Alkoholno vrenje

7/24/2019 Alkoholno vrenje

1/16

1. Uvod

Vrenjeje proces nepotpune razgradnje tvari bez prisutstva kisika. Ono je neizravno ukljueno u

energijske procese, te nije primarni proces dobivanja energije. Najznaajnija uloga vrenja openito,

pa tako i alkoholnog, je u regeneriranju nosaa elektrona koji su vrlo vani za proces glikolize jer

omoguuju pregradnju tvari tijekom procesa.To su molekule NA! " # reducirani oblik i NA$%

oksidirani oblik.

&amim alkoholnim vrenjem se ne dobiva znaajna energija budui da su produkti etanol i 'O ".

(tanol kao takav je )tetna tvar za stanice i nastaje kao )tetan nusprodukt kojeg se stanice nastoje

rije)iti, a mi taj )tetan produkt iskori)tavamo u industrijske svrhe. *gljikov+- oksid nema nikakvu

korist stanicama i on se otpu)ta, a mi pomou njega dokazujemo intenzitet alkoholnog vrenja.

* ovom praktinom dijelu nastojimo istraiti kako razliiti ugljikohidrati utjeu na metabolizam

kva)evih gljivica, te dokazati odre/ene hipoteze vezane uz alkoholno vrenje.

2. Openito o metabolizmu

Metabolizamili izmjena tvari je skup kemijskih reakcijakoje se odvijaju u ivom organizmukako

bi odraliivot. Ti procesi omoguuju organizmu rast, razvoj, razmnoavanje, odravanje ivotnih

0unkcija te reagiranje na okolinu.1etabolizam pojedinog organizma odre/uje koji e se kemijski

spojevi koristiti kao hranjive tvari, a koji e djelovati kao )tetne tvari.

2emijske reakcije metabolizma su podijeljene u metabolike puteveu kojima se odre/eni kemijski

spoj pretvara u neki drugi uz pomo enzima.

3rema metabolikim reakcijama, metabolizam se dijeli u dvije kategorije4

% 2atabolizam% Anabolizam

1
http://hr.wikipedia.org/wiki/Kemijska_reakcijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Organizamhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Organizamhttp://hr.wikipedia.org/wiki/%C5%BDivothttp://hr.wikipedia.org/wiki/%C5%BDivothttp://hr.wikipedia.org/wiki/Metaboli%C4%8Dki_puthttp://hr.wikipedia.org/wiki/Enzimhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Organizamhttp://hr.wikipedia.org/wiki/%C5%BDivothttp://hr.wikipedia.org/wiki/Metaboli%C4%8Dki_puthttp://hr.wikipedia.org/wiki/Enzimhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Kemijska_reakcija


2/16

2.1. Katabolizam

2atabolizam je skupina metabolikih procesa koji razgra/uju velike sloene molekule. 5lavna

svrha razgradnje sloenih molekula je dobivanje manjih molekula koje kasnije slue kao 6materijal6za izgradnju sloenih spojeva za potrebe organizma +anabolike reakcije, a procesi se koriste i za

dobivanje energije.

2atabolike reakcije se razlikuju od organizma do organizma, pa se prema nainu na koji organizmi

dobivaju energiju i ugljikmogu podijeliti. Organizmi koji koriste organske molekule kao izvor

energije nazivaju se organotrofni organizmi, dok litotrofni organizmikoriste anorganske spojeve.

Fototrofni organizmisunevu svjetlost koriste kao potencijalni izvor kemijske energije.

Slika 1. Usporedba energijskih dobitaka kataliziranih reakcija katabolizma i nekatalizirane reakcije sagorjevanja ugljikohidrata.

2

(nzimski kataliziranareakcija Nekatalizirana reakcija.

-isoka energijaaktivacije

slob

odnaenergija

&va slobodnaenergijaosloba/a se uobliku topline

io slobodneenergijepohranjuje se uobliku nosaaelektrona
http://hr.wikipedia.org/wiki/Ugljikhttp://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Organotrofni_organizmi&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Litotrofni_organizmi&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fototrofni_organizmi&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/wiki/Ugljikhttp://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Organotrofni_organizmi&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Litotrofni_organizmi&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fototrofni_organizmi&action=edit&redlink=1


3/16

2.2. ANAO!"#AM

Anabolizam je niz metabolikih procesa izgradnje sloenih molekula, za koje se tro)e prekursori i

energija nastala katabolizmom.

Anabolizam se odvija u tri osnovna koraka 4

% * prvom koraku nastaju prekursori sloenih molekula4

npr.aminokiseline, monosaharidi,izoprenoidii nukleotidi.% * drugom koraku prekursori se aktiviraju, vezanjem energije iz AT3a.% * treem koraku se prekurosri spajaju u sloene spojeve4

npr.proteini,polisaharidi,lipidii nukleinske kiseline.

1etabolizam se tako/er moe podijeliti na aerobni i anaerobni. 2od aerobnog energija zapokretanje mi)ia dobiva se u biokemijskim reakcijama u kojima se tvari iz hrane razgra/uju uz

pomo kisika. 3rema tome, aerobna aktivnost odnosi se na prisutnost kisika. 1i)ine i druge stanice

ponekad mogu stvoriti energiju iz hranjivih tvari, a da im u biokemijskim reakcijama nije potreban

kisik, otuda i naziv anaerobno. To se doga/a kad je tijelu potrebna energija odmah , bez

mogunosti da se tijelo postepeno prilagodi na vei napor i da mu se dostave vee koliine kisika.

Osim energije, u tom procesu, nastaje i mlijena kiselina koja se odvodi iz mi)ia.

Adenozin trifo$fatili A%&je glavno unutarstanino skladi)te energije.

&tanicamoe normalno 0unkcionirati i obavljati redovne ivotne 0unkcije samo kad na raspolaganju

ima dovoljnu koliinu AT3%a tj. (nergije.

3
http://hr.wikipedia.org/wiki/Aminokiselinehttp://hr.wikipedia.org/wiki/Aminokiselinehttp://hr.wikipedia.org/wiki/Monosaharidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Monosaharidhttp://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Terpenoid&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/wiki/Nukleotidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/ATPhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Proteinhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Proteinhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Polisaharidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Lipidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Lipidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nukleinske_kiselinehttp://hr.wikipedia.org/wiki/Energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Stanicahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Stanicahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Aminokiselinehttp://hr.wikipedia.org/wiki/Monosaharidhttp://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Terpenoid&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/wiki/Nukleotidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/ATPhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Proteinhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Polisaharidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Lipidhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nukleinske_kiselinehttp://hr.wikipedia.org/wiki/Energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Stanica


4/16

".7. 5ra/a AT3%a

Adenozin tri0os0at gra/en je od du)ine baze adenina, monosaharidaribozei tri 0os0ata. 3rvi je

0os0at na ribozu vezan vrstom kovalentnom vezom+e$ter$'om vezomkoja nije energetski bogata

+

5

o

hidrolize8 %9: k; k;


5/16

)li'olizaje glavni metaboliki put razgradnje glukozekoji se doga/a u citosolu +citoplazmi, a

pretvara glukozu + '!9"O u piruvat + '!7'O'OOB$ !$.

&lobodna se energija oslobo/ena u tom procesu koristi za sintezu energijom bogatih spojeva kao )to

suAT3+adenozin tri0os0at iNA!+reducirani oblik nikotinamid adenin dinukleotida # nosaa

elektrona.

5likoliza se moe odvijati areobno i anaerobnoovisno o dostupnosti kisika i lancu za prijenos

elektrona. Osim glukoze, glikoliza je glavni metaboliki put do 0ruktoze, galaktoze i

drugih ugljikohidrataiz hrane.

-eina je reakcija glikolize reverzibilna, a 7 su reakcije izrazito egzergone te se kao takve u

0iziolo)kim uvjetima smatraju ireverzibilnima. To su reakcije koje kataliziraju heksokinaza,

0os0o0ruktokinaza i priruvat%kinaza +reakcije 9,7 i 9= te su stoga one glavna mjesta regulacije

glikolize.

Slika #. Prikaz razgradnje glukoze do pirogro$%ane kiseline

5
http://hr.wikipedia.org/wiki/Glukozahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Citosolhttp://hr.wikipedia.org/wiki/ATPhttp://hr.wikipedia.org/wiki/ATPhttp://hr.wikipedia.org/wiki/NADHhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Oksidacijska_fosforilacijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Oksidacijska_fosforilacijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Fruktozahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Ugljikohidratihttp://hr.wikipedia.org/wiki/Glukozahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Citosolhttp://hr.wikipedia.org/wiki/ATPhttp://hr.wikipedia.org/wiki/NADHhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Oksidacijska_fosforilacijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Oksidacijska_fosforilacijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Fruktozahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Ugljikohidrati


6/16

Slika &.Pojednostavljeni prikaz reakcija glikolize s produktima

@a sve metabolike reakcije u mitohondrijima je potreban kisik +proces staninog disanja, dok za

reakcije u citoplazmi nije potreban kisik +anaerobne reakcije.

(nolni oblik priuvata spontano prelazi u keto oblik koji se uz NA! reducira do laktata pomou

enzima laktat%dehidrogenaze. @ahvaljujui toj reakciji NA! se moe reoksidirati u NA$koji e

moi primiti vodik nastao u . reakciji pa se glikoliza moe nastaviti i u anaerobnim uvjetima.

* aerobnim se uvjetima u mitohondrijima piruvat oksidacijski dekarbokslilira +uklanjanje

karboksilne skupine kao 'O" u acetil%'oA+acetil koenzim A koji se u ciklusu limunske

kiselineoksidira do 'O",a NA! se u ovom sluaju reoksidira u respiracijskom lancu.

".>. -C(N;A

6
http://hr.wikipedia.org/wiki/Acetil-CoAhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Krebsov_ciklushttp://hr.wikipedia.org/wiki/Krebsov_ciklushttp://hr.wikipedia.org/wiki/Krebsov_ciklushttp://hr.wikipedia.org/wiki/Oksidacijska_fosforilacijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Acetil-CoAhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Krebsov_ciklushttp://hr.wikipedia.org/wiki/Krebsov_ciklushttp://hr.wikipedia.org/wiki/Oksidacijska_fosforilacija


7/16

Slika

'.Shematski prikaz mogu(ih sudbina piruvata nastalih glikolizom

".>.9. 1?;(DNO -C(N;(

Eakterije +rod)actobacillus, ?55 razgra/uju pirogro/anu kiselinu na mlijenu. Ova vrsta vrenja

koristi se u prehrambenoj industriji za proizvodnju mlijenih proizvoda + sirevi , jogurti , ke0ir,

kiselo mlijeko itd. te kiseljenje voa i povra.

1lijeno vrenje moe se dogoditi i u na)im tjelesnim stanicama kod 0izikog preoptereenja.

Nedostatak kisika u citoplazmi stanice preusmjerava pirogro/anu kiselinu iz glikolize u vrenje, a

nastala se mlijena kiselina taloi u mi)iima i uzrokuje bol i umor.

".>.". O'T(NO -C(N;(

@a razliku od mlijenog i alkoholnog vrenja , octeno vrenje je aeroban proces koji se nastavlja na

alkoholno vrenje.

Alkohol etanol u prisutstvu kisika i bakterija rodacetobacterprelazi u octenu kiselinu.

'!7'!"O! $ O" '!7'OO! $ !"

*. A!KO+O!NO V,-N-

7


8/16

7.9 Openito o alkoholnom vrenju

Alkoholna 0ermentacija ili kako se esto naziva alkoholno vrenje biokemijski je proces

trans0ormacije monosaharida +glukoza, 0ruktoza u alkohol i ugljini dioksid posredstvom kvasaca i

uz sudjelovanje cijelog niza enzima.

jelujui preko raznih enzima, koje je 9FG>. godine otkrio Euchner, kvasac je stvarni

nosilac svih reakcija, koje predstavljaju mani0estaciju njegovih ivotnih 0unkcija pod

odre/enim aerobnim i anaerobnimuvjetima.

3od aerobnim uvjetima trans0ormacija )eera ide do kraja, tj. stvara se ugljini dioksid ivoda i osloba/a velika koliina energije. To je s energetskog gledi)ta vrlo ekonomian

proces jer malom pretvorbom )eera, kvasac osigurava veliku koliinu energije za svoj razvoj.

1e/utim, s druge strane, alkoholna 0ermentacija predstavlja biokemijski proces razgradnje )eera

u anaerobnim uvjetima tj. bez prisutnosti kisika, koji se odigrava u ivoj stanici kvasca. 3od

anaerobnim uvjetima trans0ormacija )eera ne ide do kraja ve samo do 0ormiranja alkohola

+etanola i ugljinog dioksida.

-eina kvasaca podjednako 0ermentira glukozu i 0ruktozu, dok manozu tee 0ermentiraju i to

tek nakon prethodna dva )eera. isaharidi +saharoza, maltoza, laktoza i dr. u pravilu ne

0ermentiraju osim u sluaju kada su kvasci u stanju sintetizirati odgovarajue hidrolitike

enzime +saharazu i invertazu i dr., a isti je sluaj i s trisaharidima +ra0inoza.

3roces alkoholnog vrenja moemo podijeliti na dvije 0aze4 prvo ide razgradnja glukoze do

pirogro/ane kiseline +piruvata, a taj skup reakcija zovemo glikoliza, zatim slijedi alkoholna

0ermentacija.

Tek kad se glikolizom stvori vea koliina pirogro/ane kiseline zapoinje HpravaI

alkoholna 0ermentacija. Ona dakle kree od pirogro/ane kiseline i to tako da najprije do/e

do dekarboksilacije pirogro/ane kiseline u acetaldehid, a zatim redukcijom

8


9/16

stvorenog acetaldehida nastaje alkohol etanol, uz istovremenu oksidaciju NA! NA$ +nosai

elektrona

Slika *. Shema alkoholnog vrenj

7." A?2O!O?NO -C(N;( * N*&TC;

9


10/16

* alkoholna pia koja mogu biti proizvedena 0ermentacijom variraju, ovisno prvenstveno o dva

0aktora 4

A Eiljka koja 0ermentiraE (nzimi koji se koriste za 0ermentaciju

?judska dru)tva koriste materijale koji su im na raspolaganju , stoga se koristi gro/e, bobice,

kukuruz, ria, p)enica, med, krumpir, jeam, hmelj, kaktusov sok, manioka korijen, i druge biljne

tvari za vrenje.

3roizvodi takve reakcije su razni oblici piva, vina ili destiliranih likera, koja se moe dati

konkretnim imenima, ovisno o izvoru iz kojeg dolaze.

Cano u ljudskoj povijesti, ljudi su koristili prirodni kvasac za vrenje. 3roizvodi takvih reakcija

ovisili su o bilo kojem enzimu koji se mogao nai u 6divljem6 kvascu.

anas, vinari su u mogunosti odabrati iz raznih posebno uzgajanih kvasca precizan smjer kojim e

0ermentacija ii.

1e/utim, 0ermentacija ima mnogo primjena u raznim poslovima .

zbor pravih bakterija u pravim uvjetima +na primjer, kiselosti i koncentracije soli je umjetnost u

proizvodnji prehrambenih proizvoda s tono eljenim okusa.

* nekim sluajevima, antibiotici i drugi lijekovi mogu se dobiti 0ermentacijom ako nema drugih

dostupnih uinkovitih metoda.

Na primjer, vaan lijek kortizon se moe pripraviti 0ermentacijom biljnog steroida poznat kao

diosgenin.

;edan od najuspje)nijih proizvoda 0ermentacije je proizvodnja etilnog alkohola za uporabu

gasohola +eng..

5asohol je smjesa od oko G=J benzina i 9=J alkohola.

2ori)tenje gasohola prua obeavajue metode za kori)tenje obnovljivih izvora energije +biljni

materijal koji e pro)iriti dostupnost neobnovljivih resursa +benzin.

ruga vana primjena postupka 0ermentacije je u obradi otpadnih voda.

* procesu s aktivnim muljem, aerobne bakterije se koriste radi 0ermentiranja organskih tvari u

otpadnim vodama. 2ruti otpad se dalje pretvaraja u ugljini dioksid, vodu i mineralnie soli.

7.7 -AKNO&T A?2O!O?NO5 -C(N;A * 2*LAN&T-*

10


11/16

(tilni alkohol nije jedini koristan proizvod 0ermentacije.

*gljini dioksid koji nastaje tijekom 0ermentacije je tako/er vana komponenta mnogih pekarskih

proizvoda.

2ada se tijesto za kruh se mije)a, na primjer, doda se mala koliina )eera i kvasca.

Tijekom razdoblja rasta, )eer 0ermentira djelovanjem enzima u kvascu, uz tvorbu ugljikovogdioksida. *gljini dioksid daje tijestu glomaznost i teksturu koje e nedostajati bez procesa

0ermentacije.

Slika +. Primjeri razli,itih tekstura pekarskih prozvoda zbog procesa fermentacije.

/. &,AK%"0N" "Oo'azivanje produ'ata al'o(olnog vrenja

:.9 1AT(C;A?

11


12/16

%dvije vreice suhog kvasca

% monosaharidi4 glukoza, 0ruktoza

% disaharid4 laktoza, saharoza

% polisaharid4 )krob

% kalcijev hidroksid + 'a+O!"+aM

% voda

% epruvete i stalak za epruvete

% koljenasto savijene staklene cjevice s gumenim nastavcima% menzure od 9= i "> m?

% tri staklene kadice za vodu

% tri metalna stalka

% devet metalnih hvataljki za epruvete

% plastine kapalice od 7 m?

% laboratorijske a)e od F= m?

% digitalna vaga

% laboratorijski dnevnik

% 0otogra0ski aparat

% vodootporni 0lomaster za oznaavanje epruveta

% ure/aj za mjerenje vremena

:." 1(TO(

&uspenziju kvasaca pripremimo tako da sadraj tri vreice suhog kvasca u cijelosti istresemo

u 9== m? vode koju smo prethodno ulili u a)u. &adraj a)e potrebno je dobro mije)ati

12


13/16

staklenim )tapiem dok ne dobijemo homogenu suspenziju kvasaca. &uspenziju smo promatrali

sljedeih 9> minuta kako bismo se uvjerili nastaju li mjehurii.

2ako bismo pripremili otopine koje su nam potrebne za ovaj pokus, morali smo izraunati

koliko je potrebno odvagati pojedinih ugljikohidrata za pripremu otopina masenih udjela :J iFJ. 3ripremili smo a)e od F= m? u koje smo ulili po F= m? vode. @a pripremu otopina

ugljikohidrata +8:J odvagali smo po 7," g, a za pripremu otopina +8FJ, odvagali smo po

,: g pojedinih ugljikohidrata.

3ripremljenu suspenziju kvasaca razdijelimo u epruvete koje smo prethodno oznaili

vodootpornim 0lomasterima. &astavimo aparature za sakupljanje plinova tako da na svaki

metalni stalak privrstimo po tri metalne hvataljke s epruvetama te privrstimo koljenaste

cjevice s pripadajuim epom i gumenim nastavcima. &taklenu kadicu ispunimo vodom do 9 minuta.

Nakon )to pro/e 9> minuta izvadimo cjevicu iz menzure te oitamo volumen nastalog 'O".

2ako bismo dokazali da je 'O" uistinu nastao, mjehurie plina emo uvoditi u epruvetu s

otopinom 'a+O!"+aM. &vaki oitani volumen nastalog 'O" u menzurama zapisujemo u tablicu

u laboratorijskom dnevniku. Nakon )to prikupimo sve potrebne podatke, rezultate obradimo,

gra0iki ih prikaemo te zakljuimo jesmo li potvrdili poetne hipoteze.

:.7 C(@*?TAT

13


14/16

Tablica 9.

*@OCA2 -O?*1(N 'O"

2ontrola 9," ml

&aharoza "7,9 ml

5lukoza "",> ml

?aktoza 9 ml

Volumen CO2/ml

0

5

10

15

20

25

Kontrola

Saharoza

Glukoza

aktoza

Slika -. raf volumena oslobo%enog /02 kod razli,itih saharida.

Tablica ".

14


15/16

Volumen CO2/ml

0

5

10

15

20

25

30

Glukoza !"#4$%

Glukoza !"#12$%Glukoza2 !"#12$%

Slika 1. raf volumena oslobo%enog /02 kod vie uzoraka glukoze razli,itih masenih udjela.

:.: @akljuci 4

15

*@OCA2 -O?*1(N 'O"

5lukoza + 8:J "= ml

5lukoza + 89"J "> ml

5lukoza"+ 89"J ".> ml


16/16

Na temelju provedenog istraivanja zakljuili smo da sve poetne hipoteze nisu potvr/ene.

!ipoteze koje su potvr/ene 4

9. Nastali volumen 'O" upravo je proporcionalan koncentraciji otopine ugljikohirata.". odatkom polisaharida u otopinu kvasca nastaje manje 'O" nego u ostalim uzorcima s

dodanim ugljikohidratima.7. odatkom ugljikohidrata nastaje vi)e 'O" nego u kontrolnom uzorku + u svima osim s

uzorkom laktoze .

!ipoteza koje nije potvr/ena 4

9. odatkom glukoze nastaje najvei volumen 'O"

. !iteratura 3

http4

Documents

Alkoholno vrenje