Млечнокисела ферментация

Когато за първи път учихме за гликолиза, видяхме, че ако започнем с молекула глюкоза и процесът протече – глюкозата, която съдържа шест въглеродни атома, има и кислородни, и водородни атоми, но е шест-въглеродна захар. Тази шест-въглеродна захар се разделя на две молекули пируват, всяка от които има по три въглеродни атома. При този процес произвеждаме общо две молекули АТФ. Инвестираме две молекули АТФ в първата фаза, а след това произвеждаме четири молекули АТФ. Общо печелим две молекули АТФ. Но това не единственото, което се случва. Имаме и две молекули НАД – никотинамидадениндинуклеотид. (никотин-амид-аденин-ди-нуклеотид) НАД се редуцира до НАДН. Защо се редуцира? Тук виждаме, че НАД има положителен заряд, но става неутрална молекула, когато приеме електрони. Ето тук се редуцира. Следващият ти въпрос може да е, "Какво се случва след това?". Ако този процес протича в мен или в теб, ако имаме достатъчно кислород, ще продължим с клетъчно дишане. Процесите ще се пренесат в митохондриите, защото молекулите пируват и НАДН могат да се използват за производството на още АТФ. Пируватът продължава да се разгражда в цикъла на Кребс, познат и като цикъл на лимонената киселина. В този процес се произвеждат АТФ и НАДН. НАДН може да участва в електрон-транспортната верига, което води до производството на още повече АТФ. Но ако сме в ситуация, при която нямаме кислород, или ако сме организъм, който не обича да използва кислород или не знае как да го използва, какво се случва тогава? Случва се това, за което ще говорим в настоящето видео. Това една от възможните пътеки. Това е млечнокиселата ферментация. Тя е един от двата основни вида ферментация. Млечнокисела ферментация. При млечнокиселата ферментация основната цел не е да произведем още АТФ, а да рециклираме пирувата и НАДН. Въпреки че пируватът и НАДН имат свободна енергия, която може да се превърне в АТФ, ако имаме млечнокисела ферментация, един вид се отказваме от тази енергия. Всъщност ще използваме пирувата, за да окислим НАДН до НАД+. Така получаваме още НАД+, за да може гликолизата да протече отново. Организми, в които протича ферментация, използват гликолизата като основен източник на енергия. Както казахме, целта на ферментацията е рециклиране на това, което в този случай се смята за отпадък – пируват и НАДН, за да получим НАД+ и да може гликолизата да протече отново. Сега може да си кажеш: "О, това сигурно е нещо странно, което не се среща често в живата природа." Но всъщност може би всеки ден или всяка седмица консумираш организми, които извършват млечно-кисела ферментация. Това тук е снимка на кисело мляко. Получаваме кисело мляко, когато определени видове лактобацили преработват захарите в млякото. Те извършват гликолиза и след това преминават към млечнокисела ферментация, превръщайки пирувата в лактат. Или ако разглеждаме киселините – млечна киселина или пируватна киселина. Пируватът е основната част на пируватната киселина. А лактатът – на млечната киселина. Тя е това, което дава на киселото мляко уникалния му вкус. Тази бактерия тук – лактобацилът. Това е само един вид лактобацил. Има различни видове, всеки от които участва в производството на тези храни. Но този тук е за кисело мляко. Ако харесвате корейска храна, това тук е кимчи, в него се използват друг вид лактобацили и също протича млечнокисела ферментация на захарите в зеленчуците. Това тук е кисело зеле, имаме друг вид лактобацил, който извършва млечнокисела ферментация на захарите на зелето. Така получаваме кисело зеле. Да помислим за процесите, които протичат. Както казах, имаме пируват или пируватна киселина (пирогроздена киселина). Това, което съм нарисувал тук, е пируватна киселина, тъй като имаме водороден протон. Ако изгубим водородния протон, това е същото нещо, нарисувано отново, но без водородния протон. Този кислород е държал този електрон. Всички останали водородни атоми се подразбират. Трите водородни атома при този въглероден атом се подразбират. Тук рисувам същото нещо с различен запис. Тук сме изгубили протона и ще наричаме това съединение пируват. Пируват. Пируватната киселина или пируватът се използват за окисление на НАДН. Те взимат неговия хидриден анион, взимат един електрон, всъщност взимат повече от един електрон, като цяло НАДН губи електрони. Ако губи електрони, значи се окислява. Така НАД+ може да се използва отново в