MILCHSÄUREGÄRUNG: SCHRITT FÜR SCHRITT UND BEISPIELE - BIOLOGIE - 2024

Die Milchsäuregärung , auch als Milchsäurefermentation bekannt, ist der Prozess der ATP-Synthese in Abwesenheit von Sauerstoff, der einige Mikroorganismen ausführt, einschließlich einer Art von Bakterien, die als "Milchsäurebakterien" bezeichnet werden und mit der Säureausscheidung enden Milch.

Es wird als eine Art anaerobe "Atmung" angesehen und wird auch von einigen Muskelzellen bei Säugetieren durchgeführt, wenn sie hart und mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, was größer ist als die Sauerstofftransportkapazität des Lungen- und Herz-Kreislaufsystems.

Milchsäuregärungsschema (Quelle: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) über Wikimedia Commons und modifiziert von Raquel Parada Puig)

Der Begriff "Fermentation" bezieht sich allgemein auf die Gewinnung von Energie (in Form von ATP) in Abwesenheit von Sauerstoff, dh bei Anaerobiose, und die Milchsäuregärung bezieht sich auf die Synthese von ATP und die Ausscheidung von Säure. Milchsäure bei Anaerobiose als Produkte des Glukosestoffwechsels.

Gleichung der Milchsäureproduktion aus Glucose.

Milchsäurebakterien

Der Mensch nutzt seit langem die Vorteile der Milchfermentation für die Herstellung und Konservierung von Lebensmitteln, und ohne Zweifel sind Milchsäurebakterien eine grundlegende Säule für diesen Zweck.

Diese gehören zu einer ziemlich heterogenen Gruppe von Bakterien, die normalerweise die Form von Kokken und Bazillen haben; Sie sind grampositive, nicht Katalase produzierende, nicht sporulierende, unbewegliche und anaerobe Bakterien, die Milchsäure aus Pyruvat synthetisieren können, das auf dem glykolytischen Weg gebildet wird.

Sie gehören verschiedenen Gattungen an, darunter Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus und Lactobacillus, in denen es homofermentative und heterofermentative Arten gibt.

Homofermentative Milchsäurebakterien produzieren für jedes verbrauchte Glucosemolekül zwei Milchsäuremoleküle; Heterofermentative Milchsäurebakterien produzieren dagegen beispielsweise ein Molekül Milchsäure und ein anderes Molekül Kohlendioxid oder Ethanol.

Milchfermentationsprozess (Schritt für Schritt)

Die Milchsäuregärung beginnt mit einer Zelle (Bakterien oder Muskeln), die Glukose oder verwandten Zucker oder Kohlenhydrate verbraucht. Dieser "Verbrauch" erfolgt durch Glykolyse.

- Glykolytischer Weg

ATP-Investition

Zunächst werden 2 ATP für jedes verbrauchte Glucosemolekül investiert, da dieses durch das Hexokinaseenzym phosphoryliert wird, um Glucose-6-phosphat zu ergeben, das zu Fructose-6-phosphat (Glucose-6-P-Isomerase-Enzym) isomerisiert und zu Fructose 1 zurück phosphoryliert wird 6-Bisphosphat (Phosphofructokinase-Enzym).

Später wird das Fructose-1,6-bisphosphat in zwei Hälften "geschnitten", um zwei Triosephosphate freizusetzen, die als Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat bekannt sind, eine Reaktion, die durch ein Aldolaseenzym katalysiert wird.

Diese beiden phosphorylierten 3-Kohlenstoff-Zucker sind durch ein Enzym Triose-Phosphat-Isomerase miteinander umwandelbar, so dass angenommen wird, dass bis zu diesem Punkt jedes verbrauchte Glucosemolekül in zwei Glycerinaldehyd-3-phosphat-Moleküle umgewandelt wird, zu denen phosphoryliert wird 1,3-Bisphosphoglycerat.

Die obige Reaktion wird durch ein Enzym namens Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH) katalysiert, das das Vorhandensein der "Reduktionskraft" des Cofaktors NAD + erfordert, ohne die es nicht funktionieren kann.

ATP-Produktion

Zu diesem Zeitpunkt auf dem Weg wurden 2 ATP für jedes Glucosemolekül verbraucht, aber diese beiden Moleküle werden durch die durch das Enzym Phosphoglyceratkinase katalysierte Reaktion "ersetzt", durch die jedes 1,3-Bisphosphoglycerat in 3-Phosphoglycerat umgewandelt wird. und 2ATP werden synthetisiert.

Jedes 3-Phosphoglycerat wird durch ein Enzym Phosphoglycerat-Mutase in 2-Phosphoglycerat umgewandelt und dieses dient wiederum als Substrat für das Enzym Enolase, das es dehydratisiert und in Phosphoenolpyruvat umwandelt.

Mit jedem verbrauchten Glucosemolekül werden 2 Pyruvatmoleküle und 2 ATP-Moleküle produziert, da Phosphoenolpyruvat ein Substrat für das Enzym Pyruvatkinase ist, das den Transfer einer Phosphorylgruppe von Phosphoenolpyruvat zu einem ADP-Molekül katalysiert und ATP produziert .

