Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Anyagcsere (metabolizmus) Miller-Urey-kísérlet (1952): A biomolekulákat felépítő alegységek már a feltételezett „őslevesben” is jelen lehettek. ősleves.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Anyagcsere (metabolizmus) Miller-Urey-kísérlet (1952): A biomolekulákat felépítő alegységek már a feltételezett „őslevesben” is jelen lehettek. ősleves."— Előadás másolata:

1 Anyagcsere (metabolizmus) Miller-Urey-kísérlet (1952): A biomolekulákat felépítő alegységek már a feltételezett „őslevesben” is jelen lehettek. ősleves (ősóceán) őslégkör (NH 3, CH 4, H 2, H 2 O, CO) Élet: Anyag- és energiacsere a környezettel Disszimiláció (lat. dissimilatio= különbözővé tétel): lebontás, energianyerés Asszimiláció (lat. assimilatio= hasonlóvá tétel): sejtet felépítő (makro)molekulák előállítása (a környezetben található anyagokból) Asszimilációs/disszimilációs reakciókhoz a redukálóképesség (oxidálóképesség) biztosítása

2 A Winogradsky és Beijerinck által feltárt anyagcsere- diverzitás rendszerbe foglaló feldolgozást kívánt. Albert Jan Kluyver: "A biokémia egysége" (1926) (Die Einheit in der Biochemie) „az elefánttól a vajsav-baktériumig mind egyforma!" A rendet a hidrogén-transzfer precízen kidolgozott elméletére építette fel: "Így minden biokémiai folyamatot, legyen az oxidáció, fermentáció vagy szintézis, elemi reakciók láncolatának tekintünk, mely reakciók mindegyike olyan egyszerű változást képvisel, melynek során hidrogén adódik át az egyik molekuláról,a H-donorról egy másikra, a H-akceptorra.” Kapcsolat az anabolikus és katabolikus (asszimiláció/disszimiláció) folyamatok között

3 Redoxreakciók +-+- F oxidációs száma: 0  -1  redukció, oxidálószer, elektronakceptor H oxidációs száma: 0  +1  oxidáció, redukálószer, elektrondonor oxidáció  (aszkorbinsav: redukálószer, antioxidáns) (dehidro-aszkorbinsav)

4 elektrokémiai rendszer - galvánelem - látható az elektrolitok ebben az esetben cink-szulfát és réz-szulfát, amelyekbe cink illetve réz elektród merül és közöttük fémes vezető biztosítja a kapcsolatot. Egy redoxirendszer redoxpotenciálja (e) az az egyensúlyi elektródpotenciál, amelyet egy iners fémelektród az illető redoxirendszerrel érintkezve felvesz. A rendszerek többségének redoxpotenciálja +1 és -1 V között van. A redoxpotenciál az oxidáló (illetve redukálóképesség) mértéke, önmagában nem, csak más rendszerek redoxpotenciáljához képest értelmezhető: mindig a pozitívabb redoxpotenciálú rendszer képes oxidálni a negatívabbat. Általában, minél pozitívabb egy redoxpotenciál, annál oxidálóbb a rendszer. Redoxreakciók

5

6 Redukálóképesség: NAD(P)H koenzim Nikotinamid-adenin-dinukleotid (-foszfát)

7 Redukálóképesség: FADH 2 koenzim Flavin-adenin-dinukleotid (-foszfát)

8 Univerzális biokémiai energiahordozó: nagyenergiájú foszfátkötés Adenozin-trifoszfát (ATP): a sejtek üzemanyaga ATP + H 2 O → ADP + P i ΔG˚ = −30,5 kJ/mol (−7,3 kcal/mol)

9

10

11 Glikolízis D-glükóz + 2 NAD ADP + 2 P i + 2 NADH + 2 H ATP + 2 H 2 O 2 piroszőlősav OH HO O - 2 NADH - 2 H + tejsav OH + CO 2 etanol stb.