гликолизата. Когато пируватната киселина взаимодейства с НАДН, тя се редуцира. Тя се редуцира, приема електрони. Ако мислим за киселината, тя ще се превърне в ето това тук – млечна киселина. Затова наричаме процесът млечнокисела ферментация, защото взимаме пируват – ако имахме кислород, или ако организмът знаеше как да го използва, може би процесът щеше да продължи към клетъчно дишане и да използва тази енергия. Но при млечнокиселата ферментация използваме пирувата, за да окислим НАДН и да получим още НАД+. Нека погледнем какво точно се случва. Първото нещо, което искам да ти покажа, защото много често в часовете по биология се учи за НАД и НАДН, но той изглежда като много абстрактна молекула. Това е рисунка на молекулата. Това е никотинамидадениндинуклеотид. (никотин-амид-аденин-ди-нуклеотид) Доста дълго име, но когато го разделим на частите му, можем да разберем какво означава. От това тук идва частта "никотинамид". Това тук е нашият добър приятел аденинът. Виждаме го и в АТФ, както и като една от азотните бази в ДНК и РНК. Тук имаме рибоза. Имаме фосфатна група, още една фосфатна група. И така никотинамид, аденин, имаме нуклеотид ето тук, имаме и друг нуклеотид. Така получаваме никотинамидадениндинуклеотид. (никотин-амид-аденин-ди-нуклеотид) Така че името е много логично. Исках да ти го покажа визуално, за да разбереш, че е доста сложна молекула. Понякога виждаш само буквите НАД и не разбираш какво всъщност представлява молекулата. Тя е коензим. Учихме за коензимите в други клипове. Ензимът, който катализира тази реакция, е млечнокисела дехидрогеназа. Запомни, по-голямата част от ензимите са големи белтъчни структури, нагънати по различни начини. След това имаме НАД. В случая на млечнокисела ферментация имаме НАДН, това тук е НАДН. Рисувам приблизително как би изглеждал НАДН. Рисунката не е точна. Той ще реагира с пирувата. Ще реагира с пируват, въпреки че пируватът официално се счита за субстрат на ензима, цялата цел на процеса е да окислим НАДН. НАДН да изгуби водороден протон и допълнителен електрон. И така, водороден протон, водороден електрон и още един електрон. Губи хидриден анион. Как се случва това? Случва се, тъй като азотът има допълнителна свободна електронна двойка и тази електронна двойка може да образува двойна връзка ето тук. Ако този въглерод сега има двойна връзка, този въглероден атом трябва да се освободи от тази двойна връзка. Следователно това идва тук. Това идва тук. И сега, ако имаме двойна връзка тук, виждаме я и в крайния продукт, този въглероден атом ще трябва да пусне една от връзките си. Ще се освободи от цялата ковалентна връзка с този водороден атом и от двата електрона. Тези два електрона ще бъдат освободени. Тези тук. След това това тези два електрона могат да се свържат с този въглерод тук. Щом този въглероден атом формира нова ковалентна връзка, трябва да се освободи от една от старите си връзки. Затова той се освобождава от една от двойните си връзки с този кислороден атом. Тя може да се върне при този кислород или да намери водороден протон от преминаваща водна молекула или от хидроксониев йон. Мога да нарисувам това. Може да грабне водороден протон. И така, какво получаваме? Тази електронна двойка вече е тук, имаме двойна връзка тук, изгубили сме един от тези водородни атоми, очевидно не съм нарисувал всички водородни атоми в тези молекули. Така че сега сме се върнали към НАД. Този азотен атом е бил неутрален, но сега не е задържал тези два електрона за себе си, а ги споделя, следователно ще има положителен заряд. Затова наричаме съединението НАД+. НАДН е изгубил водород и един електрон, Водороден протон, водороден електрон и още един електрон. Сега има положителен заряд. А пируватът сега е съединението, което съм нарисувал тук. Показвам го депротонирано. Това е лактат. Лактат. Ако имахме протон тук, щеше да е млечна киселина. Надявам се, че това видео ти беше интересно, на мен ми е много интересно да разбирам как протичат всички тези процеси. Лактобацилите не са единствените организми, които използват млечнокисела ферментация, но са полезни за най-различни вкусни храни, които произвеждаме. Забележително е, че тези сложни процеси протичат постоянно в природата около нас, а понякога и в собствените ни тела, както и в тези малки организми. Например този лактобацил тук е с размер между пет и десет микрометра. Пет микрометра са пет милионни от метъра.