (بنية ووظائف الميتوكوندريا - المحاضرة رقم 7). هنا ، يحدث نزع الهيدروجين (التخلص من الهيدروجين) ونزع الكربوكسيل (التخلص من ثاني أكسيد الكربون) من PVC مع تكوين مجموعة أسيتيل ثنائية الكربون ، والتي تدخل في دورة من التفاعلات تسمى تفاعلات دورة كريبس. هناك المزيد من الأكسدة المرتبطة بنزع الهيدروجين ونزع الكربوكسيل. ونتيجة لذلك ، تتم إزالة ثلاثة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون من الميتوكوندريا لكل جزيء PVC مدمر ؛ تتشكل خمسة أزواج من ذرات الهيدروجين مرتبطة بالمواد الحاملة (4NAD H 2 ، FAD H 2) ، بالإضافة إلى جزيء ATP واحد.

يكون التفاعل العام لتحلل السكر وتدمير PVC في الميتوكوندريا على الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون كما يلي:

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

يتم تكوين جزيئين ATP نتيجة تحلل السكر ، اثنان - في دورة كريبس ؛ تم تشكيل زوجين من ذرات الهيدروجين (2NADHH2) نتيجة لتحلل السكر ، عشرة أزواج - في دورة كريبس.

الخطوة الأخيرة هي أكسدة أزواج الهيدروجين بمشاركة الأكسجين في الماء مع الفسفرة المتزامنة لـ ADP إلى ATP. يتم نقل الهيدروجين إلى ثلاثة مجمعات إنزيمية كبيرة (بروتينات فلافوبروتينات ، أنزيمات مساعدة Q ، سيتوكرومات) من السلسلة التنفسية الموجودة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. تؤخذ الإلكترونات من الهيدروجين ، والتي يتم دمجها في النهاية مع الأكسجين في مصفوفة الميتوكوندريا:

O 2 + e - → O 2 -.

تُضخ البروتونات في الفضاء الغشائي للميتوكوندريا ، في "خزان البروتون". الغشاء الداخلي غير منفذ لأيونات الهيدروجين ، من ناحية يتم شحنه سالبًا (بسبب O 2 -) ، من ناحية أخرى - إيجابيًا (بسبب H +). عندما يصل فرق الجهد عبر الغشاء الداخلي إلى 200 مللي فولت ، تمر البروتونات عبر قناة إنزيم تخليق ATP ، ويتكون ATP ، ويحفز أوكسيديز السيتوكروم تقليل الأكسجين إلى الماء. لذلك ، نتيجة لأكسدة اثني عشر زوجًا من ذرات الهيدروجين ، يتم تكوين 34 جزيء ATP.

يعتمد التخمير على مسار تحلل الكربوهيدرات. يوجد: حمض اللاكتيك المتجانس (HFM) ، الكحول ، البروبيونيك ، الزبد ، الأسيتونوبوتيل.
يعتبر التخمير من الناحية التطورية الطريقة الأقدم والأكثر بدائية للحصول على الطاقة بواسطة خلية بكتيرية. يتكون ATP نتيجة لأكسدة الركيزة العضوية بواسطة آلية الفسفرة الركيزة. يحدث التخمير تحت ظروف لاهوائية. تفسر بدائية التخمير حقيقة أنه أثناء التخمير لا تنفصل الركيزة تمامًا ، والمواد المتكونة أثناء التخمير (كحول ، أحماض عضوية ، إلخ) تحتوي على احتياطيات طاقة داخلية.
كمية الطاقة المنبعثة أثناء التخمير لا تذكر: 1 جم / مول من الجلوكوز يعادل 2-4 جزيئات ATP. تُجبر الكائنات الحية الدقيقة من النوع المخمر على تخمير الركيزة بشكل مكثف لتزويد نفسها بالطاقة. المشكلة الرئيسية للتخمير هي حل روابط المتبرع والمقبول. الركائز العضوية هي الجهات المانحة للإلكترون ، ومقبول الإلكترون ، الذي يحدد مصير التخمير ، هو المهمة الرئيسية. يعطي المنتج النهائي للتخمير اسمًا لنوع هذه العملية.

كيمياء عملية التخمير

في عملية التخمير في ظل ظروف اللاهوائية ، تكون مشكلة إنتاج الطاقة من تحلل الكربوهيدرات في المركز. الآلية الرئيسية هي مسار التحلل الجليكوليتيك (Embden-Meyerhoff-Parnassus ، مسار hexose-diphosphate). هذا المسار هو الأكثر شيوعًا ، فهناك مساران للجليكوليتيك يحدثان بدرجة أقل: مسار الفوسفات البنتوز المؤكسد (Warburg-Dickens-Horecker) ، مسار Entner-Dudarov (مسار KDPG).
وتجدر الإشارة إلى أن كل هذه الآليات لا يمكن اعتبارها تخمرًا ، لأنها تكمن وراء التنفس. يبدأ التخمر عندما يتم استخدام البروتون أو الإلكترون المنفصل عن الركيزة وربطه بالمستقبل.
جليكوليسيس
يتم فسفرة الجلوكوز تحت تأثير الهكساميناز في الموضع 6 - يتحول إلى جلوكوز 6 فوسفات - وهو شكل أكثر نشاطًا من الجلوكوز الأيضي. يعمل جزيء ATP كمانح للفوسفات ، حيث يتحول الجلوكوز 6 فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات. يكون التفاعل قابلاً للانعكاس ، ومستوى وجود مادتين في منطقة التفاعل هو نفسه.فركتوز -6-فوسفات يربط مجموعة فوسفات بذرة C الأولى ويتحول إلى فركتوز -1،6-ثنائي فوسفات. يستمر التفاعل مع إنفاق طاقة ATP ويتم تحفيزه بواسطة الفركتوز -1،6-ثنائي فوسفات aldolase (الإنزيم التنظيمي الرئيسي لتحلل السكر).
ينقسم الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات إلى 2 فوسفوتريوس بواسطة ثلاثي فوسفات أيزوميراز. نتيجة لذلك ، يتم تكوين ثلاثيات: فوسفودوكسي أسيتون و 3-فوسجليسيرالديهيد (3-PHA). يمكن أن تتشابه هاتان المجموعتان الثلاثيتان مع بعضهما البعض ويخضعان للتحول إلى البيروفات بنفس الآلية. هذه هي مرحلة التعافي (تأتي مع توليد الطاقة).

