1. Môže foto- a chemosyntetické organizmy získať energiu z organická oxidácia? Samozrejme, že môžu. Rastliny a chemosyntetiká sa vyznačujú oxidáciou, pretože potrebujú energiu! Autotrofy však oxidujú tie látky, ktoré sami syntetizovali.

2. Prečo aeróbne organizmy kyslík? Aká je úloha biologickej oxidácie? Kyslík je konečný akceptor elektrónov ktoré pochádzajú z vyšších energetických hladín oxidovateľných látok. Počas tohto procesu elektróny uvoľňujú značné množstvo energie, a práve v tomto je úloha oxidácie! Oxidácia je strata elektrónov alebo atómu vodíka, redukcia je ich pridanie.

3. Aký je rozdiel medzi spaľovaním a biologickou oxidáciou? V dôsledku spaľovania sa všetka energia úplne uvoľní vo forme teplo. Ale s oxidáciou je všetko komplikovanejšie: iba 45 percent energie sa uvoľňuje aj vo forme tepla a vynakladá sa na udržanie normálnej telesnej teploty. Ale 55 percent - vo forme energie ATP a iné biologické batérie. Preto väčšina energie stále ide na tvorbu vysokoenergetické spojenia.

Etapy energetického metabolizmu

1. Prípravná fáza charakterizovaný štiepenie polymérov na monoméry(polysacharidy sa menia na glukózu, bielkoviny na aminokyseliny), tuky na glycerol a mastné kyseliny. V tejto fáze sa uvoľňuje určité množstvo energie vo forme tepla. Proces prebieha v bunke lyzozómy, na úrovni organizmu - in zažívacie ústrojenstvo. To je dôvod, prečo po začatí procesu trávenia stúpa telesná teplota.

2. glykolýza, alebo anoxické štádium- dochádza k neúplnej oxidácii glukózy.

3. kyslíkové štádium- konečný rozklad glukózy.

glykolýza

1. glykolýza prebieha v cytoplazme. Glukóza C 6 H 12 O 6 štiepi sa na PVC (kyselina pyrohroznová) C 3 H 4 O 3 - na dve trojuhlíkové molekuly PVC. Je tu zahrnutých 9 rôznych enzýmov.

1) Súčasne dve molekuly PVC majú o 4 atómy vodíka menej ako glukóza C 6 H 12 O 6, C 3 H 4 O 3 - PVC (2 molekuly - C 6 H 8 O 6).

2) Kde sa minú 4 atómy vodíka? Vďaka 2 atómom 2 atómy NAD+ sa redukujú na dva NADH. Vďaka ďalším 2 atómom vodíka sa PVC môže zmeniť na kyselina mliečna C 3 H 6 O 3 .

3) A vďaka energii elektrónov prenesenej z vysokých energetických hladín glukózy na nižšiu hladinu NAD+, 2 molekuly ATP z ADP a kyseliny fosforečnej.

4) Časť energie sa premrhá vo forme teplo.

2. Ak v bunke nie je kyslík, alebo je ho málo, tak sa vďaka dvom NADH obnovia 2 molekuly PVC. kyselina mliečna: 2C3H403 + 2NADH + 2H + \u003d 2C3H603 (kyselina mliečna) + 2HAD +. Prítomnosť kyseliny mliečnej spôsobuje bolesť svalov pri cvičení a nedostatok kyslíka. Po aktívnej záťaži sa kyselina dostane do pečene, kde sa z nej odštiepi vodík, čiže sa premení späť na PVC. Tento PVC sa môže dostať do mitochondrií, kde dôjde k úplnému rozkladu a tvorbe ATP. Časť ATP sa tiež používa na premenu väčšiny PVC späť na glukózu reverznou glykolýzou. Glukóza v krvi pôjde do svalov a uloží sa ako glykogén.

3. V dôsledku toho anoxická oxidácia glukózy je vytvorený celkom 2 molekuly ATP.

4. Ak bunka už má, alebo do nej začína vstupovať kyslík, PVC už nemôže byť obnovené na kyselinu mliečnu, ale je poslané do mitochondrií, kde je úplne oxidácia na CO 2 aH 2 O.

Fermentácia

1. Fermentácia- ide o anaeróbny (bezkyslíkový) metabolický rozklad molekúl rôznych živín, napríklad glukózy.

2. Alkoholová, mliečna, maslová, octová fermentácia prebieha za anaeróbnych podmienok v cytoplazme. V podstate ako proces fermentácie zodpovedá glykolýze.

3. Alkoholové kvasenie je špecifické pre kvasinky, niektoré huby, rastliny, baktérie, ktoré v anoxických podmienkach prechádzajú na kvasenie.