- Milchsäuregärung und Regeneration von NAD +

Pyruvat, ein 3-Kohlenstoff-Molekül, wird durch eine Reduktionsreaktion, die ein Molekül NADH für jedes Pyruvat-Molekül verbraucht, in Milchsäure, ein weiteres 3-Kohlenstoff-Molekül, umgewandelt, wodurch das "invertierte" NAD + in der glykolytischen Reaktion regeneriert wird. katalysiert durch GAPDH.

Der Ersatz der verwendeten NAD + -Moleküle führt nicht zu einer zusätzlichen Produktion von ATP-Molekülen, sondern ermöglicht es dem glykolytischen Zyklus, sich zu wiederholen (solange Kohlenhydrate verfügbar sind), und für jede verbrauchte Glukose werden 2 ATP produziert.

Die Reaktion wird durch ein Enzym namens Lactatdehydrogenase katalysiert und läuft ungefähr so ​​ab:

2C3H3O3 (Pyruvat) + 2 NADH → 2C3H6O3 (Milchsäure) + 2 NAD +

Beispiele für Prozesse, bei denen Milchsäuregärung auftritt

- In Muskelzellen

Die Milchsäuregärung in Muskelzellen ist nach einem Training nach mehreren Tagen Inaktivität häufig. Dies ist offensichtlich, weil Muskelermüdung und Schmerzen des Athleten mit dem Vorhandensein von Milchsäure in den Zellen verbunden sind.

Bild von 5132824 unter www.pixabay.com

Wenn Muskelzellen trainieren und die Sauerstoffspeicher aufgebraucht sind (das Herz-Kreislauf- und Atmungssystem kann den notwendigen Sauerstofftransport nicht bewältigen), beginnen sie zu fermentieren (ohne Sauerstoff zu atmen) und setzen Milchsäure frei, die sich ansammeln kann.

- Lebensmittel

Die Milchsäuregärung durch verschiedene Arten von Bakterien und Pilzen wird vom Menschen weltweit zur Herstellung verschiedener Arten von Lebensmitteln verwendet.

Dieser Stoffwechsel, durch den verschiedene Mikroorganismen charakterisiert werden, ist für die wirtschaftliche Konservierung und Produktion großer Mengen von Lebensmitteln wesentlich, da der von ihnen erreichte saure pH-Wert im Allgemeinen das Wachstum anderer potenziell schädlicher oder pathogener Mikroorganismen hemmt.

Diese Lebensmittel umfassen unter anderem Joghurt, Sauerkraut (fermentierter Kohl), Gurken, Oliven, verschiedene eingelegte Gemüsesorten, verschiedene Käsesorten und fermentierte Milch, Kefirwasser, einige fermentierte Fleisch- und Getreidearten.

Der Joghurt

Joghurt ist ein fermentiertes Produkt aus Milch und wird dank der Fermentation dieser Flüssigkeit tierischen Ursprungs durch eine Art Milchsäurebakterien hergestellt, im Allgemeinen der Arten Lactobacillus bulgaricus oder Lactobacillus acidophilus.

Joghurt (Bild von kamila211 auf www.pixabay.com)

Diese Mikroorganismen wandeln den in Milch enthaltenen Zucker (einschließlich Laktose) in Milchsäure um, sodass der pH-Wert in dieser Flüssigkeit abnimmt (sauer wird), wodurch ihr Geschmack und ihre Textur verändert werden. Die festere oder flüssige Textur verschiedener Joghurtsorten hängt von zwei Dingen ab:

1. Aus der gleichzeitigen Produktion von Exopolysacchariden durch fermentative Bakterien, die als Verdickungsmittel wirken
2. Aus der Koagulation, die sich aus der Neutralisierung negativer Ladungen auf Milchproteinen als Folge der durch die Produktion von Milchsäure erzeugten Änderung des pH-Werts ergibt, wodurch diese vollständig unlöslich werden

Fermentiertes Gemüse

In dieser Gruppe finden wir Produkte wie in Salzlake konservierte Oliven. Ebenfalls enthalten sind Zubereitungen auf Kohlbasis wie Sauerkraut oder koreanisches Kimchi sowie eingelegte Essiggurken und mexikanischer Jalapeno.

Fermentiertes Fleisch

Würste wie Chorizo, Fuet, Salami und Sopressatta sind in dieser Kategorie enthalten. Produkte, die sich neben ihrer hohen Konservierungskapazität durch ihre besonderen Aromen auszeichnen.

Fermentierter Fisch und Schalentiere

Es umfasst verschiedene Arten von Fisch und Schalentieren, die normalerweise gemischt mit Nudeln oder Reis fermentiert werden, wie dies bei Pla raa in Thailand der Fall ist.

Fermentierte Hülsenfrüchte

Die Milchgärung von Hülsenfrüchten ist in einigen asiatischen Ländern eine traditionelle Praxis. Miso zum Beispiel ist eine Paste aus fermentierten Sojabohnen.

Fermentierte Samen

In der traditionellen afrikanischen Küche gibt es eine Vielzahl von Produkten aus fermentierten Samen wie Sumbala oder Kenkei. Diese Produkte enthalten einige Gewürze und sogar Joghurt aus Getreide.

Verweise

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