طالب
الطب البشري, جامعة كفر الشيخ (مصر)

التخمر هو عملية كيميائية تحدث في غياب الأكسجين وتقوم بواسطتها الكائنات الحية بتكسير الكربوهيدرات. الناتج النهائي للتخمر يكون حمض اللاكتيك أو الكحول وثاني أكسيد الكربون.

تقوم الكائنات الحية بتكسير الجلوكوز للحصول على الطاقة، وتعتمد العملية على وجود الأكسجين، لذا في غياب الأكسجين تلجأ الأنسجة الحية إلى التنفس اللاهوائي حيث يتم إنتاج حمض اللاكتيك (Lactic acid) وكمية أقل من الطاقة.

يتحلل الجلوكوز في سلسلة من التفاعلات الكيميائية تنتج جزيئين من البيروفيت (Pyruvate) يحتوي كل منهما على ثلاثة ذرات كربون. مصير البيروفيت يتوقف على وجود الأكسجين، ففي وجود الأكسجين يتأكسد البيروفيت فيما يعرف بدورة حمض الستريك (Citric acid cycle) التي هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية. وفي غياب الأكسجين يُختزل البيروفيت لينتج حمض اللاكتيك أو الكحول.

في العقدين السادس والسابع من القرن التاسع عشر كان الفرنسي لويس باستور (Louis Pasteur) أول من يدرس عملية التخمر. حاول باستور استخلاص الإنزيم المسؤول عن التخمر من فطر الخميرة لكنه لم ينجح في ذلك. سنة 1897 نجح الكيميائي الألماني إدوارد بوخنر (Eduard Buechner) من استخلاص سائل من الخميرة، وعند إضافة السائل لمحلول سكري نتج عن ذلك تخمر المحلول السكري. ينظر إلى تجربة بوخنر على أنها بداية علم الكيمياء الحيوية، ونال بوخنر جائزة نوبل في الكيمياء سنة 1907 بفضل اكتشافه هذا.

عملية التخمر تنتج في النهاية إما كحول وثاني أكسيد الكربون وإما حمض اللاكتيك. عملية التخمر التي تنتهي بإنتاج الكحول وثاني أكسيد الكربون تعرف بالتخمر الكحولي (Alcohol Fermentation)، وفيها تقوم الخميرة و البكتيريا بتحويل البيروفيت إلى كحول إيثيلي (إيثانول) وثاني أكسيد الكربون (CO2)، تبعًا للمعادلة:

(C6H12O6 (glucose) → 2 C2H5OH (ethanol) + 2 CO2 (carbon dioxide

يجري تحول البيروفيت إلى إيثانول في خطوتين: في الأولى تُزال مجموعة كربوكسيل (-COO) من البيروفيت وتخرج في صورة ثاني أكسيد الكربون، لينتج مركب من ذرتي كربون يعرف بالاسيتالدهيد. في الخطوة الثانية يحصل الاسيتالدهيد على إلكترون من مساعد الإنزيم NADH ليتحول إلى إيثانول. يستخدم التخمر الكحولي صناعيًا في إنتاج المشروبات الكحولية.

إذا كان ناتج عملية التخمر حمض اللاكتيك تسمى العملية تخمر حمض اللاكتيك (Lactic Acid Fermentation). في هذه العملية لا يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون أولًا إنما يحصل البيروفيت مباشرة على إلكترون من مساعد الإنزيم NADH ليتحول إلى حمض اللاكتيك.

يحدث هذا النوع من التخمر في الزبادي حيث تحول الخميرة سكر اللاكتوز إلى حمض اللاكتيك. كما تقوم كرات الدم الحمراء هي الأخرى بعملية التنفس اللاهوائي الذي ينتج عنه حمض اللاكتيك، لأن كرات الدم الحمراء لا تحتوي على الميتوكوندريا اللازمة لإتمام عملية التنفس الهوائي من خلال سلسلة نقل الإلكترون.

أخيرًا يحدث التنفس اللاهوائي (تخمر حمض اللاكتيك) في العضلات عندما تنفذ كمية الأكسجين فتعجز العضلات عن الاستمرار في التنفس الهوائي، ما يدفعها إلى التنفس اللاهوائي. وبعد فترة من التنفس اللاهوائي في العضلات يتراكم حمض اللاكتيك مسببًا الشد العضلي.

قد تنتهي عملية التخمر بإنتاج غازي الهيدروجين والميثان. فتولد البكتريا المولدة للميثان تفاعلات يجري فيها نقل إلكترون من مجموعة الكربوكسيل في الحمض الكربوكسيلي إلى مجموعة ميثيل في حمض الأسيتيك لإنتاج الميثان وثاني أكسيد الكربون. وينتج الهيدروجين أثناء عمليات تخمر عديدة، يحدث ذلك مثلًا بفعل البكتريا المعوية في الإنسان.

أكمل القراءة

216 مشاهدة

0

هل لديك إجابة على "ما معنى التخمر"؟