12 Mikrobiális „emésztés”: (makro)molekulák lebontása, átalakítása keményítőbontó amilázok: pl. Aspergillus fehérjebontó proteázok: pl. Bacillus cellulózbontó cellulázok: pl. Trichoderma reesei, Serpula lacrimans laktózbontó laktáz: pl. Kluyveromyces szaccharózbontó invertáz: pl. Saccharomyces (  glükóz- fruktóz-szirup) glükóz-izomeráz: pl. Lactobacillus (  glükóz-fruktóz-szirup, High Fructose Corn Syrup, pl. HFCS 55 ) stb.

13 Az enzimszintézis szabályozása

14

15 szubsztrát szintű foszforiláció

16 Grádiens A gradiens a matematikában egy skalármezőkre alkalmazható differenciáloperátor. Példák: hőmérsékleti grádiens, nyomásgrádiens, elektrokémiai grádiens Utóbbi: az elektromos potenciál és egy kémiai koncentráció térbeli eltérése a membrán két oldala között. Általában iongrádiens (protongrádiens) okozza, eredménye pedig elektromos feszültség (energia) kialakítása, melyet a sejt felhasználhat. állati sejtek membránpotenciálja

17 Elektrontranszportlánc a mitokondriumban

18 A légzési lánc, mint redoxrendszerek sorozata Légzési enzim-redoxrendszerek Egyensúlyi potenciál (Volt) NADH dehidrogenáz (NAD + / NADH) −0,32 Szukcinát-dehidrogenáz (FMN vagy FAD / FMNH 2 vagy FADH 2 )−0,20 Citokróm bc 1 komplex koenzim Q10 ox / koenzim Q10 red +0,06 Citokróm bc 1 komplex - citokróm b ox / citokróm b red +0,12 Komplex IV: citokróm c ox / citokróm c red +0,22 Komplex IV: citokróm a ox / citokróm a red +0,29 Komplex IV: O 2 / HO - +0,82 Tartomány: 1,14

19 Az elektrontranszporthoz kötött foszforiláció (légzés) eredete

20 Hőmérsékleti toleranciagörbe

21 Hőmérsékleti optimumok

22 Környezeti tényezők Hőmérséklet (pszichro-, mezo-, termo-, hipertermo-) pH (acido-, neutro-, alkalo-) víz(aktivitás: ozmo-) Fény (UV) Tápanyagok (szénforrás, nitrogénforrás, egyéb elemek) Oxigén -fil -toleráns aerob aerotoleráns mikroaerofil fakultatív anaerob anaerob használja | nem használja, de bírja | keveset igényel | vele is, nélküle is | nem bírja

23 Niche: ökológiai fülke

24 Veszélyfaktorok HőmérsékletHőmérséklet: A legtöbb ételmérgezést okozó kórokozó 5-57 o C között szaporodik, ezért ez a hőmérsékleti veszélyzóna. Fokozottan veszélyes a o C közé eső tartomány. Idő:Idő: az ételeket két órán belül el kell távolítani a veszélyes zónából (hűtéssel vagy melegítéssel) NedvességNedvesség: az ételmérgezést okozó kórokozók legjobban 0,86-1,0 vízaktivitás-értékek között szaporodnak. Konzervekben 0,85 alatt célszerű tartani a vízaktivitást. Tápanyag:Tápanyag: általában a fehérjegazdag ételek romlanak legkönnyebben (tej, tojás, hús, hal) Oxigén:Oxigén: A legtöbb ételmérgezést okozó kórokozó aerob. (Kivétel pl: Cl. botulinum) Sav:Sav: az ételmérgezést okozó kórokozók általában gyengén savas pH-n szaporodnak leggyorsabban (pH=4,6-7,5). Az ételek savanyításával célszerű a 4,5 pH érték alatti tartományt elérni. InokulumInokulum (csíraszáma – erről a szintről indul az exponenciális szaporodás!) (FAT TOM: Food Acidity Time Temperature Oxygen Moisture)

25 Kölcsönhatások

26

27

28 Oxidatív stressz H 2 O 2 : hidrogén-peroxid, O 2 - : szuperoxid, O’: aktív oxigéngyök, O 3 : ózon Kataláz: 2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2 (ismert legnagyobb aktivitású enzim, többmillió reakció/sec) SOD (szuperoxid-diszmutáz): M (n+1)+ − SOD + O 2 − → M n+ − SOD + O 2, vagy: M n+ − SOD + O 2 − + 2H + → M (n+1)+ − SOD + H 2 O 2, ahol M = Cu (n=1) ; Mn (n=2) ; Fe (n=2) ; Ni (n=2).

