käymisen määritelmä
käyminen tarkoittaa aineenvaihduntaa, jolla orgaaniset molekyylit (yleensä glukoosi) muuttuvat hapoiksi, kaasuiksi tai alkoholiksi ilman happea tai elektroninsiirtoketjua. Käymisreitit uudistavat koentsyymiä nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi (NAD+), jota käytetään glykolyysissä vapauttamaan energiaa adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodossa. Käyminen tuottaa nettona vain 2 ATP: tä glukoosimolekyyliä kohti (glykolyysin kautta), kun taas aerobinen hengitys tuottaa elektroninsiirtoketjun avulla jopa 32 molekyyliä ATP: tä glukoosimolekyyliä kohti.
käymisen ja sen käytännön käyttötarkoitusten tutkimus on nimetty zymologiaksi, ja se sai alkunsa vuonna 1856, kun ranskalainen kemisti Louis Pasteur osoitti käymisen johtuvan hiivasta. Käyminen tapahtuu tietyntyyppisissä bakteereissa ja sienissä, jotka tarvitsevat hapettoman ympäristön elääkseen (tunnetaan obligaattisina anaerobeina), fakultatiivisissa anaerobeissa kuten hiivassa ja myös lihassoluissa, kun happea on vähän (kuten rasittavassa liikunnassa). Käymisprosessit ovat arvokkaita elintarvike-ja juomateollisuudelle: sokerit muutetaan etanoliksi, jota käytetään alkoholijuomien valmistamiseen, hiilidioksidi vapautuu leivän hapatuksessa käytettävästä hiivasta ja orgaaniset hapot säilyvät ja maustavat vihanneksia ja maitotuotteita.
käymisen funktio
käymisen päätehtävä on muuntaa NADH takaisin koentsyymiksi NAD+, jotta sitä voidaan käyttää uudelleen glykolyysiin. Käymisen aikana orgaaninen elektroniseptori (kuten pyruvaatti tai asetaldehydi) reagoi NADH: n kanssa muodostaen NAD+: n, jolloin prosessissa syntyy esimerkiksi hiilidioksidia ja etanolia (etanolikäyminen) tai laktaattia (maitohappokäyminen).
Käymistyypit
on olemassa monia käymistyyppejä, jotka erotetaan pyruvaatista tai sen johdannaisista muodostuvista lopputuotteista. Kaksi fermentaatiota, joita ihmiset yleisimmin käyttävät kaupallisten elintarvikkeiden tuottamiseen, ovat etanolikäyminen (käytetään oluessa ja leivässä) ja maitohappokäyminen (käytetään maitotuotteiden ja vihannesten maustamiseen ja säilyttämiseen).
Etanolikäyminen
Tämä luku kuvaa glykolyysin ja etanolikäymisen prosesseja.
etanolikäymisessä glykolyysin avulla tuotettu pyruvaatti muutetaan etanoliksi ja hiilidioksidiksi kahdessa vaiheessa. Ensin pyruvaatti vapauttaa hiilidioksidia muodostaen kaksihiilisen yhdisteen nimeltä asetaldehydi. Seuraavaksi asetaldehydi pelkistetään NADH: n avulla etanoliksi, jolloin nad+ regeneroituu käytettäväksi glykolyysissä. Kaiken kaikkiaan yksi glukoosimolekyyli muuttuu kahdeksi hiilidioksidimolekyyliksi ja kahdeksi etanolimolekyyliksi.
Etanolikäymisen suorittaa tyypillisesti hiiva, joka on yksisoluinen sieni.
maitohappokäyminen
Tämä luku kuvaa glykolyysin ja homolaktisen käymisen prosesseja.
maitohappokäymisessä on kaksi päätyyppiä: homolaktinen ja heterolaktinen. Homolaktisessa happokäymisessä NADH pelkistää pyruvaatin suoraan laktaatiksi. Tämä prosessi ei vapauta kaasua. Kaiken kaikkiaan yksi glukoosimolekyyli muuttuu kahdeksi laktaattimolekyyliksi. Heterolaktisessa käymisessä osa laktaatista metaboloituu edelleen, jolloin fosfoketolaasireitin kautta muodostuu etanolia ja hiilidioksidia.
maitohappokäymistä suorittavat pääasiassa tietyntyyppiset bakteerit ja sienet. Kuitenkin tämän tyyppinen käyminen tapahtuu myös lihassoluissa tuottamaan ATP: tä, kun hapensaanti on loppunut rasittavan liikunnan aikana ja aerobinen hengitys ei ole mahdollista.
Fermentation Equation
Ethanol Fermentation
glucose → 2 ethanol + 2 carbon dioxide
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Lactic Acid Fermentation
glucose → 2 lactic acid
C6H12O6 → 2 C3H6O3
Products of Fermentation
While there are a number of products from fermentation, the most common are ethanol, lactic acid, carbon dioxide, and hydrogen gas (H2). Näitä tuotteita käytetään kaupallisesti elintarvikkeissa, vitamiineissa, lääkkeissä tai teollisuuskemikaaleina. Lisäksi monet harvinaisemmat tuotteet tarjoavat edelleen kaupallista arvoa. Esimerkiksi asetonin valmistuksen asetoni-butanoli-etanolikäymisen avulla kehitti ensimmäisenä Juutalainen kemisti Chaim Weizmann, ja se oli tärkeä Britannian sotateollisuudelle sanasodan aikana I.
Quiz
1. Mikä on käymisen avulla regeneroitu koentsyymi?
A. NADH
B. nad+
C. etanoli
D. maitohappo
2. Minkä tyyppinen käyminen tapahtuu lihassoluissa rasittavan liikunnan aikana?
A. etanoli
B. Sekahappo
C. maitohappo
D. voihappo
3. Kuka kemisti tunnetusti osoitti hiivan roolin käymisessä?
A. Chaim Weizmann
B. Louis Pasteur
C. Marie Curie
D. Antoine Lavoisier
- Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Jackson, R. (2014). Campbell Biology (kymmenes painos). Pearson.
- Kauffman, G. B., & Mayo, I. (1994). Chaim Weizmann (1874-1952): kemisti, bioteknologi ja valtiomies. Journal of chemical education, 71(3), 209.
- Chojnacka, K. (2006). Käymistuotteet. Kemiantekniikka ja kemian prosessitekniikka, 12.
- Ganguly, Subha. Fermentointiteknologian kemialliset näkökohdat elintarviketeollisuudessa. Research Journal of Chemical and Environmental Sciences 1.1 (2013): 42-43.