Fermentacija (etanol)

Fermentacija etanola, ili alkoholna fermentacija, alkoholno vrenje, je biohemijski proces u kome se konvertuju šećeri kao što su glukoza, fruktoza, i saharoza u ćelijsku energiju, pri čemu se formira etanol i ugljen-dioksid kao nusproizvodi. Pošto kvasci izvode ovu konverziju u odsustvu kiseonika, alkoholna fermentacija se smatra anaerobnim procesom. Ona se isto tako odvija u nekim vrstama ribe (uključujući zlatnog karaša i šarana), kod kojih (zajedno sa fermentacijom mlečne kiseline) ona pruža energiju pri oskudici kiseonika.^[1]

U fermentaciji etanola, (1) jedan molekul glukoze se razlaže u dva molekula piruvata. Energija ove egzotermne reakcije se koristi za vezivanje neorganski fosfata na ${\displaystyle {\ce {ADP}}}$ i konvertovanje ${\displaystyle {\ce {NAD+}}}$ u ${\displaystyle {\ce {NADH}}}$. (2) Dva piruvata se zatim razlažu u dva acetaldehida i otpuštaju se dva molekula ${\displaystyle {\ce {CO2}}}$ kao nusproizvod. (3) Dva acetaldehida se zatim konvertuju do dva molekula etanola koristeći vodonične jone iz ${\displaystyle {\ce {NADH}}}$, uz konvertovanje ${\displaystyle {\ce {NADH}}}$ nazad u ${\displaystyle {\ce {NAD+}}}$.

Fermentacija etanola ima mnoštvo primena, uključujući produkciju alkoholnih pića, bioetanola, i pripremu hleba.

Biohemijski proces fermentacije saharoze

Laboratorijski sud koji se koristi za fermentaciju slame.

Fermentacija saharoze kvascom.

Sledeće hemijske jednačine sumiraju fermentaciju saharoze () u etanol (). Alkoholnom fermentacijom se konvertuje jedan mol glukoze u dva mola etanola i dva mola ugljen-dioksida, i pri tome se formiraju dva mola ${\displaystyle {\ce {ATP}}}$.

Sveukupna hemijska formula alkoholne fermentacije je:

${\displaystyle {\ce {C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2}}}$

Saharoza je dimer molekula glukoze i fruktoze. U prvom koraku alkoholne fermentacije, enzim invertaza preseca glikozidnu vezu između molekula glukoze i fruktoze.

${\displaystyle {\ce {C12H22O11 + H2O + invertaza -> 2 C6H12O6}}}$

Nakon toga svaki glukozni molekul se razlaže u dva molekula piruvata u procesu poznatom kao glikoliza.^[2] Glikoliza se sumira jednačinom:

${\displaystyle {\ce {C6H12O6 + 2 ADP + 2 P_i + 2 NAD+ -> 2 CH3COCOO^- + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O + 2 H+}}}$

${\displaystyle {\ce {CH3COCOO^-}}}$ je piruvat, a ${\displaystyle {\ce {Pi}}}$ je neorganski fosfat. Na kraju se piruvat konvertuje u etanol i ${\displaystyle {\ce {CO2}}}$ u dva stupnja, pri čemu se regeneriše oksidovani ${\displaystyle {\ce {NAD+}}}$ koji je neophodan za glikolizu:

1. ${\displaystyle {\ce {CH3COCOO^- + H+ -> CH3CHO + CO2}}}$

je katalizovano pyruvatnom dekarboksilazom

2. ${\displaystyle {\ce {CH3CHO + NADH + H+ -> C2H5OH + NAD+}}}$

Ova reakcija je katalizovana alkoholnom dehidrogenazom (ADH1 u pekarskom kvascu).^[3]

Kao što je prikazano jednačinom reakcije, glikoliza uzrokuje redukciju dva molekula ${\displaystyle {\ce {NAD+}}}$ do ${\displaystyle {\ce {NADH}}}$. Dva molekula ${\displaystyle {\ce {ADP}}}$ se isto tako konvertuju do dva molekula ${\displaystyle {\ce {ATP}}}$ i dva molekula vode putem fosforilacije supstratnog nivoa.

Reference

1. Waarde, Aren van; G. Van den Thillart; Verhagen, Maria (1993). „Ethanol Formation and pH-Regulation in Fish”. Surviving Hypoxia. стр. 157−170. ISBN 978-0-8493-4226-4.
2. Stryer, Lubert (1975). Biochemistry. W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-0174-3.
3. Raj SB, Ramaswamy S, Plapp BV. „Yeast alcohol dehydrogenase structure and catalysis.”. Biochemistry. 53: 5791—803. PMC 4165444 . PMID 25157460. doi:10.1021/bi5006442.