Көмірсулардың құрылысы, қасиеттері және қолданылуы. Химия, 11 сынып, қосымша материал 3.

Сүт қышқылының ашу процесі

Бұл процесс ерекше микроорганизмдер – сүт қышқылы бактерияларының көмегімен жүреді. Мұнда глюкоза қанты екі молекуланы сүт қышқылына айналады. Оны мына реакция бойынша жазылады:

С₆Н₁₂О₆ = 2СН₃СНОНСООН + 18 ккал энергия

Сүт қышқылының ашу процесінің ішкі табиғаты біршама жақсы зерттелген.

Ашу процесінің сипатына қарай сүт қышқылы бактерияларын екі топқа бөлуге болады: а) гомоферментативті сүт қышқылы бактериялар. Олар қанттан тек қана сүт қышқылын түзеді. б) гетероферментативті сүт қышқылы бактериялары. Қанттан сүт қышқылын, едәуір молшерде сірке қышқылын, этил спиртін, глицерин және көмір қышқыл газын түзеді. Формуласы:

С₆Н₁₂О₆=СН₃СНОНСООН+СН₃СООН+СН₂СН₂ОН+СН₂ОННСОН СН₂ОН+СО₂

Сүт қышқылы бактерияның клеткасы шар және таяқша тәрізді болады, қозғалмайды, спора түзбейді және ауалы немесе ауасыз жерде тіршілік етуге бейімделген. Бірақ қышқыл ортаға шар тәріздер төзімсіз. Ал таяқша тәріздер төзімдірек.

Сүт қышқылы бактериялары 7-ден 42 градус жылылық арасында тіршілік етеалады.

Ашу процесінде ортада 1 процентке дейін қышқыл түзеді. Сүт тағамдарын( айран, кефир,қаймақ т.б. ) дайындауда қолданылады.

Қанттарды ашытқанда сүт қышқылынан басқа, сірке қышқылын да түзеді. бұлардың көпшілігі адам, жануарлар және насекомдар ішек- қарындарында тіршілік етеді. Жалпы сүт қышқылы бактериялары тіршіліктің барысында антибиотиктер түзе алатындықтан ішек- қарындардағы шіріткіш және ауру қоздырғыш бактерияларды жоюға зор көмегін тигізеді.

Май қышқылының ашу процесі.

Май қышқылының ашу процесі деп углеводтардың, спирттердің және басқа да заттардың анаэробты жағдайда, ерекше бактериялар тобының әсерінен болатын күрделі биохимиялық процесті атайды. Оны қоздыратын Клостридиум туысына жататан грам-оң, спора түзетін таяқша бацилдар. Оттегі бұл микроорганизм үшін улы қасиет көрсеткенімен де оның споралары аэробты жағдайда тіршілігін жоймайды. Май қышқылының ашу процесі төмендегі реакция бойынша жүреді.

4С₆Н₁₂О₆ =3СН₃СН₂СН₂СООН + 2СН₃СООН + 8СО₂+ 8Н₂

^{қантмай қышқылысірке қышқылы}

май қышқылының ашу процесінде ортада бутил және этил спирттері, ацетон, сірке, капрон және каприл қышқылдары сияқты қосымша өнімдер пайда болады.

Май қышқылының ашу процесі табиғатта кең тараған. Оны топырақтан, қөлдердің түбіндегі балшықтан, тоғайдардан және ластанған өзендерден, көлдерден кездестіруге болады. Жалпы бұл прцесс органикалық заттардың минералдануы кезінде үлкен роль атқарады. Май қышқылы ашу процесін қоздыратын клостридиум бутрикум – мөлшері 1-2 х 10 мкм дейін баратын ірі таяқшалар қозғалғыш келеді. Бірақ өскен клеткалардың жіпшелері жоғалған соң ұршық тәрізденіп жұмырланып, қозғалмайтын болады. Бұл кезде оның клеткасына гранулеза деп аталатын қор заттары жиналады.

Май қышқылы бактерияларының бір өкілі- клостридиум Пастеуурианум, белгілі жағдайда ауа азотын сіңіре алады. Мұның осындай қасиетін С.Н. Виноградский тапқан болатын. Бірақ бұл организм крахмалды ыдыратпайды.

Ал сүрлем салуда май қышқылы бактериялары тіршілік етсе, онда азықта май қышқылы түзіліп, сапасы нашарлап, исі өзгереді. Мал оны сүйсініп жемейді. Ондай азықпен азықтандырылған мал сүтінен сыр дайындауға болмайды. Ол сақтауға көнбей, ашып кетеді. Май қышқылы бактериялары өсімдіктердегі клетка аралық заттар-пектиндерді жақсы ажыратады. Соңдықтан олардың топыраққа түскен өсімдік қалдықтарын ыдыратуда зор маңызы бар деп айтуға болады. Бұл процесті клостридиум Пектиноворум қоздырады. Пектин заттары ыдырағанда ортада май қышқылы, сірке қышқылы, сутегі мен көмір қышқыл газы пайда болады.

Спирттік ашу химизмі

Көміртегі қоспаларынан ашытқылар, әдетте, гексозаны бәрінен де жақсы пайдаланады. Полисахариттерден жиі инулин мен крахмалды пайдаланады. Көмірсулары және кейбір спирттері, соның ішінде метаны және этанолы бар орталарда өсетін ашытқылар белгілі.

