Лабораторна робота №9

Тема: Метаболізм вуглеводів. Спиртове бродіння. Окиснення глюкози дріжджами.

Мета: одержати мікробіологічним способом етиловий спирт, виділити його з бродильного середовища, очистити й ідентифікувати; зробити розрахунки процесу за виходом вуглекислого газу.

Реактиви: розчини: гідроксиду натрію NaOH (W = 10%), йоду (1%), дихромату калію (1%); сахароза, натрій гідрофосфат або калій дигідрофосфат, дистильована вода, хлібопекарські дріжджі, олія.

Обладнання: колби, пробки, газовідвідні трубки, хімічні склянки, ваги, прилад для перегонки спирту, нагрівачі для колб.

Питання для підготовки

1. Травлення вуглеводів.

2. Анаеробний шлях обміну вуглеводів.

3. Бродіння: спиртове та молочно-кисле.

4. Гліколіз і глікогеноліз. Стадії гліколізу.

Теоретичні відомості

У 1860 році Луї Пастер встановив, що бродіння не спонтанний процес, а результат життя при відсутності повітря. Він помітив, що в анаеробних умовах дріжджі зброджують значно більше цукру, ніж в аеробних, і що анаеробне бродіння необхідне для життя дріжджових клітин. Існує багато типів бродіння. Як свід­чать сучасні теорії розвитку, життя виникло в ті часи, коли ки­сню на Землі було надзвичайно мало. Унаслідок цього найбільш примітивні організми повинні були існувати за рахунок бродін­ня, яке являє собою найдавніший і найпростіший шлях одер­жання енергії клітинами.

Бродіння має важливе значення і для організму людини. Хоча у звичайних умовах м'язи отримують необхідну кількість кис­ню і відбувається аеробне окиснення субстратів з виділенням великої кількості енергії, все ж інколи буває, що забезпечення киснем м'язів виявляється недостатнім. При крайньому напру­женні зусиль, коли вже весь запас кисню використаний, м'язові клітини утворюють лактат шляхом бродіння. Більш того, у бі­лих м'язах риб або домашньої птиці аеробний метаболізм порів­няно невеликий, і основним кінцевим продуктом є молочна кислота. В організмі людини теж є такі тканини, які слабко забезпечуються кров'ю, наприклад кришталик і рогівка ока. У клітинах цих тканин забезпечення енергією здійснюється пере­важно шляхом зброджування глюкози в лактат.

Частина лактату, що утворюється в м'язах й інших ткани­нах, надходить у кров і переноситься в печінку, де він знову окиснюється в піруват. Менша частина пірувату потім окиснюється в циклі трикарбонових і дикарбонових кислот (Кребса), але більша частина знову перетворюється в глюкозу, яка може надходити в кров і повертатися у м'язи. Весь цей процес назива­ється циклом Корі.

Зброджування глюкози в етиловий спирт відбувається в ана­еробних умовах дихотомічним шляхом за участі ферментної системи дріжджів.

Послідовність реакцій спиртового бродіння і гліколізу (шлях Ембдена – Мейергофа – Парнаса) однакова до стадії піровиног­радної кислоти. При гліколізі піруват відновлюється за рахунок НАДН-Н⁴⁺ за участі лактатдегідрогенази до молочної кисло­ти, а при спиртовому бродінні дріжджові клітини спочатку декарбоксилюють піруват в ацетальдегід, який потім відновлю­ється в етанол за участі алкогольдегідрогенази, використовуючи НАДН-Н⁺, утворений при окиснювальному фосфорилгованні 3-фосфогліцеральдегіду. На відміну від оборотного синтезу лак­тату в дріжджів піруват необоротно декарбоксилюється до ацетальдегіду під дією піруватдекарбоксилази, яка відсутня у тка­нинах тварин.

Історична довідка. Парнас Яків Оскарович (1884-1949) – біо­хімік, академік АН і АМН СРСР. Народився в селі Мокряни Львів­ської області. Закінчив Вищу школу в Берліні, навчався у Страсбурзі у Ф. Гофмейстера й Цюріху у Р. Вільштеттера. Викладав у Страсбурзькому університеті, завідував кафедрою фізіологічної хі­мії у Варшавському університеті, очолював Інститут медичної хі­мії Львівського університету з 1920 по 1941 рік, був директором Інституту біохімії АН СРСР.

Основні наукові праці присвячені вивченню тканинного обміну вуглеводів і ферментативних процесів, що лежать в основі м'язово­го скорочення. Дав теоретичний аналіз механізмів гліколізу і спир­тового бродіння, а також встановив зв'язок між гліколізом та ін­шими перетвореннями в м'язах.

Крім молочнокислого і спиртового бродіння, є інші види: оцто­вокисле; змішане кисле бродіння, при якому утворюються мураши­на кислота, оцтова кислота, етанол, молочна І бурштинова кислоти; пропіоновокисле; маслянокисле; бутанольне; метанове.