გლუკოზის დუღილი ერთ-ერთი მთავარი რეაქციაა, რომლითაც შესაძლებელია ალკოჰოლური სასმელების მომზადება. ეს შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა გზით, რომელთაგან თითოეულში იქმნება ინდივიდუალური პროდუქტები. ეს პროცესი გადამწყვეტ როლს თამაშობს ჩვენი ცხოვრების ბევრ სფეროში, დაწყებული სამზარეულოდან და ღვინისა და არყის პროდუქტების დამზადებიდან დაწყებული, ჩვენს ორგანიზმში მიმდინარე რეაქციებამდე.
ისტორია
გლუკოზის და სხვა შაქრების დუღილის პროცესს იყენებდნენ უძველესი ხალხი. ისინი ჭამდნენ ოდნავ ფერმენტირებულ საკვებს. ასეთი საკვები უფრო უსაფრთხო იყო, რადგან ის შეიცავდა ალკოჰოლს, რომელშიც მრავალი მავნე ბაქტერია იღუპებოდა. ძველ ეგვიპტესა და ბაბილონში ხალხმა უკვე იცოდა მრავალი შაქრიანი სასმელის და რძის დუღილი. როდესაც მე-18 საუკუნის ბოლოს ადამიანებმა მოახერხეს ამ პროცესის უკეთ შესწავლა, მისი ტიპები და გაუმჯობესების შესაძლებლობები, ძალიან ხარისხიანად გაიზარდა ისეთი ინდუსტრიები, როგორიცაა კვაზი, ლუდსახარში და ღვინის არაყი..
ფერმენტაციის სახეები
უცნაურად საკმარისია, მაგრამ ეს პროცესი განსხვავებულია. და არსებობს გლუკოზის დუღილის სახეები საბოლოო პროდუქტებით. ამრიგად, არსებობს რძემჟავა, ალკოჰოლი, ლიმონმჟავა, აცეტონი, ბუტირი და რამდენიმე სხვა. მოდით ვისაუბროთ ცოტათი თითოეული ტიპის შესახებცალკე. გლუკოზის რძემჟავა დუღილი არის ძირითადი პროცესი ისეთი პროდუქტების მომზადებისას, როგორიცაა იოგურტი, არაჟანი, კეფირი, ხაჭო. იგი ასევე გამოიყენება ბოსტნეულის შესანარჩუნებლად და ასრულებს ძირითად ფუნქციას ჩვენს ორგანიზმში: ჟანგბადის ნაკლებობის პირობებში გლუკოზა გარდაიქმნება საბოლოო პროდუქტად - რძემჟავა, რომელიც იწვევს კუნთების ტკივილს ვარჯიშის დროს და მის შემდეგ.
ალკოჰოლური დუღილი განსხვავდება იმით, რომ ეთილის სპირტი წარმოიქმნება საბოლოო პროდუქტად. ეს ხდება მიკროორგანიზმების - საფუარის დახმარებით. და ის თამაშობს ძირითად როლს კულინარიაში, რადგან ძირითადი პროდუქტის გარდა, ნახშირორჟანგი გამოიყოფა გლუკოზის ალკოჰოლური დუღილის დროს (ეს ხსნის საფუარის ცომის ბრწყინვალებას).
ლიმონმჟავას დუღილი, როგორც თქვენ ალბათ მიხვდით, ლიმონმჟავას წარმოქმნით ხდება. ის წარმოიქმნება გარკვეული ტიპის სოკოს გავლენის ქვეშ და არის კრებსის ციკლის ნაწილი, რომელიც უზრუნველყოფს ჩვენი ორგანიზმის ყველა უჯრედის სუნთქვას.
აცეტონ-ბუტილის დუღილი ძალიან ჰგავს ბუტირის ფერმენტაციას. შედეგად წარმოიქმნება ბუტირის მჟავა, ბუტილის და ეთილის სპირტები, აცეტონი და ნახშირორჟანგი. ბუტირის დუღილი წარმოქმნის მხოლოდ სახელწოდების მჟავას და ნახშირორჟანგს.
ახლა უფრო დეტალურად განვიხილავთ ყველა სახეობას, მაგრამ დავიწყოთ ყველაზე ძირითადი - გლუკოზის ალკოჰოლური დუღილით. ყველა რეაქცია და მათი მიმდინარეობის ნიუანსი დეტალურად იქნება გაანალიზებული.
