Брожение – энергия для бактерий, польза для человека

Люди уже давно получают и используют продукты природного процесса брожения в своих интересах. Квашеные овощи, вино, сыр, кисломолочные продукты – все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые, вкладывая собственную энергию в ходе ряда химических реакций-превращений, одни органические соединения преобразуют в другие. Новообразованная органика имеет для человека особую ценность.

Виды брожения

Брожение – это химический процесс, который протекает в средах с окислительно-восстановительным потенциалом (они не до конца окислены и не до конца восстановлены).

В зависимости от состава среды, процесс брожения инициируют и осуществляют разные виды бактерий. Указанные обстоятельства определяют, какой вид брожения протекает в каждом конкретном случае.

Различаются следующие основные виды брожения:

• молочнокислое;
• пропионовокислое;
• смешанное (уксусное);

Роль бактерий в каждом из этих видов – снабжение процесса энергией и потребление выделяющейся энергии.

Молочнокислые бактерии

Что такое кисломолочные продукты, их роль и значение для здоровья человеческого организма – один из самых популярных вопросов о здоровье. Людей интересует, что это за такие интересные процессы, вызывающие столь глобальное оздоровление организма. Ответ на этот вопрос знают микробиологи.

Для начала можно дать характеристику бактериям, которые производит молочную кислоту – основу кисломолочного продукта:

1. В группу входят два разных по происхождению рода микроорганизмов (лактобактерии и бифидобактерии). Эти бактерии имеют разную морфологию, но и у лакто-, и у бифидобактерий грамположительная клеточная стенка.
2. Энергию для жизни получают только в процессе брожения, именно этот процесс играет ключевую роль в энергетическом обеспечении всех их жизненных процессов.
3. Способ питания – гомоферментное (лактобактерии) или гетероферментное (бифидобактерии) преобразование лактозы (молочного сахара) в лактат (молочную кислоту).
4. Процесс дыхания отсутствует, но данные бактерии относятся к анаэробным прокариотам, которые не используют кислород для своих жизненных процессов. При этом данная группа микроорганизмов может жить в присутствии кислорода, он не является для них ядом и не влияет на их функции в каком-либо негативном значении.

Что представляет собой гомоферментное брожение, характерное для питания лактобактерий:

1. При воздействии на лактозу фермента β-галактозидаза, молекула лактозы распадается на две молекулы глюкозы.
2. Запускается процесс гликолиза, в котором используется прибывшая к месту реакции молекула АТФ.
3. Глюкоза, преобразуясь в пируват, использует один фосфорный остаток АТФ, превращая его в АДФ.
4. На следующем этапе пируват возвращает фосфорный остаток молекуле АДФ, в результате чего получается органическая молекула молочной кислоты.

Лактобактерии

Гетероферментное питание подразумевает то, что анаэробные бифидобактерии используют несколько ферментов для разложения глюкозы (бифидобактерии легко используют для питания не только молочный сахар, а любую глюкозу).

На глюкозу воздействуют несколько ферментов: фосфоглюконат, рибулозодифосфат. При образовании энергетических связей и их распаде получается лактат (молочная кислота), тот же продукт, что и в способе, который используют лактобактерии.

Но, кроме того, при гетероферментном способе сбраживания образуется важный коэнзим Ацетил-КоА, который регулирует углеводный и жировой обмен.

Именно на этом свойстве бифидобактерий в кишечнике основаны препараты, которые призваны наладить обмен веществ. Для этой регулировки решающее значение имеют бифидобактерии.

Это довольно простой способ питания, но имеющий большое значение для человека, если вспомнить, какую роль играют молочнокислые бактерии в защите кишечника, кожи и всех слизистых организма.

Сегодня простейшие анаэробные микроорганизмы, у которых вообще отсутствует дыхание, используются на многих производствах:

1. Их выращивают для наведения порядка в кишечнике и подавления микрофлоры гниения. Гниение – это катаболический процесс, который дезактивируется в кислотной среде. Проще говоря, бактерии гниения погибают в среде, где основу составляют продукты жизнедеятельности молочных бактерий.
2. Так же, как для наведения порядка в кишечнике, их используют для предотвращения гниения на коже и на слизистых человека. Гниение на этих тканях предотвращается по той же причине (бактерии гниения погибают, отравленные молочной кислотой).

Восстановление естественной бактериальной защиты организма и эффективная борьба с микрофлорой гниения в кишечнике – не единственное значение для человека работы молочнокислых организмов. Их роль в продуцировании жизненно важных витаминов и в формировании и поддержании иммунитета сложно переоценить.

Пропионовокислые бактерии

Propionibacterium образуют пропионовую кислоту (пропионат), которая имеет решающее значение на стадии дозревания сыров.

Дыхание пропионибактерий анаэробное. Кроме сыра, место их обитания – рубец и кишечник жвачных животных, а также кожа лица человека (являются причиной сильных воспалений).

Способ разложения глюкозы при данном виде брожения предусматривает выделение таких полезных соединений, как:

• биотин (водорастворимый фермент группы В);
• молочная кислота.

Кожа, пораженная деятельностью пропионибактерий

Этот состав объясняет пользу сыров для здоровья человека, в том числе и для общего оздоровления кишечника.

Смешанное брожение

В результате этого вида анаэробного дыхания микроорганизмов из глюкозы производится целая сложная смесь кислот:

• ацетат (уксусная кислота);
• лактат;
• сукцинат (янтарная кислота);
• формиат (муравьиная кислота).

Микроорганизмы, которые осуществляют дыхание через смешанное брожение, в процессе систематизации выделили в отдельный порядок – энтеробактерии (Enterobacteriaceae). В этот порядок входят практически все основные возбудители кишечных инфекций человека: сальмонеллы, кишечные палочки, шигеллы, клебсиеллы.

В отсутствие глюкозы эти микроорганизмы могут переходить на кислородный способ дыхания (факультативные анаэробы). Они очень нетребовательны к субстрату для роста и размножения, но некоторые виды погибают при повышении температуры среды.

Живут в кишечнике человека, при проведении санитарно-эпидемиологических исследований являются симптомом наличия фекального загрязнения.

Спиртовое брожение

Однако не только бактерии являются фабриками по разложению глюкозы на составляющие с образованием новых органических соединений. Человеку давно известен способ получения этанола с помощью одноклеточных грибов – дрожжей. Осуществляющие спиртовое брожение дрожжи выделены в отдельную внетаксономическую группу, причем границы этой группы еще не до конца определены.

По генетическому анализу спиртовые дрожжи имеют общие родственные связи с аксомицетами (несовершенными грибами). Одни из самых известных несовершенных грибов – трюфели.

Процесс спиртового брожения по способу мало чем отличается от других видов преобразования глюкозы. Спиртовые дрожжи в отсутствии кислорода переключаются на анаэробное дыхание (если кислород есть, спиртовые дрожжи дышат только им). Этот эффект спиртовых дрожжей исследовал и описал Луи Пастер. Теперь он так и называется: эффект Пастера.

Кроме того, если во время брожения в субстрат добавлять некоторые химические вещества, то меняется состав продуктов брожения. Так, например, можно получить глицерин.

Но не только дрожжи могут сбраживать глюкозу с образованием этанола, есть один род бактерий – Sarcina. Эти микроорганизмы осуществляют сбраживание по тому же пути, что и дрожжи. Кроме процессов, в которых спирт является основным продуктом, есть еще процесс, где этанол – побочный продукт брожения. Эти процессы протекают в организмах клостридий и энтеробактерий.

Юлия Пятирублева

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.