29 Terjedés Levegő: –O 2 -tolerancia (kataláz, SOD) –UV-tolerancia (színanyagok) –Kiszáradás-tűrés (Gram+) –Kémiai tolerancia (pl. SO 2 ) Aeroszol –Cseppfertőzés Fertőzött anyaggal –por Kontakt terjedés

30 Semmelweis Ignác (Buda, – Bécs-Döbling, 1865.) magyar orvos, az „anyák megmentője” Algemeines Krankenhaus: gyermekágyi láz Jacob Kolletschka vérmérgezése  klórmész-oldatos kézmosást antiszeptikumként ajánlotta kollégáinak 1847.

31 Koch-posztulátumok A kórokozás bizonyítása: Minden betegből kimutatható Tiszta tenyészetbe vonható Az eredeti tünetegyüttes kialakul a tiszta tenyészetből oltott egyedeken Ezekből újra izolálható a mikroorganizmus

32 Kölcsönhatások

33 Fermentációk Embden-Meyerhof-úthoz (glikolízis) csatlakozó f. Hexóz-monofoszfát-váltáshoz (pentóz- foszfát-út) kapcsolódó f. Speciális utak Homofermentatív/heterofermentatív Egyéb anyagcsereutak elemei megjelennek (pentóz-foszfát-út, citromsav-ciklus) Elágazó utak: NADH/ATP arány változtatható, végtermék-gátlás csökkenthető

34

35

36 Erjedések Etil-alkoholos (élesztők, Sarcina ventriculi, Zymomonas lindneri bakt. – utóbbi más úton) Piroszőlősav Alkohol-dehidrogenáz Acetaldehid etil-alkohol +CO 2 Saccharomyces cerevisiae: -amiláz nincs, invertáz ált. van -tejsav, tejsavbakt. gátolja: komló -kénessavat jól tűri o C erjesztési optimum (ale: >21 o C, lager:  5 o C) -pH: 4,5 Piruvát- dekarboxiláz

37 Homofermentatív tejsavas (glikolízishez kapcs.) Tejföl, aludtej, joghurt (Streptococcus thermophilus + Lactobacillus bulgaricus), kefir, acidophilus milk, vaj, író, sajt, kovász, savanyú káposzta, kovászos uborka, silókukorica Tejsav-baktériumok (Lactobacillus) egyes csoportjai végzik: –2% tejsav erősen gátló hatású –H 2 O 2 -termelés Heterofermentatív tejsavas (pentóz-foszfát-úthoz kapcs) –Leuconostoc: tejsav, etanol, CO 2 Bifidobaktériumok (speciális): tejsavas-ecetsavas Frukto-oligoszaccharidok (FOS) Bifidobaktériumok SCFA Erjedések Vastagbél hámsejtek táplálása, pH csökk. Ca, Fe, Mg felszívódása nő Kórokozók visszaszorítása (Crohn-betegség: irritabilis vastagbél-szindróma)

38 Funkcionális élelmiszerek „Tervező”, „designer„ élelmiszerek: a tápanyag-tartalmon túl egészségmegőrző, betegség-megelőző hatás Probiotikum (Lactobacillus) Prebiotikum (FOS, inulin) Szinbiotikum (pre- és pro-, pl. kefir)