تحلل السكر
هيكسوكيناز
ايزوميراز الجلوكوز 6 فوسفات
6-فسفوفركتوكيناز
الدولاس
ثلاثي الفوسفات ايزوميراز
نازعة هيدروجين فوسفات جليسيرالديهيد
كيناز فسفوغليسيرات
فسفوجليسيروموتاز
إينولاس
بيروفات كيناز
كان هناك تشكيل 3-FGK. الآن يمكننا استخلاص بعض الاستنتاجات. "أعادت" الخلية في هذه المرحلة تكاليف طاقتها: تم استهلاك 2 جزيء ATP وتم تصنيع 2 جزيء ATP لكل جزيء جلوكوز واحد. في نفس المرحلة ، تحدث الفسفرة الركيزة الأولى في تفاعل أكسدة 3-PHA مع 1.3-PHA وتشكيل ATP. يتم تحرير الطاقة وتخزينها في روابط فوسفات عالية الطاقة من ATP في عملية إعادة ترتيب الركيزة المخمرة بمشاركة الإنزيمات. تسمى الفسفرة الركيزة الأولى أيضًا الفسفرة على مستوى 3-PHA. بعد تكوين 3-FHA ، يتم نقل مجموعة الفوسفات من المركز الثالث إلى المركز الثاني. علاوة على ذلك ، يتم شق جزيء الماء من ذرات الكربون الثانية والثالثة لـ 2-FHA ، يتم تحفيزها بواسطة إنزيم إنوليز ، ويتم تكوين حمض الفوسفوينول بيروفيك. نتيجة لجفاف جزيء 2-FHA ، تزداد درجة أكسدة ذرة الكربون الثانية ، بينما تنخفض درجة أكسدة ذرة الكربون الثالثة. يصاحب تجفيف جزيء 2-FHA ، الذي يؤدي إلى تكوين PEP ، إعادة توزيع الطاقة داخل الجزيء ، ونتيجة لذلك تترابط الفوسفات عند ذرة الكربون الثانية من ذرة منخفضة الطاقة في 2-PHA يتحول الجزيء إلى جزيء عالي الطاقة في جزيء PEP. يصبح جزيء PEP مانحًا لمجموعة فوسفات غنية بالطاقة ، والتي يتم نقلها إلى ADP بواسطة إنزيم بيروفات كيناز. وهكذا ، في عملية تحويل 2-FHA إلى حمض البيروفيك ، يتم إطلاق الطاقة وتخزينها في جزيء ATP. هذه هي الطبقة الثانية من الفسفرة. نتيجة لعملية الأكسدة والاختزال داخل الجزيئية ، يتبرع جزيء واحد بالإلكترونات ويقبلها. في عملية الفسفرة الثانية الركيزة ، يتم تشكيل جزيء ATP آخر ؛ ونتيجة لذلك ، فإن إجمالي اكتساب الطاقة لهذه العملية هو 2 جزيء ATP لكل جزيء جلوكوز واحد. هذا هو جانب الطاقة لعملية تخمير حمض اللاكتيك المتجانس. توازن الطاقة للعملية: С6 + 2ATP = 2С3 + 4ATP + 2NADP ∙ H2

تخمير حمض اللاكتيك المتجانس

التي تنتجها بكتيريا حمض اللاكتيك. التي تكسر الكربوهيدرات على طول مسار التحلل مع التكوين الأخير لحمض اللبنيك من البيروفات. في بكتيريا HPMC ، يتم حل مشكلة التواصل بين المتبرع والمتقبل بأبسط طريقة - يعتبر هذا النوع من التخمير أقدم آلية تطورية.
في عملية التخمير ، يتم استعادة حمض البيروفيك بواسطة H + المنفصل عن الجلوكوز. يتم تفريغ H2 في البيروفات من NADP ∙ H2. نتيجة لذلك ، يتكون حمض اللاكتيك. إنتاجية الطاقة 2 جزيئات ATP.
يتم تخمير حمض اللاكتيك عن طريق بكتيريا من جنس: Streptococcus ، Lactobacillus ، Leuconostoc. جميعهم من G + (قضبان أو مكورات) غير مكونة للأبواغ (Sporolactobacillus شكل جراثيم). فيما يتعلق بالأكسجين ، فإن بكتيريا حمض اللاكتيك تحمل الهواء ، وهي لاهوائية صارمة ، ولكنها قادرة على الوجود في جو الأكسجين. لديهم عدد من الإنزيمات التي تحيد التأثيرات السامة للأكسجين (إنزيمات الفلافين ، غير الهيم كاتالاز ، ديسموتاز الفائق). لا تستطيع حاويات السوائب الوسيطة التنفس بسبب عدم وجود سلسلة تنفسية. نظرًا لحقيقة أن طبيعة موائل LSD غنية بعوامل النمو ، فقد أصبحت في عملية التطور معطلة التمثيل الغذائي وفقدت القدرة على توليف عوامل النمو بكميات كافية ، وبالتالي ، في عملية الزراعة ،

التخمير اللاكتيكي المتجانس: F1 - هكسوكيناز ؛ F2 - إيزوميراز الجلوكوز الفوسفات ؛ F3 - فسفوفركتوكيناز ؛ F4 - ألدوليز الفركتوز -1،6 ثنائي فوسفات ؛ F5 - إيزوميراز ثلاثي الفوسفات ؛ F6 - 3-PHA- نازعة الهيدروجين ؛ F8 - فسفوغليسيروموتاز ؛ F9 - إنولاز ؛ F10 - بيروفات كيناز ؛ F11 - نازع هيدروجين اللاكتات (وفقًا لـ Dagley ، Nicholson ، 1973)

