發現人簡介
路易·巴斯德(公元1822-1895年),法國微生物學家、化學家。他研究了微生物的類型、習性、營養、繁殖、作用等,奠定了工業微生物學和醫學微生物學的基礎,並開創了微生物生理學。循此前進,在戰勝狂犬病、雞霍亂、炭疽病、蠶病等方面都取得了成果。英國醫生李斯特並據此解決了創口感染問題。從此,整個醫學邁進了細菌學時代,得到了空前的發展。美國學者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進程的100名人排行榜》中,巴斯德名列第12位,可見其在人類歷史上巨大的影響力。其發明的巴氏消毒法直至現在仍被套用。
效應原理
在厭氧條件下,向高速發酵的培養基中通入氧氣,則葡萄糖消耗減少,抑制
發酵產物積累的現象稱為巴斯德效應。即呼吸抑制發酵的作用。
相比起足氧的情況,酵母在缺氧的情況下消耗更多的葡萄糖,生物細胞和組織中的糖發酵為氧所抑制,這種現象是巴斯德(L.Pasteur)1861年在研究酵母的酒精發酵量和氧分壓之間的關係中發現的,故稱巴斯德效應。由於從呼吸(完全氧化)所得的能量,遠大於等量糖發酵所得的能量,因此為了獲得對維持生命活動所需的能量,在有氧情況下與無氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物體根據氧的有無,來調節糖的分解量,而使能量得到節制。
類比情況
人們將在厭氧型和需氧型能量代謝之間的轉換過程總結為巴斯德效應。這個過程由細胞的能量狀況和氧氣的供給決定。 在真核生物也有類似情況;和酵母的終產物酒精不同,真核生物無氧呼吸的終產物是乳酸鹽。這兩個過程被稱作發酵。 運動的骨骼肌需要能量,但這些能量只能通過無氧呼吸,即由葡萄糖轉變為乳酸的過程中獲得。最後一步反應,乳酸的生成,會同時產生NAD+,這正是糖酵解過程所需要的。在氧氣充足的情況下,NAD+可以繼續在後續的反應中(糖酵解-檸檬酸循環-呼吸鏈)中再生,而且這個有氧呼吸的過程產生近20倍的能量。在供給氧氣的情況下,可以觀察到酵母的代謝從厭氧到需氧的轉變:葡萄糖的代謝產物會大量減少,這可以通過測量NADH的吸光度得出。這個轉變的調節酶為磷酸果糖激酶。骨骼肌對待葡萄糖顯得不太經濟,但這並沒意味著浪費,肝和心肌都能夠將乳糖通過糖異生再生為葡萄糖,這就是科里循環。而糖異生消耗能量:兩丙酮酸通過糖異生合成一分子葡萄糖要消耗6分子ATP。 活動量大的動物,其骨骼肌的顏色比畜養起來的動物的更紅,-這正是巴斯德效應:經常運動,有氧呼吸也能在一定程度上供給能量。因為前者的血供比後者更好,而好的血供能為骨骼肌提供更多的氧氣。 沒有線粒體的細胞(紅血球)是沒有巴斯德效應的。腫瘤細胞能夠繞過巴斯德效應,這是因為腫瘤細胞的調節功能失常,這會導致大量乳酸產生。在過去有人想利用這一點治療腫瘤。
磷酸果糖激酶是一個異構酶,受2ATP和其他化合物所抑制,受AMP、ADP所激活,在好氧條件下,糖代謝進入TCA循環,產生檸檬酸,並通過氧化磷酸化生成大量的ATP,細胞內大量積累ATP,檸檬酸生成增加,反饋抑制磷酸果糖激酶2的活性,這種阻遏作用又由於ATP的存在而加強,同時ATP也是抑制該酶的活性,從而使整個發酵過程降低。
總結
發酵是一種能幫助很多生物度過惡劣環境的代謝途徑,但它並不經濟。