4. Na vyriešenie problémov je dôležité vedieť, že v každom prípade sa počas fermentácie uvoľňuje glukóza z glukózy 2 ATP, alkohol alebo kyseliny- olej, ocot, mlieko. Pri alkoholovej (a maslovej) fermentácii sa z glukózy uvoľňuje nielen alkohol, ATP, ale aj oxid uhličitý.

Kyslíkové štádium energetického metabolizmu zahŕňa dve etapy.

1. Cyklus trikarboxylových kyselín (Krebsov cyklus).

2. Oxidačná fosforylácia.

výmena energie(katabolizmus, disimilácia) - súbor reakcií štiepenia organických látok, sprevádzaných uvoľňovaním energie. Energia uvoľnená pri rozklade organických látok nie je bunkou okamžite využitá, ale je uložená vo forme ATP a iných vysokoenergetických zlúčenín. ATP je univerzálnym zdrojom energie bunky. K syntéze ATP dochádza v bunkách všetkých organizmov v procese fosforylácie - pridaním anorganického fosfátu k ADP.

o aeróbne organizmy (žijúce v kyslíkovom prostredí) rozlišujú tri štádiá energetického metabolizmu: prípravná, bezkyslíková oxidácia a oxidácia kyslíkom; pri anaeróbne organizmy (žijúce v bezkyslíkatom prostredí) a aeróbne organizmy s nedostatkom kyslíka - dve etapy: prípravná, bezkyslíková oxidácia.

Prípravná fáza

Spočíva v enzymatickom rozklade zložitých organických látok na jednoduché: molekuly bielkovín - na aminokyseliny, tuky - na glycerol a karboxylové kyseliny, sacharidy - na glukózu, nukleové kyseliny - na nukleotidy. Rozklad vysokomolekulárnych organických zlúčenín sa uskutočňuje buď enzýmami gastrointestinálneho traktu alebo enzýmami lyzozómov. Všetka uvoľnená energia sa rozptýli vo forme tepla. Výsledné malé organické molekuly môžu byť použité ako "stavebný materiál" alebo môžu byť ďalej rozložené.

Anoxická oxidácia alebo glykolýza

Toto štádium spočíva v ďalšom štiepení organických látok vzniknutých počas prípravného štádia, prebieha v cytoplazme bunky a nepotrebuje prítomnosť kyslíka. Hlavným zdrojom energie v bunke je glukóza. Proces neúplného rozkladu glukózy bez kyslíka - glykolýza.

Strata elektrónov sa nazýva oxidácia, získavanie sa nazýva redukcia, kým donor elektrónu je oxidovaný, akceptor je redukovaný.

Treba poznamenať, že biologická oxidácia v bunkách môže nastať za účasti kyslíka:

A + O 2 → AO 2,

a bez jeho účasti v dôsledku prenosu atómov vodíka z jednej látky na druhú. Napríklad látka „A“ sa oxiduje na úkor látky „B“:

AN 2 + B → A + BH 2

alebo v dôsledku prenosu elektrónov sa napríklad železné železo oxiduje na trojmocné:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

Glykolýza je komplexný viacstupňový proces, ktorý zahŕňa desať reakcií. Počas tohto procesu dochádza k dehydrogenácii glukózy, koenzým NAD + (nikotínamid adenín dinukleotid) slúži ako akceptor vodíka. V dôsledku reťazca enzymatických reakcií sa glukóza premieňa na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej (PVA), pričom vznikajú celkom 2 molekuly ATP a redukovaná forma nosiča vodíka NAD H 2:

C6H1206 + 2ADP + 2H3RO4 + 2NAD + → 2C3H403 + 2ATP + 2H20 + 2NAD H2.

Ďalší osud PVC závisí od prítomnosti kyslíka v bunke. Ak nie je prítomný kyslík, kvasnice a rastliny prechádzajú alkoholovou fermentáciou, pri ktorej sa najskôr vytvorí acetaldehyd a potom etylalkohol:

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

U zvierat a niektorých baktérií pri nedostatku kyslíka dochádza k fermentácii kyseliny mliečnej s tvorbou kyseliny mliečnej:

C3H403 + NAD H2 → C3H603 + NAD +.

V dôsledku glykolýzy jednej molekuly glukózy sa uvoľní 200 kJ, z toho 120 kJ sa rozptýli vo forme tepla a 80 % sa uloží do väzieb ATP.

Oxidácia kyslíka alebo dýchanie

Spočíva v úplnom rozklade kyseliny pyrohroznovej, vyskytuje sa v mitochondriách a s povinnou prítomnosťou kyslíka.