تحتاج إلى إضافة الفيتامينات والأحماض الأمينية (نباتية ، مستخلصات نباتية).
يمكن أن تستخدم LBCs اللاكتوز ، والذي ، تحت تأثير β-galactosidase في وجود جزيئات الماء ، ينقسم إلى D-glucose و D-galactose. بعد ذلك ، يتم فسفرة د-جالاكتوز وتحويله إلى جلوكوز -6-فوسفات.
LAB - ميسوفيل مع درجة حرارة زراعة مثالية من 37-40 درجة مئوية. عند درجة حرارة 15 درجة مئوية ، لا ينمو معظمهم.
تعود القدرة على العداء إلى حقيقة أنه في عملية التمثيل الغذائي يتراكم حمض اللاكتيك والمنتجات الأخرى ، مما يمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي تراكم حمض اللاكتيك في سائل المزرعة إلى انخفاض حاد في الرقم الهيدروجيني ، مما يثبط نمو الكائنات الحية الدقيقة المتعفنة ، ويمكن أن يتحمل LAB نفسه درجة الحموضة حتى 2.
KSD غير حساس للعديد من المضادات الحيوية. هذا جعل من الممكن استخدامها كمنتجين لمستحضرات البروبيوتيك التي يمكن استخدامها كمستحضرات مصاحبة للعلاج بالمضادات الحيوية (فهي تساهم في استعادة البكتيريا المعوية التي تثبطها المضادات الحيوية).
علم البيئة من التصنيف الدولي للأمراض. في الطبيعة ، توجد حيث يوجد الكثير من الكربوهيدرات: الحليب ، سطح النباتات ، المسالك الغذائية للإنسان والحيوان. لا توجد أشكال ممرضة.

التخمير الكحولي

يعتمد على مسار حال السكر. في التخمر الكحولي ، يصبح حل الرابطة المتبرع بها أكثر تعقيدًا. أولاً ، يتم نزع الكربوكسيل من البيروفات إلى أسيتالديهيد وثاني أكسيد الكربون بواسطة بيروفات ديكاربوكسيلاز ، وهو إنزيم رئيسي في التخمير الكحولي:
CH3-CO-COOH ® CH3-COH + CO2.
خصوصية التفاعل هي عدم رجوعه التام. يتم تقليل الأسيتالديهيد الناتج إلى إيثانول بمشاركة نازعة هيدروجين الكحول المعتمد على NAD +:
CH3-COH + OVER-H2 ® CH3-CH2OH + OVER +
المانح للهيدروجين هو 3-PHA (كما في حالة تخمير حمض اللاكتيك).
يمكن تلخيص عملية التخمير الكحولي بالمعادلة التالية:
C6H12O6 + 2FN + 2ADP ® 2CH3-CH2OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O.
التخمير الكحولي هو عملية منتشرة للطاقة على نطاق واسع في كل من حقيقيات النوى و Pro-. في بدائيات النوى ، يحدث في كل من G + و G-. الكائنات الحية الدقيقة Zymomonas mobilies (صبار عصير الصبار) ذات أهمية صناعية ، ولكن التخمر لا يعتمد على تحلل السكر ، ولكن على مسار Entner-Doudoroff أو KDPG.
المنتجون الرئيسيون للكحول هم الخميرة (التخمير ، صناعة النبيذ ، مستحضرات الإنزيم ، فيتامينات ب ، الأحماض النووية ، مركزات البروتين والفيتامينات ، مستحضرات البروبيوتيك).

التخمير PROPION

في تخمير حمض البروبيونيك ، نحن نتعامل مع تحقيق الاحتمال الثالث لتحويل البيروفات - الكربوكسيل الخاص به ، مما يؤدي إلى ظهور متقبل هيدروجين جديد - PHA. يتم تقليل حمض البيروفيك إلى حمض البروبيونيك في بكتيريا حمض البروبيونيك على النحو التالي. حمض البيروفيك كربوكسيل في تفاعل محفز بواسطة إنزيم معتمد على البيوتين حيث يعمل البيوتين كناقل لثاني أكسيد الكربون. المتبرع لمجموعة CO2 هو methylmalonyl-CoA. نتيجة لتفاعل transcarboxylation ، يتم تكوين NAA و propionyl-CoA. نتيجة لثلاث خطوات أنزيمية (على غرار التفاعلات 6 ، 7 ، 8 من دورة الأحماض الكربوكسيلية ، تتحول إلى حمض السكسينيك.
يكون التفاعل التالي هو نقل مجموعة CoA من propionyl-CoA إلى حمض succinic (سكسينات) ، مما يؤدي إلى تكوين succinyl-CoA وحمض البروبيونيك.
تتم إزالة حمض البروبيونيك الناتج من العملية ويتراكم خارج الخلية. يتم تحويل Succinyl-CoA إلى methylmalonyl-CoA.
يحتوي إنزيم ميثيل مالونيل-كوا المطفر على فيتامين ب 12.

يتكون توازن الطاقة لجزيء واحد من الجلوكوز من جزيئين من حمض البروبيونيك و 4 جزيئات من ATP.
بكتيريا Propionibacterium هي قضبان G + ، غير بوغية ، غير متحركة ، تتكاثر بالانشطار الثنائي ، وهي كائنات دقيقة متحملة للهواء. لديهم آلية دفاع ضد التأثيرات السامة للأكسجين ، ويمكن للبعض أن يتنفس.
علم البيئة: موجود في اللبن وأمعاء المجترات. الفائدة الصناعية: B12 ومنتجي حمض البروبيونيك.

تخمير حمض الزبد

أثناء التخمير الزبدي ، يتم نزع الكربوكسيل من البيروفات ويتم إرفاقه بـ CoA - يتم تكوين أسيتيل CoA. بعد ذلك ، يحدث التكثيف: جزيئين من أسيتيل CoA يتكثف ليشكلوا مركب C4 أسيتو أسيتيل CoA ، والذي يعمل كمستقبل لإنتاج H2.

