Вопрос51 Брожение-процесс анаэробного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов.

Спиртовое брожение — это процесс окисления углеводов, в результате которого образуются этиловый спирт, углекислота и выделяется энергия. Сбраживание сахаров известно с глубокой древности. В течение столетий пивовары и виноделы использовали способность некоторых дрожжей вызывать спиртовое брожение, в результате которого сахара превращаются в спирт. Сбраживаться могут лишь углеводы, и притом весьма избирательно. Дрожжи сбраживают только некоторые 6-углеродные сахара (глюкозу, фруктозу, маннозу).

Схематично спиртовое брожение может быть изображено уравнением

Процесс спиртового брожения — многоступенчатый, состоящий из цепи химических реакций. П роисходит превращение глюкозы в пировиноградную кислоту. При спиртовом брожении пировиноградная кислота превращается в конечном итоге в спирт и углекислоту. Эти реакции протекают в две стадии. Сначала от пирувата отщепляется СО2 и образуется уксусный альдегид; затем уксусный альдегид присоединяет водород, восстанавливаясь в этиловый спирт. Все реакции катализируются ферментами. В восстановлении альдегида участвует НАД-H2. Биологический смысл спиртового брожения заключается в том, что образуется определенное количество энергии, которая запасается в форме АТФ, а затем расходуется на все жизненно необходимые процессы клетки.

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении конечным продуктом является молочная кислота.

Этот вид брожения осуществляется с помощью молочнокислых бактерий, которые подразделяются на две большие группы (в зависимости от характера брожения):гомоферментативные, образующие из сахара только молочную кислоту, и гетероферментативные, образующие, кроме молочной кислоты, спирт, уксусную кислоту, углекислый газ.

  Молочнокислое брожение может быть описано уравнением

Процесс образования молочной кислоты чрезвычайно близок к процессу спиртового брожения. Глюкоза также расщепляется до пировиноградной кислоты. Но затем ее декарбоксилирование (отщепление СО2), как при спиртовом брожении, не происходит, так как молочнокислые бактерии лишены соответствующих ферментов. У них активны дегидрогеназы (НАД). Поэтому пировиноградная кислота сама (а не уксусный альдегид, как при спиртовом брожении) принимает водород от восстановленной формы НАД и превращается в молочную кислоту. В процессе молочнокислого брожения бактерии получают энергию, необходимую им для развития в анаэробных условиях, где использование других источников энергии затруднено. Молочнокислое брожение широко используется при выработке молочных продуктов: простокваши, ацидофилина, творога, сметаны. При производстве кефира, кумыса наряду с молочнокислым брожением, вызываемым бактериями, имеет место и спиртовое брожение, вызываемое дрожжами. Молочнокислое брожение происходит на первом этапе изготовления сыра, затем молочнокислые бактерии сменяются пропионово кислыми. Молочная кислота находит широкое применение в производстве кож, красильном деле, при выработке стиральных порошков, изготовлении пластмасс, в фармацевтической промышленности и во многих других отраслях. Молочная кислота также нужна в кондитерской промышленности и для приготовления безалкогольных напитков.

Маслянокислое брожение. Превращение углеводов с образованием масляной кислоты было известно давно. Природа маслянокислого брожения как результат жизнедеятельности микроорганизмов была установлена Луи Пастером в 60-х годах прошлого века.  Возбудителями брожения являются маслянокислые бактерии, получающие энергию для жизнедеятельности путем сбраживания углеводов. Они могут сбраживать разнообразные вещества — углеводы, спирты и кислоты, способны разлагать и сбраживать даже высокомолекулярные углеводы — крахмал, гликоген, декстрины.

При этом брожении накапливаются различные побочные продукты. Наряду с масляной кислотой,, углекислым газом и водородом образуются этиловый спирт, молочная и уксусная кислоты.   Брожение начинается с процесса фосфорилирования глюкозы и далее идет по гликолитическому пути до стадии образования пировиноградной кислоты. Затем образуется уксусная кислота, которая активируется ферментом. После чего при конденсации (соединении) из двууглеродного соединения получается четырехуглеродная масляная кислота. Таким образом, при маслянокислом брожений происходит не только разложение веществ, но и синтез. Маслянокислое брожение происходит в природных условиях в гигантских масштабах: на дне болот, в заболоченных почвах, илах и всех тех местах, куда ограничен доступ кислорода. Благодаря деятельности маслянокислых бактерий разлагаются огромные количества органического вещества.