Kyselina pyrohroznová je transportovaná do mitochondrií (štruktúra a funkcie mitochondrií - prednáška č. 7). Tu prebieha dehydrogenácia (eliminácia vodíka) a dekarboxylácia (eliminácia oxidu uhličitého) PVC za vzniku dvojuhlíkovej acetylovej skupiny, ktorá vstupuje do cyklu reakcií nazývaného Krebsov cyklus. Existuje ďalšia oxidácia spojená s dehydrogenáciou a dekarboxyláciou. Výsledkom je, že za každú zničenú molekulu PVC sa z mitochondrií odstránia tri molekuly CO2; vzniká päť párov vodíkových atómov spojených s nosičmi (4NAD H 2, FAD H 2), ako aj jedna molekula ATP.

Celková reakcia glykolýzy a deštrukcie PVC v mitochondriách na vodík a oxid uhličitý je nasledovná:

C6H1206 + 6H20 -> 6C02 + 4ATP + 12H 2.

Dve molekuly ATP sa tvoria v dôsledku glykolýzy, dve - v Krebsovom cykle; dva páry atómov vodíka (2NADHH2) vznikli v dôsledku glykolýzy, desať párov - v Krebsovom cykle.

Posledným krokom je oxidácia vodíkových párov za účasti kyslíka na vodu so súčasnou fosforyláciou ADP na ATP. Vodík sa prenáša na tri veľké enzýmové komplexy (flavoproteíny, koenzýmy Q, cytochrómy) dýchacieho reťazca umiestneného vo vnútornej membráne mitochondrií. Elektróny sa odoberajú z vodíka, ktoré sa nakoniec kombinujú s kyslíkom v mitochondriálnej matrici:

O 2 + e - → O 2 -.

Protóny sa pumpujú do medzimembránového priestoru mitochondrií, do „zásobníka protónov“. Vnútorná membrána je nepriepustná pre vodíkové ióny, na jednej strane je nabitá negatívne (v dôsledku O 2 -), na druhej strane - pozitívne (v dôsledku H +). Keď potenciálny rozdiel na vnútornej membráne dosiahne 200 mV, protóny prejdú kanálom enzýmu ATP syntetázy, vytvorí sa ATP a cytochróm oxidáza katalyzuje redukciu kyslíka na vodu. Takže v dôsledku oxidácie dvanástich párov atómov vodíka sa vytvorí 34 molekúl ATP.

Primárnym zdrojom energie pre organizmy je slnko. Svetelné kvantá sú absorbované chlorofylom obsiahnutým v chloroplastoch buniek zelených rastlín a akumulujú sa vo forme energie chemických väzieb organických látok - produktov fotosyntézy. Heterotrofné bunky rastlín a živočíchov prijímajú energiu z rôznych organických látok (sacharidy, tuky a bielkoviny), ktoré syntetizujú autotrofné bunky. Živé bytosti, ktoré dokážu využívať svetelnú energiu, sa nazývajú fototrofy, a energia chemických väzieb - chemotrofy.

Proces spotrebovávania energie a hmoty je tzv jedlo. Existujú dva typy výživy: holozoikum - zachytením čiastočiek potravy vo vnútri tela a holofytický - bez zachytávania, cez vstrebávanie rozpustených živín cez povrchové štruktúry tela. Živiny, ktoré vstupujú do tela, sa podieľajú na metabolických procesoch. Dýchanie možno nazvať proces, pri ktorom oxidácia organických látok vedie k uvoľneniu energie. V bunkách dochádza k vnútornému, tkanivovému alebo intracelulárnemu dýchaniu. Väčšina organizmov je charakterizovaná aeróbne dýchanie, ktorý vyžaduje kyslík (obr. 8.4). o anaeróby,žijúci v prostredí zbavenom kyslíka (baktérie), príp aeróby pri jeho nedostatku postupuje disimilácia podľa druhu fermentácia(anaeróbne dýchanie). Hlavnými látkami, ktoré sa rozkladajú pri dýchaní, sú sacharidy - rezerva prvého rádu. Lipidy predstavujú rezervu druhého rádu a až pri vyčerpaní zásob sacharidov a lipidov sa na dýchanie využívajú bielkoviny – rezerva tretieho rádu. V procese dýchania sa elektróny prenášajú cez systém vzájomne prepojených nosných molekúl: strata elektrónov molekulou je tzv. oxidácia, pripojenie elektrónov na molekulu (akceptor) - zotavenie, uvoľnená energia je v tomto prípade uložená v makroergických väzbách molekuly ATP. Jedným z najbežnejších akceptorov v biosystémoch je kyslík. Energia sa uvoľňuje v malých častiach, hlavne v reťazci prenosu elektrónov.

výmena energie, alebo disimilácia, je súbor reakcií štiepenia organických látok, sprevádzaných uvoľňovaním energie. V závislosti od biotopu môže byť jeden proces energetického metabolizmu podmienene rozdelený do niekoľkých po sebe nasledujúcich etáp. Vo väčšine živých organizmov - aeróbov žijúcich v kyslíkovom prostredí sa pri disimilácii uskutočňujú tri stupne: prípravná, bezkyslíková a kyslíková, počas ktorých sa organické látky rozkladajú na anorganické zlúčeniny.