مسارات تحويل البيروفات في التخمير الزبداني الذي تقوم به Clostridium butyricum: F1 - البيروفات: فيفيروكسين أوكسيريدوكتاز ؛ F2 - أسيتيل CoA-ترانسفيراز (ثيولاز) ؛ F3 - (3-هيدروكسي بوتريل-CoA-dehydrogenase ؛ F4 - كروتوناتيز ؛ F5 - butyryl- CoA dehydrogenase ؛ F6 - CoA Transferase ؛ F7 - phosphotransacetylase ؛ F8 - أسيتات كيناز ؛ F9 - هيدروجينيز ؛ Fdoc - مؤكسد ؛ Fd-H2 - مخفض فيركوكسين ؛ FN - فوسفات غير عضوي

علاوة على ذلك ، يمر مركب C4 عبر سلسلة من التحولات المتتالية لتشكيل حمض الزبد. لا يرتبط مسار الاختزال هذا بتكوين الطاقة وهو مصمم فقط لاستخدام عامل الاختزال. في موازاة ذلك ، يوجد فرع مؤكسد ثان ، يؤدي إلى تكوين حمض الأسيتيك من البيروفات ، وتحدث الفسفرة الركيزة في هذا الموقع ، مما يؤدي إلى تخليق ATP.
من الصعب حساب توازن الطاقة ، حيث يتم تحديد اتجاه التفاعلات بواسطة عوامل خارجية ، بالإضافة إلى وسيط المغذيات:
1 مول. الجلوكوز → ≈3.3 ATP
يتم إجراء تخمير الزبد بواسطة البكتيريا P. Clostridium - وهي عبارة عن عصي G + ، متحركة ، مكونة للأبواغ (endospores d> dcl) ، وهي عبارة عن مزارع لاهوائية على وجه الحصر. تتم الحركة عن طريق سوط صخري. مع تقدم الخلايا في العمر ، تفقد سوطها وتتراكم الحبيبات (مادة تشبه النشا). وفقًا للقدرة على التخمر ، يتم تقسيم الركيزة إلى نوعين:
محلول للسكريات (تكسير السكريات ، السكريات ، النشا ، الكيتين) ؛
محلل للبروتين (يحتوي على مركب قوي من الإنزيمات المحللة للبروتين ، ويفكك البروتينات).
لا تقوم كلوستريديا بتخمير الزبد فحسب ، بل تنفذ أيضًا أسيتونوبوتيل. يمكن أن تكون منتجات هذا النوع من التخمير جنبًا إلى جنب مع حمض الزبد والأسيتات: الإيثانول والأسيتون وكحول البوتيل وكحول الأيزوبروبيل.

تخمير أسيتونوبوتيل

مع تخمر الأسيتونوبوتيل ، يقوم المنتجون في سن مبكرة (مرحلة النمو اللوغاريتمي) بإجراء التخمير الزبداني. مع انخفاض الرقم الهيدروجيني وتراكم المنتجات الحمضية ، يتم تحفيز تخليق الإنزيمات ، مما يؤدي إلى تراكم المنتجات المحايدة (الأسيتون ، الأيزوبروبيل ، البوتيل ، الكحول الإيثيلي). من خلال دراسة عملية تخمير الأسيتون - البيوتيل ، أوضح العالم الروسي شابوشنيكوف أن العملية تمر بمرحلتين وأن العملية ثنائية الطور تعتمد على العلاقة بين التمثيل الغذائي البناء واستقلاب الطاقة. تتميز المرحلة الأولى بالنمو النشط للثقافة والاستقلاب البناء المكثف ؛ لذلك ، خلال هذه الفترة ، يحدث التدفق الخارج للعامل المختزل NAD-H2 لاحتياجات التخليق الحيوي. مع توهين نمو الثقافة وانتقالها إلى المرحلة الثانية ، تقل الحاجة إلى العمليات البناءة ، مما يؤدي إلى تكوين أشكال أكثر انخفاضًا - الكحوليات.
التطبيق العملي للمطثية:
إنتاج حمض الزبد.
إنتاج الأسيتون
إنتاج البوتانول.
تلعب البكتيريا دورًا كبيرًا في الطبيعة: فهي تقوم بالتعفن ، والتحلل اللاهوائي للألياف والكيتين (بعضها يكسر ألياف البكتين). بين المطثيات هناك مسببات الأمراض (العوامل المسببة للتسمم الغذائي - تفرز سمًا خارجيًا خطيرًا للغاية ؛ العوامل المسببة للغرغرينا الغازية ؛ الكزاز).

التخمر الكحولي هو أساس تحضير أي مشروب كحولي. هذه هي الطريقة الأسهل والأكثر تكلفة للحصول على الكحول الإيثيلي. الطريقة الثانية - ترطيب الإيثيلين ، اصطناعية ونادراً ما تستخدم وفقط في إنتاج الفودكا. سننظر في ميزات وشروط التخمير لفهم أفضل لكيفية تحويل السكر إلى كحول. من وجهة نظر عملية ، ستساعد هذه المعرفة في خلق البيئة المثلى للخميرة - لوضع الهريس أو النبيذ أو البيرة بشكل صحيح.

التخمير الكحوليتحول الخميرة الجلوكوز إلى كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون في بيئة لا هوائية (خالية من الأكسجين). المعادلة كالتالي:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.

نتيجة لذلك ، يتم تحويل جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من الكحول الإيثيلي وجزيئين من ثاني أكسيد الكربون. في هذه الحالة ، يتم إطلاق الطاقة ، مما يؤدي إلى زيادة طفيفة في درجة حرارة الوسط. تتشكل زيوت الفوسل أيضًا أثناء عملية التخمير: بوتيل ، أميل ، إيزو أميل ، إيزوبوتيل وكحولات أخرى ، وهي منتجات ثانوية لاستقلاب الأحماض الأمينية. من نواح كثيرة ، تشكل زيوت الفوسل رائحة وطعم المشروب ، لكن معظمها ضار بجسم الإنسان ، لذلك يحاول المصنعون تنقية الكحول من زيوت الفيوزل الضارة ، لكنهم يتركون الزيوت المفيدة.

