Кофакторы - Механизмы брожений

Оглавление
Механизмы брожений
Кофакторы
Анаэробные превращения пировиноградной кислоты
Разложение сахаров дрожжами
Другие превращения, вызываемые дрожжами
Разложение сахаров молочнокислыми бактериями
Молочнокислое скисание
Другие превращения, вызываемые молочнокислыми бактериями
Превращения, вызываемые уксуснокислыми бактериями


Известно,  что ферменты участвуют в катализе биохимических реакций. Для осуществления своей каталитической активности некоторые из них нуждаются в кофакторе, которым могут быть в зависимости от случая ион металла, прочно связанная простетическая группа, не отделимая от ферментного белка, или кофермент, несвязанный с белком, он ведет себя как субстрат реакции. Ниже будут описаны четыре кофактора, которые играют важную роль в механизмах брожений.
Никотинамидадениндинуклеотид, или НАД. Его структура включает два нуклеотида, связанных пирофосфатной связью (рис. 15.1). В течение длительного времени его называли ди- фосфопиридиннуклеотид, или ДПН. Он выступает как кофермент различных дегидрогеназ; фактически может фиксировать два водорода посредством своего никотин амидного ядра (рис. 15.2). Этот окислительно-восстановительный процесс кратко записывается так:
NAD^ + 2Н^NADH 4- Н+, или проще, но менее верно NAD + 2Н NADH2.
Механизм окисления-восстановления НАД
Рис. 15.2. Механизм окисления-восстановления НАД.

Аденозиндифосфат, или АДФ, и аде- нозинтрифосфат, или АТФ. Эти вещества играют главную роль в процессах передачи энергии в биохимических реакциях. В молекуле АТФ (рис. 15.5)

Роль АТФ в энергообмене
Рис. 15.6. Роль АТФ в энергообмене.

Рис. 15.3. Окисление-восстановление, катализируемое НАД.
Рис. 15.5. Аденозинтрифосфат, или АТФ.

Рис. 15.4 Тиаминпирофосфат

Реакция окисления-восстановления, в которой первое вещество АН2 окисляется в форме А, тогда как второе В восстанавливается в ВН2, схематически показана на рис. 15.3.
Тиаминпирофосфат (ТРР), или ко- карбоксилаза. Сложный пирофосфорный эфир тиамина или витамин Bi (рис. 15.4) является переносчиком альдегидных групп, и в частности ацетальдегида.
третья молекула фосфата связана с предыдущей так называемой «энергоемкой» связью, т. е. разрыв этой связи сопровождается высвобождением энергии; в то же время для образования такой связи необходима внешняя энергия. Схематически этот процесс можно представить так, что химические реакции, при которых высвобождается энергия (экзореакции), ведут к образованию из АДФ и минерального фосфата молекул АТФ, которые являются формой накопления непосредственно используемой энергии (рис.

  1. .           Эти АТФ в дальнейшем снова используются для реализации реакций синтеза и других реакций, нуждающихся в энергии   (эндореакции), необходимой клеткам, чтобы обеспечить их жизненные функции, и  в частности их размножение.

Кофермент А. Этот фактор (рис.

  1. кратко записывается как СоА— —SH; такая запись указывает на химическую группу тиола (SH), которая является основой всех его свойств. Он дает с кислотами ацилкоферменты А, в сокращенной записи R—СО—S— —СоА, очень реакционно способные и обеспечивающие фиксирование радикала R—СО на другой молекуле. Он также участвует во многих реакциях синтеза, в частности в форме СНз— —СО—S—СоА, или ацетилкофермента или активного ацетата, лежит в основе синтеза жирных кислот и липидов.


Кофермент А
Рис. 15.7. Кофермент А.
Гликолиз включает совокупность реакций, которые позволяют живым клеткам превращать сахар С6 (глюкоза и фруктоза) в пировиноградную кислоту. Эти реакции одинаково успешно протекают как в анаэробиозе (спиртовое брожение и молочнокислое брожение), так и в аэробиозе (дыхание). Ввиду этого они описаны отдельно, прежде чем приступить к рассмотрению явлений микробиальной биохимии, интересующих энологию, из которых- многие вызывают гликолиз.
Первым этапом является образование сложных эфиров фосфорной кислоты сахаров (глюкозы или фруктозы) (рис. 15.8), обычный процесс в биохимических механизмах, который объясняется энергетическими причинами; действительно, молекулы фосфата могут делать с некоторыми органическими радикалами «связи, насыщенные энергией», и их передача с одной молекулы на другую сопровождается передачей энергии в соответствии с процессом, описанным для АТФ. Руководствуясь установившейся традицией, авторы обозначают во всех формулах молекулы фосфата символом Р.
Как у глюкозы, так и у фруктозы исходным пунктом разрыва молекулы является фруктоза-1,6-дифосфат, который обладает фурановым циклом с 5 малостабильными цепями. Разрыв ведет к двум изомерным триозам: 96,5% диоксиацетонфосфата и 3,5% глицеринового альдегидфосфата (рис.  15.9). Но лишь последний участвует в последующих реакциях, и равновесие непрерывно нарушается в его пользу. В конечном счете все происходит так, как если бы одна молекула сахара С6 превращалась в две молекулы глицеринового альдегида (см. рис. 15.8 и 15.9).

Образование сложных эфиров фосфорной кислоты и сахаров
Рис. 15.8. Образование сложных эфиров фосфорной кислоты и сахаров.

Рис. 15.9. Разрыв фруктозы-1,6-дифосфата на две молекулы триозофосфата в процессе гликолиза.
Превращение глицеринальдегида-3- фосфата в пировиноградную кислоту (рис. 15.10) включает окисление в глицериновую кислоту после гидратации, изомеризацию с передачей фосфатной группы, дегидратацию спиртовой функции в энолпировиноградную кислоту.
Окисление глицеринальдегида-З- фосфата, с одной стороны, отделение молекулы фосфата от фосфоэнолпировиноградной кислоты, с другой, представляют собой реакции, которые высвобождают энергию, использованную на образование АТФ. Следовательно, превращение двух молекул глицеринальдегида-3-фосфата, происходящих из одной молекулы сахара С6, ведет к образованию 4АТФ. Но начальное фосфорилирование молекулы сахара С6 требует 2АТФ (см. рис. 15.8). В конечном счете чистым энергетическим балансом гликолиза является образование 2АТФ.



 
< Уксуснокислые бактерии   Улучшение качества винограда >
Искать по сайту:
или внутренним поиском:

Translator

Наверх