Ryža. 8.4.

Prvé štádium. AT V tráviacom systéme mnohobunkových organických potravinových látok sa pôsobením zodpovedajúcich enzýmov rozkladajú na jednoduché molekuly: bielkoviny - na aminokyseliny, polysacharidy (škrob, glykogén) - na monosacharidy (glukózu), tuky - na glycerol a mastné kyseliny, nukleové kyseliny - na nukleotidy atď. V jednobunkovosti dochádza k intracelulárnemu štiepeniu pôsobením hydrolytických enzýmov lyzozómov. AT pri trávení sa uvoľní malé množstvo energie, ktorá sa rozptýli vo forme tepla a vzniknuté malé organické molekuly môžu podliehať ďalšiemu štiepeniu (disimilácii) alebo môžu byť bunkou využité ako „stavebný materiál“ na syntézu svojho vlastné organické zlúčeniny (asimilácia).

Druhá fáza- anoxický alebo fermentácia prebieha v cytoplazme bunky. Látky vznikajúce v prípravnom štádiu – glukóza, aminokyseliny atď. – podliehajú ďalšiemu enzymatickému rozkladu bez použitia kyslíka. Hlavným zdrojom energie v bunke je glukóza. Bezkyslíkový neúplný rozklad glukózy (glykolýza) je viacstupňový proces rozkladu glukózy na kyselinu pyrohroznovú (PVK) a potom na kyselinu mliečnu, octovú, maslovú alebo etylalkohol, ktorý sa vyskytuje v cytoplazme bunky. Pri reakciách glykolýzy sa uvoľňuje veľké množstvo energie - 200 kJ / mol. Časť tejto energie (60 %) sa rozptýli ako teplo, zvyšok (40 %) sa použije na syntézu ATP. Produktmi glykolýzy sú kyselina pyrohroznová, vodík vo forme NADH (nikotínamid adenín dinukleotid) a energia vo forme ATP.

Celková reakcia glykolýzy je nasledovná:

Pri rôznych typoch fermentácie je ďalší osud produktov glykolýzy odlišný. V živočíšnych bunkách s dočasným nedostatkom kyslíka, napríklad v ľudských svalových bunkách pri nadmernej fyzickej námahe, ako aj v niektorých baktériách dochádza k fermentácii kyseliny mliečnej, pri ktorej sa PVC redukuje na kyselinu mliečnu:

Známe mliečne kvasenie (pri kysnutí mlieka, tvorbe kyslej smotany, kefíru a pod.) spôsobujú mliečne plesne a baktérie. Pri alkoholovom kvasení (rastliny, niektoré huby, pivovarské kvasnice) sú produktmi glykolýzy etylalkohol a CO2. V iných organizmoch môžu byť fermentačnými produktmi butylalkohol, acetón, kyselina octová atď.

Tretia etapa energetický metabolizmus – v mitochondriách prebieha úplná oxidácia, čiže aeróbne dýchanie. Počas cyklu trikarboxylových kyselín (Krebsov cyklus) sa z PVA odštiepi CO 2 a dvojuhlíkový zvyšok sa naviaže na molekulu koenzýmu A za vzniku acetylkoenzýmu A, v molekule ktorého je uložená energia.

(acetyl-CoA vzniká aj pri oxidácii mastných kyselín a niektorých aminokyselín). V následnom cyklickom procese (obr. 8.4) dochádza k interkonverziám organických kyselín v dôsledku jednej molekuly acetylkoenzýmu A, dvoch molekúl CO2, štyroch párov atómov vodíka nesených NADH 2 a FADH 2 (flavínadeníndinukleotid) a vytvoria sa dve molekuly ATP. Proteíny nosičov elektrónov hrajú dôležitú úlohu v ďalších oxidačných procesoch. Prenášajú atómy vodíka do vnútornej mitochondriálnej membrány, kde sú prenášané pozdĺž reťazca proteínov zabudovaných do membrány. Transport častíc po transportnom reťazci prebieha tak, že protóny zostávajú na vonkajšej strane membrány a hromadia sa v medzimembránovom priestore, čím sa mení na zásobník H + a elektróny sa prenášajú na vnútorný povrch membrány. vnútorná mitochondriálna membrána, kde sú nakoniec kombinované s kyslíkom:

Výsledkom je, že vnútorná membrána mitochondrií je negatívne nabitá zvnútra a pozitívne zvonku. Keď potenciálny rozdiel na membráne dosiahne kritickú úroveň (200 mV), kladne nabité častice H+ sa začnú pretláčať cez kanál ATPázy (enzým zabudovaný do vnútornej mitochondriálnej membrány) silou elektrického poľa a po dosiahnutí vnútornej povrchu membrány interagujú s kyslíkom a vytvárajú vodu. Proces v tejto fáze zahŕňa Oxidačná fosforylácia- pridanie anorganického fosfátu k ADP a tvorba ATP. Približne 55 % energie je uložených v chemických väzbách ATP a 45 % sa rozptýli vo forme tepla.

Celkové reakcie bunkového dýchania:

Energia uvoľnená pri rozklade organických látok nie je bunkou okamžite využitá, ale je uložená vo forme vysokoenergetických zlúčenín, zvyčajne vo forme adenozíntrifosfátu (ATP). Svojou chemickou podstatou patrí ATP k mononukleotidom a pozostáva z dusíkatej bázy adenínu, ribózového uhľohydrátu a troch zvyškov kyseliny fosforečnej, vzájomne prepojených makroergickými väzbami (30,6 kJ).

Energiu uvoľnenú pri hydrolýze ATP bunka využíva na vykonávanie chemickej, osmotickej, mechanickej a inej práce. ATP je univerzálnym zdrojom energie bunky. Zásoba ATP v bunke je obmedzená a dopĺňaná v dôsledku procesu fosforylácie, ktorý prebieha rôznou rýchlosťou počas dýchania, fermentácie a fotosyntézy.

Kotviace body

• Metabolizmus pozostáva z dvoch úzko prepojených a opačne smerovaných procesov: asimilácie a disimilácie.
• Prevažná väčšina životných procesov prebiehajúcich v bunke vyžaduje energiu vo forme ATP.
• Rozklad glukózy v aeróbnych organizmoch, pri ktorom po anoxickom kroku nasleduje rozklad kyseliny mliečnej za účasti kyslíka, je 18-krát energeticky efektívnejší ako anaeróbna glykolýza.

Otázky a úlohy na zopakovanie

• 1. Čo je disimilácia? Opíšte kroky v tomto procese. Aká je úloha ATP v bunkovom metabolizme?
• 2. Povedzte nám o energetickom metabolizme v bunke na príklade rozkladu glukózy.
• 3. Ktoré organizmy sa nazývajú heterotrofné? Uveďte príklady.
• 4. Kde v dôsledku akých premien molekúl a v akom množstve vzniká ATP v živých organizmoch?
• 5. Ktoré organizmy sa nazývajú autotrofné? Na aké skupiny sa delia autotrofy?

Alkoholové kvasenie je základom prípravy akéhokoľvek alkoholického nápoja. Toto je najjednoduchší a najdostupnejší spôsob, ako získať etylalkohol. Druhý spôsob – hydratácia etylénu, je syntetický, málo používaný a len pri výrobe vodky. Pozrieme sa na vlastnosti a podmienky fermentácie, aby sme lepšie pochopili, ako sa cukor premieňa na alkohol. Z praktického hľadiska tieto poznatky pomôžu k vytvoreniu optimálneho prostredia pre kvasinky – správne dať maškrtu, víno či pivo.

Alkoholové kvasenie Kvasinky premieňajú glukózu na etylalkohol a oxid uhličitý v anaeróbnom (bezkyslíkovom) prostredí. Rovnica je nasledovná:

C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2C02.

Výsledkom je, že jedna molekula glukózy sa premení na 2 molekuly etylalkoholu a 2 molekuly oxidu uhličitého. V tomto prípade sa uvoľňuje energia, čo vedie k miernemu zvýšeniu teploty média. Pri fermentačnom procese vznikajú aj fúzne oleje: butyl, amyl, izoamyl, izobutyl a iné alkoholy, ktoré sú vedľajšími produktmi metabolizmu aminokyselín. V mnohých ohľadoch tvoria fuselové oleje arómu a chuť nápoja, ale väčšina z nich je škodlivá pre ľudské telo, takže výrobcovia sa snažia vyčistiť alkohol od škodlivých fuselových olejov, ale ponechajú užitočné.

Kvasnice- Sú to jednobunkové guľovité huby (asi 1500 druhov), aktívne sa vyvíjajúce v tekutom alebo polotekutom médiu bohatom na cukry: na povrchu plodov a listov, v nektáre kvetov, odumretej fytomase a dokonca aj v pôde.

Kvasinkové bunky pod mikroskopom

Ide o jeden z úplne prvých organizmov „skrotených“ človekom, najmä kvasnice sa používajú na pečenie chleba a výrobu alkoholických nápojov. Archeológovia zistili, že starí Egypťania už 6000 rokov pred n. e. sa naučil vyrábať pivo a do roku 1200 pred Kr. e. ovládal pečenie kváskového chleba.

Vedecké štúdium podstaty fermentácie sa začalo v 19. storočí, prvý chemický vzorec navrhli J. Gay-Lussac a A. Lavoisier, ale podstata procesu zostala nejasná, vznikli dve teórie. Nemecký vedec Justus von Liebig navrhol, že fermentácia je mechanickej povahy – vibrácie molekúl živých organizmov sa prenášajú na cukor, ktorý sa štiepi na alkohol a oxid uhličitý. Louis Pasteur zase veril, že základ fermentačného procesu je biologického charakteru – keď sa dosiahnu určité podmienky, kvasinky začnú spracovávať cukor na alkohol. Pasteurovi sa podarilo jeho hypotézu empiricky dokázať, neskôr biologickú podstatu fermentácie potvrdili aj ďalší vedci.

Ruské slovo „droždie“ pochádza zo staroslovanského slovesa „drozgati“, čo znamená „drviť“ alebo „miesiť“, existuje jasná súvislosť s pečením chleba. Anglický názov pre kvasinky „yeast“ zase pochádza zo staroanglických slov „gist“ a „gyst“, čo znamená „pena“, „uvoľniť plyn“ a „variť“, čo je bližšie k destilácii.

Ako surovina pre alkohol sa používa cukor, výrobky obsahujúce cukor (hlavne ovocie a bobule), ako aj suroviny obsahujúce škrob: obilie a zemiaky. Problém je v tom, že kvasinky nedokážu skvasiť škrob, takže ho najprv musíte rozložiť na jednoduché cukry, to robí enzým zvaný amyláza. Amyláza sa nachádza v slade, naklíčenom zrne, a aktivuje sa pri vysokej teplote (zvyčajne 60 – 72 °C) a proces premeny škrobu na jednoduché cukry sa nazýva „scukornatenie“. Scukorenie sladom („horkým“) možno nahradiť zavedením syntetických enzýmov, pri ktorých nie je potrebné sladinu zohrievať, preto sa tento spôsob nazýva „studené“ scukrenie.

Podmienky fermentácie

Na vývoj kvasiniek a priebeh kvasenia vplývajú tieto faktory: koncentrácia cukru, teplota a svetlo, kyslosť prostredia a prítomnosť stopových prvkov, obsah alkoholu, prístup kyslíka.

1. Koncentrácia cukru. Pre väčšinu kvasiniek je optimálny obsah cukru v mladine 10-15%. Pri koncentráciách nad 20% sa kvasenie oslabuje a pri 30-35% je takmer zaručené, že sa zastaví, pretože cukor sa stáva konzervantom, ktorý bráni kvasinkám pracovať.

Je zaujímavé, že keď je obsah cukru v médiu nižší ako 10%, kvasenie tiež prebieha zle, ale pred osladením mladiny si musíte pamätať na maximálnu koncentráciu alkoholu (4. bod) získanú počas fermentácie.

2. Teplota a svetlo. Pre väčšinu kmeňov kvasiniek je optimálna teplota kvasenia 20-26°C (pivovarské kvasnice na spodné kvasenie vyžadujú 5-10°C). Prípustný rozsah je 18-30 °C. Pri nižších teplotách sa fermentácia výrazne spomalí a pri hodnotách pod nulou sa proces zastaví a kvasinky „zaspia“ – prepadnú do pozastavenej animácie. Na obnovenie fermentácie stačí zvýšiť teplotu.

Príliš vysoká teplota kvasinky zabije. Hranica únosnosti závisí od záťaže. Vo všeobecnosti sa hodnoty nad 30-32 °C považujú za nebezpečné (najmä pri víne a pive), existujú však samostatné rasy alkoholových kvasiniek, ktoré znesú teplotu mladiny až do 60 °C. Ak sú kvasnice „uvarené“, budete musieť do sladiny pridať novú dávku, aby sa fermentácia obnovila.

Samotný proces fermentácie spôsobuje zvýšenie teploty o niekoľko stupňov – čím väčší objem mladiny a čím aktívnejšie sú kvasinky, tým je zahrievanie silnejšie. V praxi sa korekcia teploty robí, ak je objem väčší ako 20 litrov - stačí udržiavať teplotu pod 3-4 stupňami od hornej hranice.