خميرة- هذه فطريات كروية وحيدة الخلية (حوالي 1500 نوع) ، تتطور بنشاط في وسط سائل أو شبه سائل غني بالسكريات: على سطح الفاكهة والأوراق ، في رحيق الأزهار ، الكتلة النباتية الميتة وحتى التربة.

خلايا الخميرة تحت المجهر

هذا هو واحد من الكائنات الحية الأولى التي "ترويض" من قبل الإنسان ، وتستخدم الخميرة بشكل أساسي لخبز الخبز وصنع المشروبات الكحولية. وقد وجد علماء الآثار أن قدماء المصريين منذ 6000 سنة قبل الميلاد. ه. تعلمت كيفية صنع البيرة ، وبحلول عام 1200 قبل الميلاد. ه. أتقن خبز الخميرة.

بدأت الدراسة العلمية لطبيعة التخمير في القرن التاسع عشر ، وقد تم اقتراح الصيغة الكيميائية الأولى من قبل J.Gay-Lussac و A. Lavoisier ، لكن جوهر العملية ظل غير واضح ، نشأت نظريتان. اقترح العالم الألماني Justus von Liebig أن التخمير ميكانيكي بطبيعته - تنتقل اهتزازات جزيئات الكائنات الحية إلى السكر ، الذي ينقسم إلى كحول وثاني أكسيد الكربون. بدوره ، اعتقد لويس باستير أن أساس عملية التخمير بيولوجي في طبيعته - عندما يتم الوصول إلى ظروف معينة ، تبدأ الخميرة في معالجة السكر وتحويله إلى كحول. تمكن باستير من إثبات فرضيته تجريبياً ، وفيما بعد أكد علماء آخرون الطبيعة البيولوجية للتخمير.

كلمة "خميرة" الروسية مشتقة من الفعل السلافي القديم "drozgati" ، والتي تعني "سحق" أو "تعجن" ، وهناك علاقة واضحة مع الخبز المخبوز. بدوره ، يأتي الاسم الإنجليزي للخميرة "الخميرة" من الكلمات الإنجليزية القديمة "gist" و "gyst" ، والتي تعني "رغوة" ، و "لإخراج الغاز" و "الغليان" ، وهي أقرب إلى التقطير.

كمواد خام للكحول والسكر والمنتجات المحتوية على السكر (الفواكه والتوت بشكل أساسي) ، وكذلك المواد الخام المحتوية على النشا: تستخدم الحبوب والبطاطس. تكمن المشكلة في أن الخميرة لا يمكنها تخمير النشا ، لذلك تحتاج أولاً إلى تقسيمها إلى سكريات بسيطة ، ويتم ذلك عن طريق إنزيم يسمى الأميليز. تم العثور على الأميليز في الشعير ، وهو حبة نبتت ، ويتم تنشيطه عند درجة حرارة عالية (عادة 60-72 درجة مئوية) ، وعملية تحويل النشا إلى سكريات بسيطة تسمى "التكسير". يمكن الاستعاضة عن التسكر مع الشعير ("الساخن") بإدخال الإنزيمات الاصطناعية ، التي لا تحتاج فيها النبتة إلى التسخين ، لذلك تسمى الطريقة بالتسكير "البارد".

شروط التخمير

تؤثر العوامل التالية على تطور الخميرة ومسار التخمير: تركيز السكر ودرجة الحرارة والضوء وحموضة البيئة ووجود العناصر النزرة ومحتوى الكحول والوصول إلى الأكسجين.

1. تركيز السكر.بالنسبة لمعظم سلالات الخميرة ، يكون محتوى السكر الأمثل في نقيع الشعير هو 10-15٪. عند التركيزات التي تزيد عن 20٪ ، يضعف التخمير ، وعند 30-35٪ يكاد يكون من المؤكد أن يتوقف ، لأن السكر يصبح مادة حافظة تمنع الخميرة من العمل.

ومن المثير للاهتمام ، أنه عندما يكون محتوى السكر في الوسط أقل من 10٪ ، فإن عملية التخمير تتم بشكل سيء أيضًا ، ولكن قبل تحلية النقيع ، عليك أن تتذكر الحد الأقصى لتركيز الكحول (النقطة الرابعة) الذي تم الحصول عليه أثناء التخمير.

2. درجة الحرارة والضوء.بالنسبة لمعظم سلالات الخميرة ، تكون درجة حرارة التخمير المثلى 20-26 درجة مئوية (تتطلب خميرة الجعة للتخمير السفلي 5-10 درجة مئوية). النطاق المسموح به هو 18-30 درجة مئوية. في درجات الحرارة المنخفضة ، يتباطأ التخمير بشكل ملحوظ ، وعند القيم التي تقل عن الصفر ، تتوقف العملية و "تغفو" الخميرة - تدخل في حركة معلقة. لاستئناف التخمير ، يكفي رفع درجة الحرارة.

ارتفاع درجة الحرارة سيقتل الخميرة. عتبة التحمل تعتمد على الإجهاد. بشكل عام ، تعتبر القيم التي تزيد عن 30-32 درجة مئوية خطيرة (خاصة بالنسبة للنبيذ والبيرة) ، ومع ذلك ، هناك سلالات منفصلة من خميرة الكحول يمكنها تحمل درجات حرارة نقيع تصل إلى 60 درجة مئوية. إذا كانت الخميرة "مطبوخة" ، فسيتعين عليك إضافة دفعة جديدة إلى نقيع الشعير لاستئناف التخمير.

تتسبب عملية التخمير نفسها في زيادة درجة الحرارة بعدة درجات - فكلما زاد حجم نقيع الشعير وكلما زادت نشاط الخميرة ، زادت قوة التسخين. من الناحية العملية ، يتم تصحيح درجة الحرارة إذا كان الحجم أكثر من 20 لترًا - يكفي الحفاظ على درجة الحرارة أقل من 3-4 درجات من الحد الأعلى.

تُترك الحاوية في مكان مظلم أو مغطاة بقطعة قماش سميكة. يتجنب عدم وجود ضوء الشمس المباشر ارتفاع درجة الحرارة وله تأثير إيجابي على عمل الخميرة - الفطريات لا تحب ضوء الشمس.

