Общая характеристика процессов брожения. Значение процессов превращения углеродсодержащих веществ в круговороте углерода в природе - Биохимическая характеристика процесса брожения

Брожение - окислительно-восстановительный процесс, приводящий к образованию АТФ, котором окислителем и восстановителем служат органические соединения, образующиеся в ходе самого брожения.

При брожении субстрат разлагается до конечных продуктов. соединения подвергающиеся брожению не должны быть сильно окислены и не слишком восстановленными. Чаще всего микроорганизмы используют в качестве субстратов углеводы, некоторые органические кислоты, аминокислоты, пурины и пиримидины. Образование АТФ во время брожения идет путем фосфорилирования на уровне субстрата.

Брожение вызывается облигатными или факультативными анаэробами, и как правило в в строго анаэробных условиях. Брожение является простейшей формой биологического окисления, которое обеспечивает получение энергии в анаэробных условиях.

Известно много типов брожения. Каждый их них дает специфические конечные продукты и свойственен отдельной группе микроорганизмов.

Брожение идет в две стадии:

    1. Кослительная стадия. Превращение глюкозы в пируват - включает разрыв углеродной цепи глюкозы и отщепление двух пар атомов водорода. 2. Восстановительная стадия - атомы водорода используются для восстановления пирувата или образованных их него соединений.

Образование пирувата из углеводов совершается как серия последовательных реакций. Это катаболические реакции, общие для брожения и аэробного дыхания.

У микроорганизмов известно три пути образования пирувата из углеводов:

    1. Путь Эмбдена-Мейерглфа-Парнаса, или гликолиз, присущ облигатным и факультативным анаэробам. 2. Пентозофосфатный, или Варбурга-Диккенса - Хореккера, характерен для многих микроорганизмов, как прокариот, так и для эукариот. 3. Путь Энтнера-Дудорова, найден только у отдельных групп микроорганизмов, в основном анаэробных бактерий.

Углерод - важнейший элемент органической природы. Он является неотъемлемой частью организмов. Зеленые растения ежедневно потребляют колоссальное количество углекислоты. Если бы в природе отсутствовали источники пополнения атмосферы углеродом, то вскоре жизнь полностью бы затихла. Основным источником пополнения атмосферы углекислотой является жизнедеятельность микроорганизмов.

В почву ежегодно попадает большое количество органических веществ в виде остатков растений (пожнивные остатки, корни, навоз, зеленые удобрения и др.), трупов животных и отмерших микроорганизмов. Под влиянием различных групп микроорганизмов эти вещества проходят сложный путь биохимических превращений, достигая, в конце концов, стадии минерализации. Из соединений углерода наиболее легко и быстро подвергаются минерализации простые и низкополимерные углеводы (моно - и дисахариды). Несколько труднее и медленнее разлагаются полисахариды (крахмал, гемицеллюлозы, пектиновые вещества), жиры и воска. Трудно разлагаются микроорганизмами целлюлоза и близкие к ней высокополимерные соединения, например лигнин, который часто накапливается в почве. Большое значение в разложении органических веществ играют условия аэрации. В зависимости от условий среды разложение идет при участии анаэробных или аэробных микроорганизмов. В анаэробных условиях разложение углеводов протекает по типу брожения, в результате которого образуются органические кислоты, спирты и различные газообразные продукты. В зависимости от основного конечного продукта, образующегося в ходе анаэробного разложения, брожения получили соответствующие названия: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и др.

В аэробных условиях распад органических веществ идет более быстро и может завершиться полным окислением с образованием - CO2 и H2O. Но чаще всего окисление бывает не полным, и кроме CO2 и H2O образуются органические кислоты и спирты. Окислятся, могут углеводы, этиловый и др. спирты, кислоты, углеводороды, жиры и другие вещества.

Процессы брожения и окисления органических веществ широко применяются в промышленности для получения ряда ценных продуктов (ацетона, бутанола, глицерина, уксусной, лимонной, глюконовой и др. кислот), в сельском хозяйстве (силосовании, сенажировании, квашение овощей и переработке молока в кисломолочные продукты), для очищения почв и водоемов от загрязнения нефтью и продуктами ее переработки, для разведки месторождений нефти и газа, обработке лубоволокнистых культур и т. д.

Похожие статьи




Общая характеристика процессов брожения. Значение процессов превращения углеродсодержащих веществ в круговороте углерода в природе - Биохимическая характеристика процесса брожения

Предыдущая | Следующая