39 Veszélyfaktorok HőmérsékletHőmérséklet: A legtöbb ételmérgezést okozó kórokozó 5-57 o C között szaporodik, ezért ez a hőmérsékleti veszélyzóna. Fokozottan veszélyes a o C közé eső tartomány. Idő:Idő: az ételeket két órán belül el kell távolítani a veszélyes zónából (hűtéssel vagy melegítéssel) NedvességNedvesség: az ételmérgezést okozó kórokozók legjobban 0,86-1,0 vízaktivitás-értékek között szaporodnak. Konzervekben 0,85 alatt célszerű tartani a vízaktivitást. Tápanyag:Tápanyag: általában a fehérjegazdag ételek romlanak legkönnyebben (tej, tojás, hús, hal) Oxigén:Oxigén: A legtöbb ételmérgezést okozó kórokozó aerob. (Kivétel pl: Cl. botulinum) Sav:Sav: az ételmérgezést okozó kórokozók általában gyengén savas pH-n szaporodnak leggyorsabban (pH=4,6-7,5). Az ételek savanyításával célszerű a 4,5 pH érték alatti tartományt elérni. InokulumInokulum (csíraszáma – erről a szintről indul az exponenciális szaporodás!) (FAT TOM: Food Acidity Time Temperature Oxygen Moisture) Erjedést irányító faktorok Pl. joghurt: o C, majd 45 o C, sör: forralás, majd hűtés Pl. sör: erjedés végével szűrés Pl. szeszgyártás: magas szárazanyagtartalmú cefre; silókukorica: 50-60% nedvesség Pl. prebiotikumok Pl. káposzta tömörítése, uborka felöntése Pl. cefrék savazása gátlószerek: só, kénezés, antibiotikumok, fertőtlenítőszerek, propionsav; gyors indítás (erjedési termékek gátolnak más mikróbákat)

40 Metanol: pektinbontásból Magasabbrendű alkoholok (izopropanol, n-propanol, n-butanol, i-butanol, i- amil-alkohol, stb): aminosavak bontásából. Dúsítva: ún. kozmaolaj. Ecetsav: Szeszekben főleg az etanol ecetsav-baktériumok által aerob körülmények között végzett etanol-oxidáció útján keletkezik. A cefre levegőztetését részben e folyamat miatt kell határok között tartani, főleg az erjesztés vége felé. Észterek: etil-formiát, etil-acetát (77,1 o C), etil-butirát. Savak (hangyasav, ecetsav, vajsav) etanollal történő reakciójából keletkeznek, savkatalízis melett. Nyomokban édeskés illatot okoznak, nagyobb koncentrációban oldószerszaghoz vezet jelenlétük. Acetaldehid: Az élesztők etanolképzésének, ill. az etanolnak ecetsav, ill. acetil- CoA képződésével járó oxidációjának köztiterméke. Szeszekben jellemzően utóbbi folyamatokból keletkezik. Nagyobb koncentrációban jellegzetes szúrós szagú, nyomokban zöldalmára emlékeztető, savas, fémes illatot okoz. Acetaldehid-dietil-acetál (1,1-dietoxi-etán, acetál, 102 o C): acetaldehidből keletkezik, narkotikus hatású. Sherry-illatot okoz. Erjedések: melléktermékek

41 Etil-karbamát (uretán): etil-alkohol és karbamid (ang.: urea) reakciójából keletkezik, karcinogén. Szeszesitalban, kenyérben nyomokban előfordulhat. Svájcban a megengedett max. mennyiség italokban 1 mg/l! Tápsóként a karbamid használatát mellőzni kell. Furfural: Jelenléte nem megengedett az italgyártóknál, valamint a PhEur előírásokban. Cukrokból keletkezik savas közegben. Diacetil: Élesztők és tejsavbaktériumok képzik, kellemes, vajra emlékeztető ízt okoz. (Vaj, sör, chardonnay) DMS (dimetil-szulfid, 37 o C): jellegzetes káposztaszagért felelős. Cukorrépából is keletkezik főzés hatására. DMDS (dimetil-diszulfid): merkaptánokból képződik. Akrolein: Glicerinből keletkezik rossz higiéniai viszonyok következményeként (pl. talajbaktériumokkal való szennyeződés). Csípős ízt ad a szesznek. SO 2 (kén-dioxid): Jellegzetes égettgumi-szag Etilén-glikol: fagyállómérgezés (édes!) Erjedések: melléktermékek

