Табиғаттағы биологиялық маңызды элементердің, соның ішінде көміртегі қосылыстарының өзгеріске ұшырауында микроорганизмдердің ролі зор. Микроорганизмдердің өз тіршілігіне қажетті энергияны азотсыз органикалық заттардан алатыны анық байқалады. Өсімдік қалдықтарының химиялық, өқрамы өте күрделі. Онда белоктар, амин қышқылы, көміртегі бар қосылыстар (клетчатка, лигнин, гемицеллюлоза), майлар және т.б. болады. Бұлардың ішінде басым көпшілігі целлюлоза, гемицеллюлоза және лигнин. Бұл заттардың мөлшері мен сапасы әр түрлі. Ол өсімдіктердің түрлеріне байланысты өзгеріп отырады. Органикалық заттар негізінен екі жолмен ыдырайды. Фитогендік ыдырау саңырауқұлақтар, бактериялар, актиномицеттер және басқа да микроорганизмдер әсерінен жүреді. Ал зоогедік ыдырау – омыртқасыз жануарлар, сүт қоректілер көмегімен болады.
Белгілі бір жағдайға байланысты органикалық заттар аэробты және анаэробты жолдармен ыдырайды. Ашу процесі барысында көміртегі қосылысындағы энергияның тек бір бөлігі ғана бөлінеді. Сондықтан соңғы өнім ретінде толық тотықпаған органикалық заттар жиналады. Міне осындай соңғы өнімінің сипатына карай ашу процесінің аты да түрліше болады. (спирттік, сүт және май қышқылдарының ашу процестері).
Ашу процесі. Тотығу – тотықсыздану процесін – ашу процесі деп атайды. Ашу процесі кезінде сутегі доноры және акцептор қызметін ашу процесі нәтижесінде түзілетін органикалық қосылыстар атқарады.
Ашу процесінің қоздырғыштары – облигатты анаэотбты микроорганизмдер. Ол тек қана анаэробты жағдайда жүреді. Ашу процесі оттегінсіз жағдайда жүретінін 1860 жылы Л.Пастер ашқан.
әрбір ашу процесі екі кезеңнен тұрады. 1 кезеңінде глюкоза пирожүзім қышқыл айналады да, 2 молекула сутегі субстраттан бөлініп шығады.
С6Н 12О 6 – 2СН 3СОСООН + 2Н 2
көмірсупирожүзімсутегі
қышқылы
2 кезеңінде пирожүзім қышқылын сутегі тотықсыздандырады да спирт немесе қышқылдар түзіледі.
2СН 3СОСООН + 2Н 2 — 2СН 3СНОНООН
Микроорганизмдердің әсерінен қанттың пирожүзім қышқылына айналуы үш жолмен жүреді.Бірінші жолы – эмбден – Мейергаф – Парнос немесе фруктоза дифосфат жолы. Оны гликолиз деп атайды. Бұлар бактерияда анаэробты облигатты және факультативті анаэробты организмдерде табылған. Екінші жолы – пентоза фосфат жолы. Ол көптеген прокариот және эукариот организмдерде кездеседі.
Үшінші жолы – Энтнер – Дудуров. Ол көбінесе аэробты бактериялардан табылады.
(НАД) никотин — амидадениндинуклеотид.
Пентозафосфат жолы. Эмбден – Мейергоф – Парнос жолынан бұл жолдың айырмашылығы сол, бұнда углеводтар ыдырау барысында бірден пирожүзім қышқылы түзілмейді. Мұнда субстраттың бір көміртегі атомы тотығып, көмірқышқыл газы күйінде бөлініп шығады.
Сонда алты молекулолы глюкоза пентоза – фосфат жолы арқылы өзгеріске ұшырағанда глюкоза – 6фосфаттың бір молекуласы толықкөмірқышқыл газына дейін тотыдағы және НАДФ ± тың алты молекуласы НАДФ .Н дейін тотықсызданады.
Пентозафосфат жолының негізгі мақсаты:
- нуклеин қышқылдарын синтездеу үшін қажетті пентозалармен қамтамасыз ету;
- микроб клеткасында түрлі биосинтетикалық реакциялар үшін керекті НАД .Н көбірек түзілуін қамтамасыз ету.
Спирттік ашу процесі.
Спирттік ашу процесін ашытқылар қоздырады. Мұндай қасиет кейбір бактерияларда және мукор саңырауқұлағында аз да болса кездеседі. Бірақ практикада маңызы бары – ашытқылар.
Ашытқылар қантты анаэробты жағдайда ашытқанда одан спирт, көмір қышқыл газы және энергия бөлінеді. Ол мына реакция бойынша жүреді:
С6 Н12 О 6 + 2Н 3РО 4 + 2АЕФ ® 2С 2Н 5ОН + 2СО 2+ АYФ + 27 Ккал энергия
қантфосфорэнергияэтил
қышқылыкөзіспирті
О
СН 3СОСООН декарбоксилаза®СН3С+ СО2
пирожүзімН
қышқылы
СН 3
С =О ___________® СН 22ОН + НАD
ННАD -Н2
Пирожүзімалкоголь-этил
альдегидідегидро-спирті
геноза
Спирттік ашу процесі кезінде этил спиртінен басқа сірке альдегиді, глицерин, сірке және янтарь қышқылдары, сивуш майлары түзіледі.
Сивуш майларының түзілуі ортадағы амин қышқылдарының ыдырауына байланысты.
Спирттік ашу процесін қоздыратын сахаромицет туысына жататын ашытқылар. Егерде ортада ауа көп болса, ашытқылар көмірсуларды тотықтырып, ашу процесін тыныс алу процесіне қарай бағыттайды. Мұнда көмірсуларды пайдалану коэффициенті артады. Сондықтан ашытқылардың массасын көптеп алу үшін оларға ауа үрлейді. Осындай әдісті нан және мал азығындық ашытқыларды өндіруде кең қолданады. Ал спирт алуда процес анаэробты жағдайда жүреді.
Пентаза. Спирттік ашу процесінің табиғаты біршама терең зерттелді. Бұған көп еңбек сіңіріп, бірқатар жаңалықтар қосқан орыс ғалымдары Л.А. Иванов, С.П. Костычев, А.Н. Лебедев, А.Н. Бах, В.И. Палладий, В.А. Энгельгардт, шетел ғалымдары Кейберг,Мейергарф, Эмбденді атап өткен жөн.
Әдетте спирттік ашу процесі қышқылды ортада (рН 4,5-50) жақсы жүреді. Егерде орта реакциясы сілтілі болса (рН 8,0), онда негізгі өнімдердің бірі ретінде глицерин пайда болады. Мұнда спирттік ашу процесі мына реакция бойынша жүреді:
2С6Н12О6 + Н2О= СН3СООН + СН 3СН 2ОН + 2СН2ОНСНОНСН2ОН + 2СО2
егерде қоректік ортаға нартий сульфаты қосылса глицерин өнімі арта түседі. Мұнда сірке альдегиді сульфитпен қосылады да, сутегі көмегімен этил спиртіне дейін тотықсыздана алмайды.
Кейбір жағдайда спирттік ашу процесінің көмегімен глицерин және амин спиртін алуға тура келеді.