Метановое брожение- процесс биодеструкции органических веществ с выделением свободного метана. Органические соединения (белки, углеводы, жиры), которые присутствуют в биомассе, начинают распадаться на простейшие органические соединения (аминокислоты, сахара, жирные кислоты), под действием гидролитических ферментов. Эта стадия называется — гидролизом и протекает под воздействием ацетогеных бактерий. На второй стадии происходит гидролизное окисление части простейших органических соединений под воздействием гетероацетогенных бактерий, в результате которой получается ацетат, двуокись углерода и свободный водород. Другая часть органических соединений с полученным ацетатом на 2 стадии ацетатом образует С₁ соединения (простейшие органические кислоты). Полученные вещества являются питательной средой для метанобразующих бактерий. 3 стадия протекает по двум процессам, вызванные различной группой бактерий. Эти две группы бактерий преобразуют питательные соединения 2-ой стадии в метан СН₄, воду Н₂0, двуокись углерода. Процесс анаэробного брожения происходит в бактериальной биомассе и включает конверсию сложных органических соединений — полисахаров, жиров и белков в метан СН₄ и оксид углерода.

Витамин	Функция
Аскорбиновая кислота (витамин С)	Участвует в редокс-реакциях, повышает сопротивляемость организма к экстремальным воздействиям
Тиамин (витамин В|)	Необходим для нормальной деятельности нервной системы
Рибофлавин (витамин Вг)	Участвует в редокс-реакциях
Пиридоксин (витамин В6)	Участвует в синтезе и метаболизме аминокислот, жирных кислот и ненасыщенных липидов
Ниацин (витамин РР)	Участвует в редокс-реакциях в клетке
Фолиевая кислота (В9, фолицин)	Кроветворный фактор, переносчик одноуглеродных радикалов, участвует в синтезе аминокислот, нуклеиновых кислот, холина
Цианкобаламин (витамин В12)	Участвует в биосинтезе нуклеиновых кислот, холина, лецитина. Фактор кроветворения, обладает липотворным действием
Биотин (витамин Н)	Участвует в реакциях карбоксилирования, обмена аминокислот, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот
Пантотеновая кислота (витамин Вз)	Участвует в реакциях биохимического ацилирования, обмена белков, липидов, углеводов
Холин (витамин В4)	Участвует в синтезе биологически важных соединений
Ретинол (витамин А)	Участвует в деятельности мембран клеток, в процессе восприятия света. Необходим для роста и развития человека, для функционирования слизистых оболочек
Кальциферолы (витамин D)	Регулирует содержание кальция и фосфора в крови, минерализацию костей, зубов
Токоферолы (витамин Е)	Является активным антиоксидантом, предотвращает окисление липидов

Вопрос 52 Витамины. Классификация витаминов, их функции в организме.

Жирорастворимые витамины:

• витамин A • витамин D • витамин E • витамин K

Водорастворимые витамины:

• витамины комплекса В (около двух десятков витаминов, отличающихся один от другого по химическим и биологическим свойствам, влияющих на разные функции организма путем воздействия на нервную систему) • витамин С • витамин PP

Важнейшими регуляторами процессов, протекающих в живом организме, являются низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, называемые витаминами. Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности человека, но так как в организме они не синтезируются в достаточных количествах, то должны поступать с пищей в качестве необходи­мого компонента. Свое название витамины получили от лат. Vita - жизнь.

В настоящее время известно свыше 30 соединений, относящихся к вита­минам.

Различают собственно витамины и витаминоподобные (полная незамени­мость которых не всегда доказана) вещества. В отдельных продуктах содержат­ся провитамины, т.е. соединения, способные превращаться в витамины в орга­низме. Например, Р-каротин переходит в витамин А, эргостеролы под действи­ем ультрафиолетовых лучей в организме человека превращаются в витамин D.

В то же время имеется группа соединений, часто близких к витами­нам по строению, которые, конкурируя с витаминами, могут занять место в ферментных системах, но не в состоянии выполнять его функции. Они получи­ли название антивитаминов.Так как химическая природа витаминов была открыта после уста­новления их биологической роли, их условно обозначили буквами латинского алфавита (А, В, С, D и т. д.), которые сохранились и до настоящего времени. Сведения об основных видах и функциях витаминов приведены в таблице 1.

Вопрос 53. Ферменты (энзимы)- это высокоспецифичные белки, выполняющие функции биологических катализаторов. Катализатор - это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ходе этой реакции не расходуется.

Ферменты обладают всеми общими свойствами обычных катализаторов. Но, по сравнению с обычными катализаторами, все ферменты являются белками. Поэтому они обладают особенностями, отличающими их от обычных катализаторов.

Эти особенности ферментов, как биологических катализаторов, иногда называют общими свойствами ферментов. К ним относится следующее.1Высокая эффективность действия. Ферменты могут ускорять реакцию в 10⁸-10¹² раз. 2Высокая избирательность ферментов к субстратам (субстратная специфичность) и к типу катализируемой реакции (специфичность действия).3 Высокая чувствительность ферментов к неспецифическим физико-химическим факторам среды - температуре, рН, ионной силе раствора и т.д. 4Высокая чувствительность к химическим реагентам. 5Высокая и избирательная чувствительность к физико-химическим воздействиям тех или иных химических веществ, которые благодаря этому могут взаимодействовать с ферментом, улучшая или затрудняя его работу.