Nádoba je ponechaná na tmavom mieste alebo pokrytá hustou látkou. Neprítomnosť priameho slnečného žiarenia zabraňuje prehrievaniu a má pozitívny vplyv na prácu kvasiniek – plesne nemajú rady slnečné žiarenie.

3. Kyslosť prostredia a prítomnosť stopových prvkov. Stredná kyslosť 4,0-4,5 pH podporuje alkoholové kvasenie a inhibuje rozvoj mikroorganizmov tretích strán. V alkalickom prostredí sa uvoľňuje glycerol a kyselina octová. V neutrálnej sladine fermentácia prebieha normálne, ale aktívne sa rozvíjajú patogénne baktérie. Kyslosť mladiny sa upraví pred pridaním kvasníc. Často amatérski liehovarníci zvyšujú kyslosť kyselinou citrónovou alebo akoukoľvek kyslou šťavou a na zníženie muštu mušt uhasia kriedou alebo zriedia vodou.

Kvások vyžaduje okrem cukru a vody aj ďalšie látky – predovšetkým dusík, fosfor a vitamíny. Tieto stopové prvky používajú kvasinky na syntézu aminokyselín, ktoré tvoria ich proteín, ako aj na reprodukciu v počiatočnom štádiu fermentácie. Problém je v tom, že doma nebude možné presne určiť koncentráciu látok a prekročenie prípustných hodnôt môže negatívne ovplyvniť chuť nápoja (najmä vína). Preto sa predpokladá, že škrobové a ovocné suroviny spočiatku obsahujú potrebné množstvo vitamínov, dusíka a fosforu. Zvyčajne sa skrmuje iba čistá cukrová kaša.

4. Obsah alkoholu. Etylalkohol je na jednej strane odpadovým produktom kvasiniek, na druhej strane je silným toxínom pre kvasinkové huby. Pri koncentrácii alkoholu v mladine 3-4% sa kvasenie spomaľuje, etanol začína brzdiť rozvoj kvasiniek, pri 7-8% sa kvasinky už nerozmnožujú a pri 10-14% prestávajú spracovávať cukor - kvasenie sa zastaví . Iba jednotlivé kmene kultivovaných kvasiniek, vyšľachtené v laboratóriu, znášajú koncentrácie alkoholu nad 14 % (niektoré pokračujú v kvasení aj pri 18 % a viac). Z 1% cukru v mladine sa získa asi 0,6% alkoholu. To znamená, že na získanie 12 % alkoholu je potrebný roztok s obsahom cukru 20 % (20 × 0,6 = 12).

5. Prístup ku kyslíku. V anaeróbnom prostredí (bez prístupu kyslíka) sú kvasinky zamerané na prežitie, nie na rozmnožovanie. V tomto stave sa uvoľňuje maximum alkoholu, takže vo väčšine prípadov je potrebné chrániť mladinu pred prístupom vzduchu a súčasne organizovať odstraňovanie oxidu uhličitého z nádrže, aby sa zabránilo zvýšenému tlaku. Tento problém je vyriešený inštaláciou vodného uzáveru.

Pri neustálom kontakte mladiny so vzduchom hrozí nebezpečenstvo prekysnutia. Na samom začiatku, keď je fermentácia aktívna, uvoľnený oxid uhličitý vytlačí vzduch z povrchu mladiny. Ale na konci, keď kvasenie slabne a oxidu uhličitého sa objavuje čoraz menej, vzduch vstupuje do nezakrytej nádoby s mladinou. Pod vplyvom kyslíka sa aktivujú baktérie kyseliny octovej, ktoré začnú spracovávať etylalkohol na kyselinu octovú a vodu, čo vedie k znehodnoteniu vína, zníženiu výťažnosti mesačného svitu a vzniku kyslej chuti v nápojoch. Preto je také dôležité uzavrieť nádobu vodným uzáverom.

Kvasinky však potrebujú na svoje množenie (na dosiahnutie jeho optimálneho množstva) kyslík. Väčšinou stačí koncentrácia, ktorá je vo vode, no pre urýchlenie rozmnožovania zápar sa po pridaní kvasníc nechá niekoľko hodín otvorený (s prístupom vzduchu) a niekoľkokrát sa premieša.