3. حموضة البيئة ووجود العناصر النزرة.تعزز الحموضة المتوسطة 4.0-4.5 درجة الحموضة التخمر الكحولي وتمنع تطور الكائنات الحية الدقيقة التابعة لجهات خارجية. في بيئة قلوية ، يتم إطلاق الجلسرين وحمض الخليك. في النقيع المحايد ، يستمر التخمير بشكل طبيعي ، لكن البكتيريا المسببة للأمراض تتطور بنشاط. يتم تصحيح حموضة النقيع قبل إضافة الخميرة. في كثير من الأحيان ، يزيد تقطير الهواة من الحموضة بحمض الستريك أو أي عصير حمضي ، ولتقليل الحاجة ، يتم إخمادها بالطباشير أو تخفيفها بالماء.

بالإضافة إلى السكر والماء ، تتطلب الخميرة مواد أخرى - في المقام الأول النيتروجين والفوسفور والفيتامينات. تستخدم الخميرة هذه العناصر النزرة لتخليق الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتين ، وكذلك للتكاثر في المرحلة الأولى من التخمير. تكمن المشكلة في أنه في المنزل لن يكون من الممكن تحديد تركيز المواد بدقة ، وتجاوز القيم المسموح بها يمكن أن يؤثر سلبًا على طعم المشروب (خاصة بالنسبة للنبيذ). لذلك ، يُفترض أن المواد الخام المحتوية على النشا والفاكهة تحتوي في البداية على الكمية المطلوبة من الفيتامينات والنيتروجين والفوسفور. عادة ما يتم تغذية هريس السكر النقي فقط.

4. محتوى الكحول.من ناحية ، يعتبر الكحول الإيثيلي من نفايات الخميرة ، ومن ناحية أخرى ، فهو مادة سامة قوية لفطريات الخميرة. عند تركيز الكحول في نقيع الشعير بنسبة 3-4٪ ، يتباطأ التخمير ، ويبدأ الإيثانول في تثبيط نمو الخميرة ، وعند 7-8٪ لم تعد الخميرة تتكاثر ، وعند 10-14٪ تتوقف عن معالجة السكر - يتوقف التخمير . السلالات الفردية فقط من الخميرة المستزرعة ، التي تمت تربيتها في المختبر ، تتحمل تركيزات الكحول التي تزيد عن 14٪ (يستمر بعضها في التخمر حتى عند 18٪ وما فوق). يتم الحصول على حوالي 0.6٪ كحول من 1٪ سكر في نقيع الشعير. هذا يعني أنه للحصول على 12٪ كحول ، يلزم وجود محلول بمحتوى سكر بنسبة 20٪ (20 × 0.6 = 12).

5. الحصول على الأكسجين.في البيئة اللاهوائية (بدون الوصول إلى الأكسجين) ، تهدف الخميرة إلى البقاء وليس التكاثر. في هذه الحالة يتم إطلاق الحد الأقصى من الكحول ، لذلك من الضروري في معظم الحالات حماية نقيع الشعير من الوصول إلى الهواء وفي نفس الوقت تنظيم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الخزان لتجنب زيادة الضغط. يتم حل هذه المشكلة عن طريق تثبيت ختم الماء.

مع التلامس المستمر للنبتة مع الهواء ، هناك خطر حدوث توتر. في البداية ، عندما يكون التخمير نشطًا ، يدفع ثاني أكسيد الكربون المنطلق الهواء بعيدًا عن سطح نقيع الشعير. ولكن في النهاية ، عندما يضعف التخمير ويظهر أقل وأقل من ثاني أكسيد الكربون ، يدخل الهواء إلى الحاوية غير المغطاة مع نقيع الشعير. تحت تأثير الأكسجين ، يتم تنشيط بكتيريا حمض الأسيتيك ، والتي تبدأ في معالجة الكحول الإيثيلي وتحويله إلى حمض أسيتيك وماء ، مما يؤدي إلى تلف النبيذ ، وانخفاض في إنتاج لغو المشروبات وظهور طعم حامض في المشروبات. لذلك ، من المهم جدًا إغلاق الحاوية بختم الماء.

ومع ذلك ، تتطلب الخميرة الأكسجين للتكاثر (للوصول إلى الكمية المثلى). عادةً ما يكون التركيز الموجود في الماء كافيًا ، ولكن من أجل التكاثر السريع للهريس ، بعد إضافة الخميرة ، تُترك مفتوحة لعدة ساعات (مع دخول الهواء) وتُخلط عدة مرات.

1 علبة الكائنات الضوئية والكيميائية التخليقيةالحصول على الطاقة من أكسدة عضوية؟ بالطبع يمكنهم ذلك. تتميز النباتات والمواد الكيميائية الاصطناعية بالأكسدة ، لأنها تحتاج إلى طاقة! ومع ذلك ، فإن ذاتية التغذية ستؤكسد تلك المواد التي صنعوها بأنفسهم.

2. لماذا الكائنات الهوائية الأكسجين؟ ما هو دور الأكسدة البيولوجية؟ الأكسجين نهائي متقبل الإلكترونالتي تأتي من مستويات طاقة أعلى من المواد المؤكسدة. خلال هذه العملية تطلق الإلكترونات كمية كبيرة من الطاقة، ودور الأكسدة بالتحديد في هذا! الأكسدة هي فقدان الإلكترونات أو ذرة الهيدروجين ، والاختزال هو إضافتها.

3. ما هو الفرق بين الاحتراق والأكسدة البيولوجية؟ نتيجة للاحتراق ، يتم إطلاق كل الطاقة بالكامل في الشكل الحرارة. لكن مع الأكسدة ، يصبح كل شيء أكثر تعقيدًا: يتم إطلاق 45 بالمائة فقط من الطاقة أيضًا على شكل حرارة ويتم إنفاقها للحفاظ على درجة حرارة الجسم الطبيعية. لكن 55 بالمائة - في شكل طاقة ATPوالبطاريات البيولوجية الأخرى. لذلك ، لا يزال يذهب معظم الطاقة في التكوين وصلات عالية الطاقة.

مراحل استقلاب الطاقة

1. المرحلة التحضيريةتتميز تحطيم البوليمرات إلى مونومرات(يتم تحويل السكريات إلى جلوكوز والبروتينات إلى أحماض أمينية) والدهون إلى الجلسرين والأحماض الدهنية. في هذه المرحلة ، يتم إطلاق كمية معينة من الطاقة على شكل حرارة. تتم العملية في الخلية الجسيمات المحللة، على مستوى الكائن الحي - في الجهاز الهضمي. لهذا السبب بعد بدء عملية الهضم ترتفع درجة حرارة الجسم.

2. تحلل السكر، أو مرحلة نقص الأكسجين- يحدث أكسدة غير كاملة للجلوكوز.

3. مرحلة الأكسجين- الانهيار النهائي للجلوكوز.

تحلل السكر

1. تحلل السكريحدث في السيتوبلازم. الجلوكوز سي 6 ح 12 ا 6 مشقوق بـ PVC (حمض البيروفيك) C 3 ح 4 ا 3 - إلى جزئين من ثلاثة كربون PVC. هناك 9 إنزيمات مختلفة متضمنة هنا.

1) في نفس الوقت ، يحتوي جزيئين PVC على 4 ذرات هيدروجين أقل من الجلوكوز C 6 H 12 O 6 ، C 3 H 4 O 3 - PVC (جزيئين - C 6 H 8 O 6).

2) أين تنفق 4 ذرات هيدروجين؟بسبب 2 ذرات يتم تقليل ذرتين من NAD + إلى ذرتين من NADح. بسبب ذرات الهيدروجين 2 الأخرى ، يمكن أن تتحول PVC إلى حمض اللاكتيك ج 3 ح 6 ا 3 .

3) وبسبب طاقة الإلكترونات المنقولة من مستويات الطاقة العالية للجلوكوز إلى مستوى أقل من NAD + ، 2 جزيئات ATPمن ADP وحمض الفوسفوريك.

4) يضيع جزء من الطاقة في الشكل الحرارة.

2. إذا لم يكن هناك أكسجين في الخلية ، أو لم يكن هناك ما يكفي منه ، فسيتم استعادة جزيئين PVC بسبب اثنين من NADH حمض اللاكتيك: 2C 3 H 4 O 3 + 2NADH + 2H + \ u003d 2C 3 H 6 O 3 (حمض اللاكتيك) + 2HAD +. يسبب وجود حمض اللاكتيك آلامًا في العضلات أثناء التمرين ونقصًا في الأكسجين. بعد الحمل النشط ، يتم إرسال الحمض إلى الكبد ، حيث ينفصل الهيدروجين عنه ، أي يتحول مرة أخرى إلى PVC. يمكن أن يدخل هذا PVC في الميتوكوندريا من أجل الانهيار الكامل وتشكيل ATP. يستخدم جزء من ATP أيضًا لتحويل معظم PVC مرة أخرى إلى جلوكوز عن طريق عكس تحلل السكر. يذهب جلوكوز الدم إلى العضلات ويتم تخزينه على شكل الجليكوجين.

3. نتيجة لذلك أكسدة نقص الأكسجين للجلوكوزتم إنشاؤه في المجموع 2 جزيئات ATP.

4. إذا كانت الخلية تحتوي بالفعل ، أو تبدأ في دخولها الأكسجين، لم يعد من الممكن استعادة PVC إلى حمض اللاكتيك ، ولكن يتم إرساله إلى الميتوكوندريا ، حيث يكون تمامًا الأكسدة إلى C.ا 2 وح 2 ا.

التخمير

1. التخمير- هذا هو تفكك التمثيل الغذائي اللاهوائي (الخالي من الأكسجين) لجزيئات العناصر الغذائية المختلفة ، مثل الجلوكوز.

2. يحدث التخمير الكحولي ، اللبني ، الزبداني ، الخليك تحت الظروف اللاهوائية في السيتوبلازم. في الأساس كيف تتوافق عملية التخمير مع تحلل السكر.

3. التخمير الكحولي خاص بالخميرة ، وبعض الفطريات ، والنباتات ، والبكتيريا ، والتي تتحول في ظروف نقص الأكسجين إلى التخمر.

4. لحل المشاكل ، من المهم معرفة أنه في كل حالة ، أثناء التخمير ، يتم تحرير الجلوكوز من الجلوكوز 2 ATP أو كحول أو أحماض- زيت ، خل ، حليب. أثناء التخمر الكحولي (والزبداني) ، لا يتم إطلاق الكحول فقط ، ATP ، ولكن أيضًا ثاني أكسيد الكربون من الجلوكوز.

مرحلة الأوكسجين في استقلاب الطاقةيتضمن مرحلتين.

1. دورة حمض الكربوكسيل (دورة كريبس).

2. الفسفرة المؤكسدة.

1. ما هي الطبيعة الكيميائية لـ ATP؟

إجابه. ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) هو نيوكليوتيد يتكون من قاعدة البيورين الأدينين ، وريبوز أحادي السكاريد ، و 3 بقايا حمض الفوسفوريك. في جميع الكائنات الحية ، يعمل كمركب عالمي وناقل للطاقة. تحت تأثير إنزيمات خاصة ، تنقسم مجموعات الفوسفات الطرفية مع إطلاق الطاقة ، والتي تذهب إلى تقلص العضلات ، والعمليات الاصطناعية وغيرها من العمليات الحيوية.

2. ما هي الروابط الكيميائية التي تسمى ماكرويرجيك؟

إجابه. تسمى الروابط بين بقايا حمض الفوسفوريك ، بما أنه عندما تنكسر ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة (أربع مرات أكثر مما يحدث عند انقسام الروابط الكيميائية الأخرى).

3. ما هي الخلايا التي تحتوي على أكبر قدر من ATP؟

إجابه. أعلى محتوى من ATP في الخلايا حيث تكون تكاليف الطاقة عالية. هذه هي خلايا الكبد والعضلات المخططة.