Азот көзі ретінде ашытқылар аммоний тұзын, аминқышқылдарын, үлкен емес пептидтерді, сирек нитраттар мен нитриттердіпайдаланады.

Кейбір түрлері бір немесе бірнеше дәруменді қажет етеді, басқалары - өсуге қажетті барлық дәрумендерді өздері синтездей алады.

Ашытқылардың көбісі рН 3 тен 8 дейінгі шегінде өседі. Көптеген түрінің оптималдыөсу температурасы , бірақ ашытқылардың кейбір расалары, мысалы, сырақайнатуда пйдаланылатын, олар аса төмен температурлы оптимумға ие.

Көптеген ашытқылар – факультативті анаэробтар. Анаэробиоз жағдайында көмірсулардың ашу нәтижесінде, ал молекулярлық оттегінің қатысуында –аэробты тыныс алу есесінен энергия алады.

Ашытқылардағы спирттік ашу пирожүзім қышқылын түзгенге дейін жоғарғы организімдерде гликолизден айырмашылығы тек, сүт қышқылының орнына этил спирті түзілетін соңғы кезеңінде ғана. Бұған себепші, кейін этанолға қалпына келетін ацетальдегидке пируваттың айналымын катализдейтін ашытқыдағы пируватдекарбоксилазаның болуы.

Гликолитикалық жолмен (жемісфосфатты (ФБР-жол)) глюкозаның, галактозаның, фруктозаның және маннозаның ыдырауы жүзеге асады. Олигосахаридтер ең алдымен гексозаға дейін ферменттермен гидролизденеді.

Пентозалар мен жоғарғы спирттердің ыдырауы ашытқылармен пентофосфатты және ФБР – жолдармен жүргізіледі. Спирттер бастапқы кезде сәйкес гексоза мен пентоздарға дейін сусыздандырылады. Ашу, тотығу және тотықсыздану үрдісінің қатаң тепетеңдігі. Сондықтан, ашудың бір кезеңінде қайта қалпына келген НАД, басқа кезеңдң тотығуы қажет. НАД тотығуы ацетальдегидтің этанолға тотықсызданумен бірге жүреді. Мұндай үрдісті Нейберг «ашудың бірінші түрі» деп атады.

С₆Н₁₂О₆ = 2СО₂+2С₂Н₅ОН

Ашудың жүруі нақты шарттарға байланысты айқын өзгере алады. Егер ашытқылардың дақылдық сұйықтығына, ацетальдегидтті байланыстыратын натрий бисульфитін қосса, ол келесі үрдістерден шығады және одақталады.

СН3 – СН =О + NaHSO₃ CH₃ – CH(OH) – SO₃Na

Мұндай жағдайда НАДН-нан электрон акцепторы болып (сутегінің) дигидроксиацетонфосфат қалады, ол глицерин-3-фосфатқа, сосын, в глицеринге айналады (Нейберг бойынша ашудың екінші түрі).

Глюкоза глицерин + ацетальдегид (байланысқан) +СО₂

Синтезделген АТФ суммалық мөлшері мұндай ашу түрі кезінде нөлге тең және, олай болса, үрдіс жасушаның өсуін қамтамасыз ете алмайды, бірақ оны глицериді алу үшін пайдаланады.

Сілтілік ортада НАД-тәуелді дегидрогеназамен ацетальдегид сірке қышқылыныа тотығады. Түзілген НАДН ацетальдегидтті этанолға тотықсыздандыру үшін қолданылдаы. 3-фосфоглицериді альдегидті тотықтыру кезінде алынатын бірауқытта НАДН дигидроксиацетонфосфатты глицеринге айналатын глицерин -3-фосфатты тотықсыздандыру үшін қолданылады (Нейберг бойынша 3-і ашу түрі).

Суммалық реакция:

2глюкоза + Н₂О 2глицерин + этанол + сірке қышқылы + СО₂

Мұндай химизм жасушалар үшін қолайлы, себебі сірке қышқылы ортаның рН төмендетеді, сосын спирттік ашу жаңарады. Дигидроксиацетонфосфат сондай-ақ, НАДН қажетті ацетальдегид түзілмейінше электрондар акцепторының ролін атқарады. Яғни, ашу басында индукцияның өзіндік кезеңі болады. Біруақытта 3-фосфоглицеринді альдегид ФБФ-жолының реакциясына сәйкес, кейін ацетальдегидке декарбоксилирленетін пирожүзім қышқылына айналады. Спирттік және глицеринпирожүзімдік ашу тығыз байланысты. Ең алдымен глицеринпирожүзім ашуы басмдылық көрсетеді.

Молекулярлық қышқылдың қатысуымен ашытқылар ашудан аэробты күйге тез өтеді. Сонымен бірге, глюкозадан түзілетін пирожүзім қышқылы, Кребстің трикарбон қышқылы арқылы СО2 және Н20 дейін тотығады (ЦТК).

Жоғарыда айтылып кеткендей, спирттік ашудың басында, глицерин және пирожүзім қышқылының түзілуіне әкелетін пирожүзім қышқылы басым болады. Пирожүзім қышқылының негізгі бөлігі екіншілік өнім түзуге кетеді. Оларға жататыны сірке, сүт, янтарь, пропион, құмырсқа және кейбір басқа қышқылдар, ацетон, әртүрлі альдегидтер және күрделі эфирлер.