Par.22 V bunkách ktorých organizmov prebieha alkoholové kvasenie? Vo väčšine rastlinných buniek, ako aj v bunkách niektorých húb (napríklad kvasiniek) dochádza namiesto glykolýzy k alkoholovej fermentácii, za anaeróbnych podmienok sa molekula glukózy premieňa na etylalkohol a CO2. Odkiaľ pochádza energia na syntézu ATP z ADP? Uvoľňuje sa v procese disimilácie, t.j. pri reakciách štiepenia organických látok v bunke. V závislosti od špecifík organizmu a podmienok jeho biotopu môže disimilácia prebiehať v dvoch alebo troch etapách. Aké sú fázy energetického metabolizmu? 1 - prípravný, končiaci rozkladom veľkých organických molekúl na jednoduchšie: polys.-monózy., lipidy-glyk. a tuk. kyseliny, bielkoviny-a.k. Štiepenie sa vyskytuje v PS. Uvoľňuje sa málo energie, zatiaľ čo sa rozptýli vo forme tepla. Výsledné zlúčeniny (monosaky, mastné kyseliny, a.k., atď.) môže bunka využiť pri formovacích výmenných reakciách, ako aj na ďalšiu expanziu za účelom získania energie. 2- anoxický = glykolýza (enzymatický proces postupného rozkladu glukózy v bunkách, sprevádzaný syntézou ATP; za aeróbnych podmienok vedie k tvorbe kyseliny pyrohroznovej, za anaeróbnych k tvorbe kyseliny mliečnej); С6Н12О6 + 2Н3Р04 + 2ADP --- 2С3Н6О3 + 2ATP + 2Н2О. spočíva v enzymatickom rozklade org.vest-in, ktoré sa získali počas prípravného štádia. O2 sa na reakciách tohto štádia nezúčastňuje. Reakcie glykolýzy sú katalyzované mnohými enzýmami a prebiehajú v cytoplazme buniek. 40 % energie je uložených v molekulách ATP, 60 % sa rozptýli ako teplo. Glukóza sa nerozkladá na konečné produkty (CO2 a H2O), ale na zlúčeniny, ktoré sú stále bohaté na energiu a po ďalšej oxidácii ju môžu poskytnúť vo veľkých množstvách (kyselina mliečna, etylalkohol atď.). 3- kyslík (bunkové dýchanie); organické látky vzniknuté počas 2. etapy a obsahujúce veľké zásoby chemickej energie sa oxidujú na finálne produkty CO2 a H2O. Tento proces prebieha v mitochondriách. V dôsledku bunkového dýchania sa počas rozpadu dvoch molekúl kyseliny mliečnej syntetizuje 36 molekúl ATP: 2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 - 6CO2 + 42H2O + 36ATP. Uvoľňuje sa veľké množstvo energie, 55 % sa ukladá vo forme ATP, 45 % sa odvádza vo forme tepla. Aký je rozdiel medzi energetickým metabolizmom v aeróboch a anaeróboch? Väčšina živých tvorov, ktoré žijú na Zemi, sú aeróby, t.j. využívané v procesoch RH O2 z prostredia. V aeróboch prebieha výmena energie v 3 fázach: prípravná, bezkyslíková a kyslíková. V dôsledku toho sa organická hmota rozkladá na najjednoduchšie anorganické zlúčeniny. U organizmov, ktoré žijú v bezkyslíkovom prostredí a nepotrebujú kyslík – anaeróby, ako aj u aeróbov s nedostatkom kyslíka prebieha asimilácia v dvoch fázach: prípravnej a bezkyslíkatej. V dvojstupňovej verzii výmeny energie sa ukladá oveľa menej energie ako pri trojstupňovej. POJMY: Fosforylácia je pripojenie 1 zvyšku kyseliny fosforečnej na molekulu ADP. Glykolýza je enzymatický proces postupného rozkladu glukózy v bunkách, sprevádzaný syntézou ATP; za aeróbnych podmienok vedie k tvorbe kyseliny pyrohroznovej, na anaeróbnu. podmienok vedie k tvorbe kyseliny mliečnej. Alkoholová fermentácia je fermentačná chemická reakcia, v dôsledku ktorej sa molekula glukózy za anaeróbnych podmienok mení na etylalkohol a CO2 Par.23 Ktoré organizmy sú heterotrofy? Heterotrofy - organizmy, ktoré nie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických (živé, huby, mnohé baktérie, rastlinné bunky, neschopné fotosyntézy) Aké organizmy na Zemi prakticky nezávisia od energie slnečného žiarenia? Chemotrofy - využívajú na syntézu organických látok energiu uvoľnenú pri chemických premenách anorganických zlúčenín. POJMY: Výživa – súbor procesov, ktoré zahŕňajú príjem, trávenie, vstrebávanie a asimiláciu živín telom. V procese výživy dostávajú organizmy chemické zlúčeniny, ktoré využívajú na všetky životné procesy. Autotrofy sú organizmy, ktoré syntetizujú organické zlúčeniny z anorganických, pričom dostávajú uhlík z prostredia vo forme CO2, vody a minerálnych solí. Heterotrofy - organizmy, ktoré nie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických (živé, huby, mnohé baktérie, rastlinné bunky, nie sú schopné fotosyntézy)