42 110/2008/EK rendelet, 1. Mezőgazdasági eredetű etil-alkohol A mezőgazdasági eredetű etil-alkohol a következő tulajdonságokkal rendelkezik: a) érzékszervi jellemzők: a nyersanyagon kívül más íz nem érezhető; b) minimális alkoholtartalma térfogatszázalékban: 96,0 % (V/V); c) egyéb összetevők megengedett szintje: i. összes savtartalom, ecetsavban kifejezve, g/hl, abszolút alkoholra vonatkoztatva: 1,5; ii. észter-tartalom, etil-acetátban kifejezve, g/hl, abszolút alkoholra vonatkoztatva: 1,3; iii. aldehid-tartalom, acetaldehidben kifejezve, g/hl, abszolút alkoholra vonatkoztatva: 0,5; iv. magasabbrendű alkoholok, metil-2-propanol-1-ben kifejezve, g/hl, abszolút alkoholra vonatkoztatva: 0,5; v. metanol, g/hl, abszolút alkoholra vonatkoztatva: 30; vi. szárazanyag-tartalom, g/hl, abszolút alkoholra vonatkoztatva: 1,5; vii. nitrogéntartalmú illékony bázisok, g/hl, abszolút alkoholra vonatkoztatva: 0,1; viii. furfurol: nem kimutatható.

43 Mikroorganizmusok segítségével készített ételek, italok Tartósítás (sajt, káposzta, uborka, silókukorica) Aroma, íz, illat, élvezeti érték Vitamintartalom, egyéb tápanyag dúsulása, feltárása Könnyebb emészthetőség Toxicitás csökkentése (maniókagyökér ciánglikozidjai savas közegben bomlanak: Ny-Afrikában savas erjesztéssel gari n. ételt készítenek) Kelt tészták -élesztők növények felületén, pl. komlón:  komlós kovász -pékélesztő: o C, Pasteur-effektus -sikér: nem engedi ki a buborékot -alkohol is emeli a tésztát sütés közben -„szalonnás” kenyér: túl sok alkohol, alkoholtűrő sikérbontó baktériumok elszaporodása -Kovász: °C-on az élesztő szaporítása kenyértésztában. A hűvösebb kovász jobban kedvez az élesztőgombák szaporodásának, míg a melegebb kovász erőteljesebben savanyodik. Benne a tészta anyagával megegyező anyagokon szaporított élesztő aktívabb és ellenállóbb, mint a gyári élesztő. Mire a tésztába kerül, hozzászokik a körülményekhez és lazítóhatása nagyobb lesz.

44 Mikroorganizmusok segítségével készített ételek, italok Kék-Nílus völgye, Szudán: 7000 éves edény sörmaradványokkal Hammurapi törvénykönyve: a sörkészítés szabályai Reinheitsgebot (a bajor sörtisztasági törvény): sörkészítéshez a következő négy alapanyag szükséges: maláta, komló, élesztő és víz.

45 Mikroorganizmusok segítségével készített ételek, italok Bor: spontán vagy irányított erjesztés –Oxidatív/reduktív –almasav-bontás: gyengébb sav (tejsav) képződik (Oenococcus oeni, Lactobacillus, Pediococcus) –aszúbor: Botrytis cinerea –direkttermők: pektinbontás  metanol –túl sok oxigén (töltögetéssel megelőzhető) Levegőíz (kevés CO 2 ) ecetsav-baktériumok virágélesztők: meleg pincében, felületen oxidálnak, gombaízt okoznak –kevés alkohol, kevés sav: nyúlósodás –rossz dugó: dugóíz (triklór-anizol) –melegben tárolás: barnatörés, fenolok oxidációja –Kevés sav, túl sok tejsavbaktérium: zavarosodás, egéríz, karcosság, muskátliszag, keserű íz (glicerinből akrolein) –vadélesztők: erjedés indulásakor, záptojásszag –penészek: szőlőről, eszközökről –Megkésett szűrés, élesztőbomlás: dögszag, seprőbomlás

