4.4: Fermentation

Katika kupumua aerobic, mwokozi wa mwisho wa elektroni ni molekuli ya oksijeni, O ₂. Ikiwa kupumua kwa aerobic hutokea, basi ATP itazalishwa kwa kutumia nishati ya elektroni za juu-nishati zinazotolewa na NADH au FADH ₂ kwenye mlolongo wa usafiri wa elektroni. Ikiwa kupumua kwa aerobic haitokei, NADH lazima iongezwe tena kwa NAD ⁺ kwa kutumia tena kama carrier wa elektroni kwa glycolysis kuendelea. Je! Hii inafanywaje? Baadhi ya mifumo hai hutumia molekuli ya kikaboni kama mpokeaji wa mwisho wa elektroni. Michakato ambayo hutumia molekuli ya kikaboni ili kurejesha NAD ⁺ kutoka NADH hujulikana kwa pamoja kama fermentation. Kinyume chake, baadhi ya mifumo hai hutumia molekuli isokaboni (isipokuwa oksijeni) kama mpokeaji wa elektroni wa mwisho ili kuzaliwa upya NAD ⁺; mbinu zote mbili ni anaerobic (hazihitaji oksijeni) kufikia NAD ⁺ kuzaliwa upya na kuwezesha viumbe kubadilisha nishati kwa matumizi yao bila kukosekana kwa oksijeni.

Lactic asidi fermentation

Njia ya fermentation inayotumiwa na wanyama na bakteria fulani kama wale walio katika mtindi ni fermentation ya lactic asidi (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Hii hutokea mara kwa mara katika seli nyekundu za damu za mamalia na katika misuli ya mifupa ambayo ina ugavi wa oksijeni haitoshi ili kuruhusu kupumua aerobic kuendelea (yaani katika misuli inayotumiwa hadi kufikia hatua ya uchovu). Katika misuli, asidi lactic zinazozalishwa na fermentation lazima kuondolewa na mzunguko wa damu na kuletwa kwa ini kwa kimetaboliki zaidi. Mmenyuko wa kemikali ya fermentation ya lactic asidi ni yafuatayo:

\[\ce{Pyruvic\: acid + NADH ↔ lactic\: acid + NAD+}\nonumber\]

Enzyme ambayo huchochea mmenyuko huu ni lactate dehydrogenase. Mmenyuko unaweza kuendelea katika mwelekeo wowote, lakini mmenyuko wa kushoto-kulia unazuiliwa na hali ya tindikali. Hii asidi lactic kujenga husababisha ugumu wa misuli na uchovu. Mara baada ya asidi lactic imeondolewa kwenye misuli na inasambazwa kwenye ini, inaweza kubadilishwa nyuma kwa asidi ya piruvic na zaidi ya catabolized kwa nishati.

UHUSIANO WA S

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Fermentation ya asidi ya Lactic ni ya kawaida katika misuli ambayo imechoka na matumizi.

Tremetol, sumu ya kimetaboliki iliyopatikana katika mmea wa mizizi nyeupe ya nyoka, huzuia kimetaboliki ya lactate. Wakati ng'ombe hula mmea huu, Tremetol hujilimbikizia maziwa. Binadamu ambao hutumia maziwa huwa mgonjwa. Dalili za ugonjwa huu, ambazo ni pamoja na kutapika, maumivu ya tumbo, na kutetemeka, kuwa mbaya zaidi baada ya zoezi. Kwa nini unadhani hii ndiyo kesi?

pombe Fermentation

Mchakato mwingine unaojulikana wa fermentation ni fermentation ya pombe (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)), ambayo hutoa ethanol, pombe. Menyu ya fermentation ya pombe ni yafuatayo:

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Majibu yanayotokana na fermentation ya pombe huonyeshwa.

Katika mmenyuko wa kwanza, kundi la carboxyl linaondolewa kwenye asidi ya pyruvic, ikitoa dioksidi kaboni kama gesi. Kupoteza kwa dioksidi kaboni hupunguza molekuli kwa atomi moja ya kaboni, na kufanya acetaldehyde. Mmenyuko wa pili huondoa elektroni kutoka NADH, kutengeneza NAD ⁺ na kuzalisha ethanol kutoka kwa acetaldehyde, ambayo inakubali elektroni. Fermentation ya asidi ya pyruvic na chachu hutoa ethanol iliyopatikana katika vinywaji (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Ikiwa dioksidi kaboni iliyotokana na mmenyuko haipatikani kutoka kwenye chumba cha fermentation, kwa mfano katika bia na vin yenye kung'aa, inabakia kufutwa katikati mpaka shinikizo linatolewa. Ethanol juu ya asilimia 12 ni sumu kwa chachu, hivyo viwango vya asili vya pombe katika divai hutokea kwa kiwango cha juu cha asilimia 12.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Fermentation ya juisi ya zabibu kufanya mvinyo hutoa CO ₂ kama byproduct. Mizinga ya fermentation ina valves ili shinikizo ndani ya mizinga inaweza kutolewa.