ალკოჰოლის დუღილი
მოდით ცოტა მეტი გითხრათ გლუკოზის დუღილის შესახებ, რომლის განტოლებაა:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. რა შეიძლება ვისწავლოთ ამ რეაქციისგან? ჩვენ გვაქვს ორი პროდუქტი: ეთილის სპირტი და ნახშირორჟანგი. ამ უკანასკნელის გამო ვაკვირდებით საფუარის ცომის შეშუპებას. და პირველიდან გამომდინარე, გვაქვს შესაძლებლობა მივიღოთ ღვინისა და ღვინის სასმელების დაუვიწყარი გემო. მაგრამ სინამდვილეში, ეს მხოლოდ გამარტივებული განტოლებაა. გლუკოზის სრული დუღილის რეაქცია უფრო რთულია, ასე რომ, მოდით ცოტათი დავშალოთ იგი.
არსებობს ისეთი პროცესი, როგორიცაა გლიკოლიზი. სიტყვასიტყვით, მისი სახელი ითარგმნება როგორც "შაქრის გაყოფა". ის ორგანიზმში ჩნდება და მისი ქვეპროდუქტია პირუვინის მჟავა, მთავარი კი არის ადენოზინტრიფოსფატი (ATP), რომელიც წარმოიქმნება ამ რეაქციის დროს სხვა ნაერთებისგან. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ატფ არის ენერგიის გადამზიდავი ორგანიზმში და ფაქტობრივად, გლიკოლიზი ემსახურება ჩვენი ორგანიზმის ენერგიით უზრუნველყოფას.
ჩვენ შევეხეთ ამ პროცესს მიზეზის გამო. სინამდვილეში, დუღილი ძალიან ჰგავს გლიკოლიზს, რადგან პირველი ეტაპი მათთვის ზუსტად იგივეა. შეიძლება ითქვას, რომ გლუკოზის ალკოჰოლური დუღილი გლიკოლიზის გაგრძელებაა. ამ უკანასკნელის დროს წარმოქმნილი პირუვატი (პირუვინის მჟავას იონი) გარდაიქმნება აცეტალდეჰიდად (CH3-C(O)H) ნახშირორჟანგის გამოყოფით, როგორც ქვეპროდუქტი. ამის შემდეგ მიღებული პროდუქტი მცირდება ბაქტერიაში შემავალი NADH კოენზიმით. შემცირება იწვევს ეთილის სპირტის წარმოქმნას.
ამგვარად, გლუკოზის დუღილის რეაქცია ეთილის სპირტზე ასე გამოიყურება:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH ემსახურება რეაქციის კატალიზატორს, ხოლო NAD იონი+თამაშობს მთავარ როლს გლიკოლიზის ადრეულ ეტაპზე და, რომელიც წარმოიქმნება ალკოჰოლური დუღილის ბოლოს, უბრუნდება პროცესს.
მოდით გადავიდეთ შესწავლილ რეაქციის შემდეგ ტიპზე.
გლუკოზის რძემჟავა ფერმენტაცია
ეს სახეობა ალკოჰოლისგან იმით განსხვავდება, რომ ის წარმოიქმნება არა საფუარის გავლენის ქვეშ, არამედ რძემჟავა ბაქტერიების დახმარებით. აქედან გამომდინარე, ჩვენ გვაქვს სრულიად განსხვავებული პროდუქტები. რძემჟავა დუღილი ასევე ხდება ჩვენს კუნთებში, როდესაც ჩვენ ვმუშაობთ და ჟანგბადი აკლიათ.
ამ პროცესის ორი ტიპი არსებობს. პირველი არის ჰომოფერმენტული დუღილი. თუ ოდესმე გსმენიათ პრეფიქსი „ჰომო“, მაშინ ალბათ გესმით, რას ნიშნავს. ჰომოფერმენტული დუღილი არის პროცესი, რომელიც მოიცავს ერთ ფერმენტს. პირველ ეტაპზე ხდება გლიკოლიზი და წარმოიქმნება პირუვინის მჟავა. შემდეგ მიღებული პირუვატი (ხსნარში ეს მჟავა შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ იონების სახით) ექვემდებარება ჰიდროგენიზაციას NADH+H და ლაქტატდეჰიდროგენაზას გამოყენებით. შედეგად, შემცირების პროდუქტია რძემჟავა, რომელიც შეადგენს რეაქციის დროს მიღებული ყველა პროდუქტის დაახლოებით 90%-ს. ეს ნაერთი, თუმცა, ასევე შეიძლება ჩამოყალიბდეს ორი სახითსხვადასხვა იზომერები: D და L. ეს ტიპები განსხვავდება იმით, რომ ისინი ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებაა და, შედეგად, გავლენას ახდენს ჩვენს სხეულზე სხვადასხვა გზით. რომელი იზომერი წარმოიქმნება უფრო მეტად, განსაზღვრავს ლაქტატდეჰიდროგენაზას სტრუქტურას.