46 Mikroorganizmusok segítségével készített ételek, italok gyümölcsbor, méz-ser (mézbor: Schizosaccharomyces pombae), pezsgő égetett (desztillált) szeszesitalok –rozs, árpa, búza, kukorica, burgonya, rizs, (köles, cirok, hajdina) –gyümölcs, cukornád, bor, törköly, seprő kumisz, tejpálinka, savószesz, (kefir): Kluyveromyces spp.  1% alkohol: kvasz, boza, kombucha

47 Mikroorganizmusok segítségével készített ételek, italok Savanyú káposzta (Őrség: kerekrépa): Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum ill. brevis 2,25-2,5% só: Gram- bakt. visszaszorítása 1,6-1,8 % sav (ebből 1,0-1,3% tejsav) Kovászos uborka (felületén tejsavbaktériumok: nem szabad túlzottan megmosni) Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum (L. brevis: gázképző, nem kívánatos) –Só, kevés ecetsav: kontroll (élesztők, pektinbontók) Olajbogyó (lúgkezelés, sózás, 6-10 hónap tejsavas erjedés):  feketedés Szójaszósz: koji (Aspergillus oryzae) keményítőt, fehérjét bont  szabad glutaminsav  umami íz + tejsavbaktériumok Miso: jellemzően szójából készült japán ételízesítő, –A. oryzae + Lactobacillus acidophilus, B12+probiotikum, sugárbetegség ellen

48 Mikroorganizmusok segítségével készített ételek, italok Sajtkészítés 1. kazein kicsapása (renin enzim, vagy tejsav-baktériumok termelte tejsav leviszi a pH-t, kicsapja a Ca-ot  denaturáció) 2.Tejcukor bontása: tejsav-baktériumok v. Propionibacterium (ementáli) 3.Néha utóérlelés: Penicillum camemberti, P. roqueforti, Bacillusok (pálpusztai, kvargli, ilmici) Egyéb: Halszószok (DK-Ázsia, ókori Róma): fehérjebontás Bongkrek (indonéz kókusz-sütemény, gyakran toxin-tartalmú) Kávé: terméshús eltávolítása pektinbontó mikroorganizmusokkal Kakaó: erjesztés melegen (élesztők, tejsav- és ecetsav-baktériumok) Fekete tea: zöld tea erjesztésével Szalámik: nitrátredukáló és/vagy tejsav-baktériumok, nemespenészek Érlelt kolbászok, szalámik: min. 60 o C hőkezelés (pl. füstölés) trichinózis ellen (egy)sejt-fehérje: nagy hozam, olcsóság, de gyakran Metionin-hiány ill. túl sok purinbázis

49 Ecetgyártás Hiányos oxidáció (biokémiai értelemben nem fermentáció!) Acetobacterek: etil-alkohol  ecetsav propil-alkohol  propionsav izopropil-alkohol  aceton Alapanyagok: gyümölcs (must, alma, szeder, meggy, málna, stb) bor, almabor, maláta, finomszesz + ivóvíz, levegő Eljárások: –Nyugvócefrés (Orleansi: nyitott hordóban, Pasteur: fakádban) –Mozgócefrés (felületi csörgedező, bükkfaforgácson) –Átmeneti: a töltetet hol cefrével, hol levegővel árasztják el –Alámerített: levegőbefúvással, a közegben a sejtek elkeverve Max. 14%, töményebb: kifagyasztás, desztilláció, extrakció


Letölteni ppt "Anyagcsere (metabolizmus) Miller-Urey-kísérlet (1952): A biomolekulákat felépítő alegységek már a feltételezett „őslevesben” is jelen lehettek. ősleves."

Hasonló előadás


Google Hirdetések