الأسئلة بعد §22

1. في الخلايا التي الكائنات الحية يحدث التخمر الكحولي؟

إجابه. في معظم الخلايا النباتية ، وكذلك في خلايا بعض الفطريات (على سبيل المثال ، الخميرة) ، بدلاً من التحلل السكري ، يحدث التخمير الكحولي: يتم تحويل جزيء الجلوكوز في ظل الظروف اللاهوائية إلى كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون:

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

2. من أين تأتي الطاقة لتخليق ATP من ADP؟

إجابه. يتم توليف ATP في الخطوات التالية. في مرحلة التحلل السكري ، يتم تقسيم جزيء الجلوكوز الذي يحتوي على ست ذرات كربون (C6H12O6) إلى جزيئين من حمض البيروفيك ثلاثي الكربون ، أو PVC (C3H4O3). يتم تحفيز تفاعلات تحلل السكر بواسطة العديد من الإنزيمات وتحدث في سيتوبلازم الخلايا. أثناء تحلل السكر ، يؤدي تكسير 1 مولار من الجلوكوز إلى إطلاق 200 كيلو جول من الطاقة ، ولكن 60٪ منها تتبدد على شكل حرارة. تكفي نسبة 40٪ المتبقية من الطاقة لتخليق جزيئين من جزيئي ATP من جزيئي ADP.

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O

في الكائنات الهوائية ، يتبع التحلل السكري (أو التخمير الكحولي) المرحلة الأخيرة من استقلاب الطاقة - الانقسام الكامل للأكسجين ، أو التنفس الخلوي. خلال هذه المرحلة الثالثة ، تتأكسد المواد العضوية المتكونة خلال المرحلة الثانية أثناء الانقسام الناجم عن الأكسجين والتي تحتوي على احتياطيات كبيرة من الطاقة الكيميائية إلى المنتجات النهائية CO2 و H2O. هذه العملية ، مثل تحلل السكر ، هي عملية متعددة المراحل ، ولكنها لا تحدث في السيتوبلازم ، ولكن في الميتوكوندريا. نتيجة للتنفس الخلوي ، أثناء انهيار جزيئين من حمض اللاكتيك ، يتم تصنيع 36 جزيء ATP:

2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 → 6CO2 + 42H2O + 36ATP.

وبالتالي ، يمكن تمثيل التمثيل الغذائي للطاقة الكلية للخلية في حالة انهيار الجلوكوز على النحو التالي:

C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38H3PO4 → 6CO2 + 44H2O + 38ATP.

3. ما هي مراحل التمثيل الغذائي للطاقة؟

إجابه. أنا المرحلة الإعدادية

تنقسم المركبات العضوية المعقدة إلى مركبات بسيطة تحت تأثير الإنزيمات الهاضمة ، بينما يتم إطلاق الطاقة الحرارية فقط.

البروتينات → الأحماض الأمينية

الدهون → الجلسرين والأحماض الدهنية

النشا → الجلوكوز

المرحلة الثانية ، تحلل السكر (خالي من الأكسجين)

يحدث في السيتوبلازم ولا يرتبط بالأغشية. تشارك فيه الإنزيمات. يتم تكسير الجلوكوز. 60٪ من الطاقة تبدد على شكل حرارة ، و 40٪ تستخدم لتخليق ATP. الأكسجين غير متورط.

المرحلة الثالثة ، التنفس الخلوي (الأكسجين)

أجريت في الميتوكوندريا ، المرتبطة بمصفوفة الميتوكوندريا والغشاء الداخلي. تشارك فيه الإنزيمات والأكسجين. يتم تكسير حمض اللاكتيك. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الميتوكوندريا في البيئة. يتم تضمين ذرة الهيدروجين في سلسلة من التفاعلات ، والنتيجة النهائية لها هي تخليق ATP.

إجابه. تتطلب جميع مظاهر الحياة الهوائية إنفاق الطاقة ، والتي يتم تجديدها عن طريق التنفس الخلوي ، وهي عملية معقدة يشارك فيها العديد من أنظمة الإنزيمات.

وفي الوقت نفسه ، يمكن تمثيله كسلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال المتتالية ، حيث يتم فصل الإلكترونات عن جزيء من مادة مغذية ويتم نقلها أولاً إلى المستقبل الأساسي ، ثم إلى الثانوي ، ثم إلى الأخير. في هذه الحالة ، تتراكم طاقة تدفق الإلكترون في روابط كيميائية كبيرة (بشكل أساسي روابط الفوسفات لمصدر الطاقة العالمي - ATP). بالنسبة لمعظم الكائنات الحية ، فإن مستقبل الإلكترون النهائي هو الأكسجين ، والذي يتفاعل مع الإلكترونات وأيونات الهيدروجين لتكوين جزيء ماء. فقط اللاهوائية تستغني عن الأكسجين ، وتغطي احتياجاتها من الطاقة من خلال التخمير. تحتوي اللاهوائية على العديد من البكتيريا والهدبيات وبعض الديدان وأنواع عديدة من الرخويات. تستخدم هذه الكائنات كحول الإيثيل أو البوتيل ، الجلسرين ، وما إلى ذلك كمستقبل نهائي للإلكترون.

إن ميزة الأكسجين ، أي النوع الهوائي من استقلاب الطاقة على اللاهوائية ، واضحة: كمية الطاقة المنبعثة أثناء أكسدة عنصر غذائي بالأكسجين أعلى بعدة مرات مما كانت عليه أثناء أكسدة ، على سبيل المثال ، مع حمض البيروفيك (يحدث مع هذا نوع شائع من التخمر مثل تحلل السكر). وبالتالي ، نظرًا لقوة الأكسدة العالية للأكسجين ، تستخدم الأيروبس العناصر الغذائية المستهلكة بكفاءة أكبر من اللاهوائية. في الوقت نفسه ، لا يمكن أن توجد الكائنات الهوائية إلا في بيئة تحتوي على الأكسجين الجزيئي الحر. خلاف ذلك ، يموتون.