გადავიდეთ რძემჟავა დუღილის მეორე ტიპზე - ჰეტეროფერმენტაციულზე. ეს პროცესი მოიცავს რამდენიმე ფერმენტს და მიჰყვება უფრო რთულ გზას. ამის გამო რეაქციის დროს წარმოიქმნება უფრო განსხვავებული პროდუქტები: რძემჟავას გარდა, იქ გვხვდება ძმარმჟავა და ეთილის სპირტი.
ასე რომ, ჩვენ განვიხილეთ რძემჟავა დუღილი. ეს ის პროცესია, რომლითაც შეგვიძლია დავტკბეთ ხაჭოს, ხაჭოს, ფერმენტირებული გამომცხვარი რძის და კეფირის გემოთი. მოდით შევაჯამოთ და დავწეროთ გლუკოზის რძემჟავა დუღილის ზოგადი რეაქცია: C6H12O6=2 C 3H6O3. რა თქმა უნდა, ეს არის ჰომოფერმენტული დუღილის პროცესის გამარტივებული დიაგრამა, რადგან ჰეტეროფერმენტაციის პროცესის დიაგრამაც კი ძალიან რთული იქნება. ქიმიკოსები ჯერ კიდევ სწავლობენ გლუკოზის ლაქტურ ფერმენტაციას და ხსნიან მის სრულ მექანიზმებს, ასე რომ, ჯერ კიდევ არსებობს გაუმჯობესების ადგილი.
ლიმონმჟავას დუღილი
ამ ტიპის დუღილის რეაქციები წარმოიქმნება, როგორც ალკოჰოლთან ერთად, გარკვეული ჯიშის სოკოს მოქმედების ქვეშ. ამ რეაქციის სრული მექანიზმი ჯერ კიდევ ბოლომდე არ არის გასაგები და ჩვენ შეგვიძლია მხოლოდ რამდენიმე გამარტივებაზე დაყრდნობა. თუმცა, არსებობს ვარაუდები, რომ პროცესის საწყისი ეტაპი არის გლიკოლიზი. შემდეგ პირუვინის მჟავა გარდაიქმნებაგადაიქცევა სხვადასხვა მჟავებად და მოდის ლიმონში. ამ მექანიზმის გამო რეაქციის გარემოში გროვდება სხვა მჟავები - გლუკოზის არასრული დაჟანგვის პროდუქტები.
ეს პროცესი ხდება ჟანგბადის გავლენის ქვეშ და ზოგადად შეიძლება დაიწეროს შემდეგი განტოლებით: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. ამ ტიპის დუღილის აღმოჩენამდე ადამიანები ლიმონმჟავას ექსკლუზიურად შესაბამისი ხის ნაყოფის დაჭერით იღებდნენ. თუმცა ეს მჟავა ლიმონში 15%-ზე მეტი არ არის, ამიტომ ეს მეთოდი არაპრაქტიკული აღმოჩნდა და ამ რეაქციის აღმოჩენის შემდეგ მთელი მჟავის მიღება დაიწყო დუღილით.
ბუტირული დუღილი
მოდით გადავიდეთ შემდეგ ტიპზე. ამ ტიპის დუღილი ხდება ბუტირის მჟავას ბაქტერიების მოქმედებით. ისინი ფართოდ არის გავრცელებული და მათ მიერ გამოწვეული პროცესი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ბიოლოგიურად მნიშვნელოვან ციკლებში. ამ ბაქტერიების დახმარებით ხდება მკვდარი ორგანიზმების დაშლა. რეაქციის დროს წარმოქმნილი ბუტირის მჟავა თავისი სუნით იზიდავს მცველებს.
ამ ტიპის დუღილი გამოიყენება ინდუსტრიაში. როგორც თქვენ ალბათ მიხვდებით, ისინი იღებენ ბუტირის მჟავას. მისი ეთერები ფართოდ გამოიყენება პარფიუმერიაში და აქვს სასიამოვნო სუნი, განსხვავებით თავად. თუმცა, ბუტირის დუღილი ყოველთვის არ არის სასარგებლო. მას შეუძლია გააფუჭოს ბოსტნეული, დაკონსერვებული საკვები, რძე და სხვა პროდუქტები. მაგრამ ეს შეიძლება მოხდეს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ პროდუქტში შევიდა ბუტირიუმის მჟავა ბაქტერია.