Kupumua kwa seli za Anaerobic

Prokaryotes fulani, ikiwa ni pamoja na aina fulani za bakteria na Archaea, hutumia kupumua kwa anaerobic. Kwa mfano kundi la Archaea linaloitwa methanojeni linapunguza dioksidi kaboni kwa methane ili kuoksidisha NADH. Vijiumbe hivi hupatikana katika udongo na katika njia za utumbo wa ruminants, kama vile ng'ombe na kondoo. Vile vile, bakteria ya kupunguza sulfate na Archaea, ambazo nyingi ni anaerobic (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)), hupunguza sulfate kwa sulfidi hidrojeni ili kurejesha NAD ⁺ kutoka NADH.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Rangi ya kijani inayoonekana katika maji haya ya pwani ni kutokana na mlipuko wa sulfidi hidrojeni. Anaerobic, bakteria kupunguza sulfate kutolewa gesi sulfidi hidrojeni kama wao kuoza mwani katika maji. (mikopo: NASA picha kwa hisani Jeff Schmaltz, MODIS Ardhi Rapid Response Team katika NASA GSFC)

DHANA KATIKA HATUA

Tembelea tovuti hii ili uone kupumua kwa seli za anaerobic katika hatua.

Mbinu nyingine za fermentation hutokea katika bakteria. Prokaryotes nyingi ni anaerobic ya kitivo. Hii ina maana kwamba wanaweza kubadili kati ya kupumua aerobic na fermentation, kulingana na upatikanaji wa oksijeni. Prokaryotes fulani, kama bakteria ya Clostridia, ni wajibu wa anaerobes. Kuwajibisha anaerobes kuishi na kukua kwa kutokuwepo kwa oksijeni ya Masi. Oksijeni ni sumu kwa microorganisms hizi na unaua yao juu ya yatokanayo. Ikumbukwe kwamba aina zote za fermentation, isipokuwa fermentation lactic asidi, kuzalisha gesi. Uzalishaji wa aina fulani za gesi hutumiwa kama kiashiria cha fermentation ya wanga maalum, ambayo ina jukumu katika utambulisho wa maabara ya bakteria. Mbinu mbalimbali za fermentation hutumiwa na viumbe tofauti ili kuhakikisha ugavi wa kutosha wa NAD ⁺ kwa hatua ya sita katika glycolysis. Bila njia hizi, hatua hiyo haiwezi kutokea, na hakuna ATP itavunwa kutokana na kuvunjika kwa glucose.

Muhtasari wa sehemu

Ikiwa NADH haiwezi kubadilishwa kwa njia ya kupumua kwa aerobic, kipokezi kingine cha elektroni kinatumika. Viumbe wengi watatumia aina fulani ya fermentation ili kukamilisha kuzaliwa upya kwa NAD ⁺, kuhakikisha kuendelea kwa glycolysis. Urejesho wa NAD ⁺ katika fermentation haufuatikani na uzalishaji wa ATP; kwa hiyo, uwezekano wa NADH kuzalisha ATP kwa kutumia mnyororo wa usafiri wa elektroni haitumiki.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Tremetol, sumu ya kimetaboliki iliyopatikana katika mmea wa mizizi nyeupe ya nyoka, huzuia kimetaboliki ya lactate. Wakati ng'ombe hula mmea huu, Tremetol hujilimbikizia maziwa. Binadamu ambao hutumia maziwa huwa mgonjwa. Dalili za ugonjwa huu, ambazo ni pamoja na kutapika, maumivu ya tumbo, na kutetemeka, kuwa mbaya zaidi baada ya zoezi. Kwa nini unadhani hii ndiyo kesi?

Jibu

Ugonjwa husababishwa na kujenga asidi lactic. Viwango vya asidi ya Lactic huongezeka baada ya zoezi, na kufanya dalili kuwa mbaya zaidi. Maziwa ugonjwa ni nadra leo, lakini ilikuwa ya kawaida katika Midwestern Marekani katika miaka ya 1800 mapema.

faharasa

anaerobic kupumua seli

matumizi ya kibali cha elektroni isipokuwa oksijeni kukamilisha kimetaboliki kwa kutumia chemiosmosis ya usafiri wa elektroni

uchachu

hatua zinazofuata oxidation ya sehemu ya glucose kupitia glycolysis ili kurekebisha NAD ⁺; hutokea kwa kutokuwepo kwa oksijeni na hutumia kiwanja kikaboni kama kibali cha mwisho cha elektroni

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxConcepts