Основные этапы спиртового брожения.

Брожение спиртовое, брожение алкогольное, биохимический процесс расщепления сахаров, происходящий в результате жизнедеятельности микроорганизмов или под влиянием выделенных ими ферментов.

Последовательность и взаимосвязь отдельных реакций, протекающих на промежуточных этапах брожения, схематически представлена ниже (молекула глюкозы для простоты изображена в виде цепи).

1. Фосфорилирование D-глюкозы за счет АТФ с образованием глю-козо-6-фосфата. Эта первая реакция гликолиза катализируется тексо-киназой. В клетке количество свободной D-глюкозы сравнительно невелико; большая ее часть находится в фосфорилированной форме:
АТФ + D-глюкоза – АДФ + D-глюкозо-б-фосфат.

2. Превращение D-глюкозо-б-фосфата во фруктозо-6-фосфат в результате реакции изомеризации, катализируемой фосфогексозоизомеразой: D-глюкозо-б-фосфат # D-фруктозо-б-фосфат.

3. Фосфорилирование D-фурктозо-б-фосфата путем присоединения еще одного остатка фосфорной кислоты с образованием фруктозо-1, 6-дифосфата. В этой второй „пусковой" реакции используется еще одна молекула АТФ при участии фермента фосфофруктокиназы. Доказано, что суммарная скорость гликолиза лимитируется именно этой реакцией, катализируемой фосфофруктокиназой: АТФ + D-фруктозо-б-фосфат -> АДФ + О-фруктозо-1, 6-дифосфат.

4. Расщепление фруктозо-1, 6-дифосфата на 2 фосфотриозы: глицер-альдегид-3-фосфат и диоксиацетонфосфат. Реакция катализируется альдолазой: 0-фруктозо-1, 6-дифосфат «^диоксиацетонфосфат + D-глицеральде-гид-3-фосфат.

5. В последующие реакции гликолиза может непосредственно включаться только одна из двух образующихся фосфотриоз, а именно глицеральдегид-3-фосфат. Однако и диоксиацетонфосфат благодаря присутствию в клетке специфическ. фермента триозофосфатизомеразы полностью преобразуется в глицеральдегид-3-фосфат. В результате этой реакции обеспечивается полное использование глюкозы в энергетическом обмене клетки: диоксиацетонфосфат «± D-глицеральдегид-З-фосфат.

6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглицерата. Реакция катализируется специфической дегидрогеназой триозофосфата (глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназой) и называется реакцией гликолитического окисления-восстановления. Окисление глицеральдегид-3-фосфата, катализируемого дегидрогеназой, является единственный окислительным этапом на всем протяжении гликолиза. Однако кислород в этой реакции не участвует. Требуется лишь присутствие окислителя НАД +, который при этом восстанавливается до НАД • Н (символом НАД обозначается окислительно-восстановительный кофермент никотинамид-адениндинуклеотид, НАД+ — его окисленная форма, НАД-Н— восстановленная): D-глицеральдегид-З-фосфат + НАД+ + Фн -> 1,3-дифосфоглицерат +НАДН + Н +.

7. Перенос фосфатной группы от 1,3-дифосфоглицерата на АДФ. Под действием двух ферментов (глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназы и фосфоглицераткиназы) энергия, высвобождающаяся при окислении альдегидной группы до карбоксильной, запасается в форме энергии фосфатных связей АТФ.

1,3-Дифосфоглицерат + АДФ # 3-фосфоглицерат + АТФ. Глицеральдегид-3-фосфат + Фн + АДФ + НАД+ <* 3-фосфоглицерат + + АТФ + НАД-Н + Н+. (к реакциям 1 и 3)

8. Превращение 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат катализируется фосфоглицеромутазой: 3-фосфоглицерат <± 2-фосфоглицерат.

9. Дегидратация 2-фосфоглицерата с образованием фосфоенолпирувата катализируется енолазой: 2-фосфоглицерат # фосфоенолпируват + N20.

10. Перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата на,АДФ с образованием пирувата и АТФ катализируется пируваткиназой (АТФ: пируват-фосфотрансферазой): фосфоенолпируват + АДФ ^ пируват + АТФ. Образование пировиноградной кислоты — поворотный этап анаэробного расщепления сахара, являющийся общим для дыхания, гликолиза и брожения всех видов. Основное значение гликолиза состоит в перестройке структуры молекулы глюкозы в высокоактивный и лабильный в химическом отношении пируват, что облегчает биохимическ. превращение исходного субстрата на последующих этапах окислительно-восстановительных процессов.

11. Если кислород отсутствует, то дальнейшие превращения пировиноградной кислоты происходят анаэробным путем, в процессе брожения (молочнокислого, спиртового и др.). При брожении последний этап гликолиза, катализируемого лактатдегидрогеназой, заменен двумя др. ферментативными реакциями, при участии соответственно пируват-декарбоксилазы и алкогольдегидрогеназы. В результате этих реакций образуется этиловый спирт — конечный продукт спиртового брожения. А. Пируват -+> Ацетальдегид + СO2 (необратимая реакция). Б. Ацетальдегид + НАД-Н + Н+ «± Этанол + НАД+. Суммарное уравнение спиртового брожения: С6Н1206 + 2Фн + 2АДФ -> 2С,Н5ОН + 2СO2 + + 2АТФ. При введении специфических ингибиторов формы брожения спиртового изменяются.