მოდი გავაანალიზოთ ბუტირის მექანიზმიგლუკოზის დუღილი. მისი რეაქცია ასე გამოიყურება: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . შედეგად წარმოიქმნება ენერგიაც, რომელიც უზრუნველყოფს ბუტირის ბაქტერიების სასიცოცხლო აქტივობას.
აცეტონ-ბუტილის დუღილი
ეს ტიპი ძალიან ჰგავს ბუტირის. არა მხოლოდ გლუკოზას, არამედ გლიცეროლს და პირუვინის მჟავას შეუძლია ამ გზით დუღილი. ეს პროცესი შეიძლება დაიყოს ორ ეტაპად: პირველი (ზოგჯერ მჟავესაც უწოდებენ) სინამდვილეში ბუტირული დუღილია. თუმცა, გარდა ბუტირის მჟავისა, გამოიყოფა ძმარმჟავაც. ამ გზით გლუკოზის დუღილის შედეგად ვიღებთ პროდუქტებს, რომლებიც გადადიან მეორე ეტაპზე (აცეტონობუტილი). ვინაიდან მთელი ეს პროცესი ასევე მიმდინარეობს ბაქტერიების მოქმედებით, როდესაც გარემო მჟავდება (მჟავების კონცენტრაციის მატება), ბაქტერიების მიერ გამოიყოფა სპეციალური ფერმენტები. ისინი იწვევენ გლუკოზის დუღილის პროდუქტების გარდაქმნას n-ბუტანოლად (ბუტილის სპირტი) და აცეტონად. გარდა ამისა, შეიძლება წარმოიქმნას გარკვეული ეთანოლი.
სხვა სახის დუღილი
ამ პროცესის ჩამოთვლილი ხუთი ტიპის გარდა, კიდევ რამდენიმეა. მაგალითად, ეს არის ძმარმჟავას დუღილი. ის ასევე ხდება მრავალი ბაქტერიის მოქმედებით. ამ ტიპის დუღილი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სასარგებლო მიზნებისთვის მწნილის დროს. ის იცავს საკვებს პათოგენური და საშიში ბაქტერიებისგან. ასევე არსებობს ტუტე ან მეთანის დუღილი. წინა ტიპებისგან განსხვავებით, ეს ტიპიდუღილი შეიძლება განხორციელდეს ორგანული ნაერთების უმეტესობისთვის. დიდი რაოდენობით რთული რეაქციების შედეგად ორგანული ნივთიერებები იყოფა მეთანად, წყალბადად და ნახშირორჟანგად.
ბიოლოგიური როლი
ფერმენტაცია არის ცოცხალი ორგანიზმების მიერ ენერგიის მიღების უძველესი გზა. ზოგიერთი არსება აწარმოებს ორგანულ ნივთიერებებს, რომლებიც იღებენ ენერგიას გზაზე, ზოგი კი ანადგურებს ამ ნივთიერებებს და ასევე იღებს ენერგიას. მთელი ჩვენი ცხოვრება ამაზეა აგებული. და თითოეულ ჩვენგანში დუღილი ამა თუ იმ ფორმით ხდება. როგორც ზემოთ ვთქვით, რძემჟავა დუღილი ხდება კუნთებში ინტენსიური ვარჯიშის დროს.
კიდევ რა წაიკითხოთ?
თუ გაინტერესებთ ამ ძალიან საინტერესო პროცესის ბიოქიმია, უნდა დაიწყოთ ქიმიისა და ბიოლოგიის სასკოლო სახელმძღვანელოებით. ბევრი საუნივერსიტეტო სახელმძღვანელო იმდენად დეტალურია, რომ მათი წაკითხვის შემდეგ შეგიძლიათ გახდეთ მხოლოდ ექსპერტი ამ სფეროში.
დასკვნა
აქ მივედით დასასრულამდე. ჩვენ გავაანალიზეთ გლუკოზის დუღილის ყველა სახეობა და ამ პროცესების ზოგადი პრინციპები, რომლებიც ძალიან მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ როგორც ცოცხალი ორგანიზმების ფუნქციონირებაში, ასევე ჩვენს ინდუსტრიაში. შესაძლოა, მომავალში აღმოვაჩინოთ ამ უძველესი პროცესის კიდევ რამდენიმე სახეობა და ვისწავლოთ როგორ გამოვიყენოთ ისინი ჩვენს სასარგებლოდ, როგორც ეს ჩვენთვის უკვე ცნობილს გავაკეთეთ.
