Главная >> Статьи >> Книги >> Основы биохимии виноделия >> Обмен азотистых веществ при брожении

Обмен азотистых веществ при брожении

Оглавление
Обмен азотистых веществ при брожении
Выделение азотистых веществ
Превращение аминокислот дрожжами

Глава 12
ОБМЕН АЗОТИСТЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ БРОЖЕНИИ
Для развития, размножения и осуществления алкогольного брожения винным дрожжам необходимы азотистые вещества. Они способны усваивать аммиачный азот и азот органических соединений, главным образом аминокислот. Что касается окисленных форм азота (нитриты, нитраты и др.), то они должны быть восстановлены до аммиака.
Из органических форм азота дрожжи потребляют в основном l-формы аминокислот, а также мочевину. Но вместе с тем дрожжи весьма энергично используют в качестве источника азота сернокислый и фосфорнокислый аммоний, а также аммиачные соли янтарной, уксусной и молочной кислот. Для дрожжей аммиачные соли являются главным предшественником органического азота. Пептиды могут быть использованы при непосредственном дезаминировании за счет свободных аминогрупп. Они также сначала подвергаются гидролизу до составных аминокислот, а потом дезаминированию.
Для потребления неорганического (аммонийных солей) и органического азота (аминокислот и амидов) винным дрожжам необходимо присутствие витаминов. Благоприятное влияние оказывают биотин, тиамин (Β1), пиридоксин (В6), пантотеновая кислота и др.
Пиридоксинфосфат и тиаминпирофосфат (декарбоксилаза) играют важную роль в обмене аминокислот, в частности в декарбоксилирования переаминировании и других процессах.

Ферментативное расщепление аминокислоты

Винные дрожжи расщепляют аминокислоты двумя путями, один из которых связан с декарбоксилированием, а другой — с дезаминированием. В этих процессах участвуют различные ферментативные системы. Характер превращения в значительной степени зависит от реакции среды. Дрожжи в зависимости от pH среды способны декарбоксилировать или дезаминировать аминокислоты. В кислой среде декарбоксилаза более активна и процесс протекает более интенсивно по схеме

Эта реакция имеет биологическое значение, так как образующиеся амины нейтрализуют кислоты.
В щелочной среде увеличивается активность дезаминаз и при этом усиливается процесс дезаминирования аминокислот.
Реакция окислительного дезаминирования, наиболее широко осуществляемая в процессе жизнедеятельности дрожжей, протекает по уравнению

Как видно из уравнения, окислительное дезаминирование сопровождается образованием α-кетокислоты и аммиака.
Существуют и другие пути дезаминирования. Так, при восстановительном дезаминировании из аминокислоты получается жирная кислота и аммиак:

Гидролитическое дезаминирование аминокислоты сопровождается образованием аммиака и соответствующей оксикислоты:

По представлению Ф. Эрлиха процесс дезаминирования является основным источником азота для использования аминокислоты дрожжами.
Было также установлено, что смесь двух аминокислот повышает прирост биомассы и усиливает алкогольное брожение по сравнению с одной аминокислотой. Исходя из этого, возможен и другой путь дезаминирования согласно реакции Л. Стикленда, который считает, что дезаминирование происходит в результате сопряженного окисления и восстановления пары аминокислот, одна из которых окисляется, а другая восстанавливается. К окисленным аминокислотам, т. е. донаторам водорода, относятся аланин, валин, серин, лейцин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Восстанавливаемыми аминокислотами являются глицин, про- лин, орнитин, аргинин и др.
Одна из аминокислот в процессе окисления дезаминируется в кетокислоту, которая затем в результате реакции окислительного декарбоксилирования превращается в жирную кислоту. Образовавшийся в результате окисления аминокислоты НАД-Н2 акцептируется восстанавливающейся аминокислотой. Сопряженные реакции окисления и восстановления можно представить двумя реакциями:

При таком механизме дезаминирования, где участвуют несколько аминокислот, питательная ценность сред для дрожжей повышается.
Как показали исследования Р. Торне, по сравнению с отдельными аминокислотами смесь двух аминокислот ускоряет размножение и рост дрожжей на 20%, смесь трех аминокислот — на 28%, а смесь восьми аминокислот — на 50% [48]. Это подтверждается тем, что наилучшей питательной средой для дрожжей является смесь аминокислот, содержащаяся в автолизатах.
Работами С. А. Коновалова показано, что дрожжи способны ассимилировать непосредственно аминокислоты. Позднее это было подтверждено Р. Торне.
Следует указать, что винные дрожжи в отличие от некоторых других гетеротрофных микроорганизмов способны синтезировать все аминокислоты, входящие в состав их белков, непосредственно за счет неорганических азотистых соединений, главным образом из аммиачных солей. Для построения углеродной цепочки аминокислот дрожжи используют продукты распада углеводов, которые образуются в процессе брожения и дыхания. Винные дрожжи способны синтезировать аминокислоты и белки за счет неорганического азота и углеводов. Они могут употреблять углекислоту для синтеза углеродного скелета аминокислоты. Так, например, дрожжи способны карбоксилировать пировиноградную кислоту с образованием щавелевоуксусной с последующим аминированием ее в аспарагиновую.
Первым продуктом биологической ассимиляции неорганического азота является аминокислота. Синтез аминокислот из их кетоаналогов дрожжи осуществляют путем восстановительного аминирования, катализируемого дегидрогеназой по схеме

С. П. Костычев [53] считал, что прямое аминирование кетокислот аммиаком имеет большое значение как связывающее звено между обменом углеводов, с одной стороны, и азотистым обменом — с другой.
Аналогичная связь осуществляется и при реакции ферментативного переаминирования:

Аминокислота передает свои аминогруппы кетокислоте; последняя аминируется в аминокислоту, а аминокислота превращается в соответствующую кетокислоту.
Известно, что если дрожжи при размножении не обеспечивать смесью всех аминокислот для биосинтеза белков, то они способны ассимилировать их без предварительного дезаминирования.
Наоборот, если в среде отсутствует несколько необходимых аминокислот, то дрожжи часть их дезаминируют, чтобы получить аммиак для синтеза недостающих аминокислот.
Виноградное сусло является наилучшей питательной средой для роста и размножения винных дрожжей. Многочисленные исследования показали, что они интенсивно потребляют содержащиеся в виноградном соке азотистые вещества, в первую очередь аммиачные соли, а затем аминокислоты.
Исследования С. Фланзи, М. Фланзи и Ч. Пу показали, что дрожжи при брожении виноградного сока ассимилируют весь аммиачный азот и около половины аминокислот, а также и пептиды.



 
< Биосинтез и метаболизм карбонильных соединений   Метаболизм органических кислот дрожжами при брожении >
Искать по сайту:
или внутренним поиском:

Translator

Наверх