Ақпарат

Егер адамдарда целлюлоза болса, олар шөпті сіңіре алар ма еді?


Целлюлоза - целлюлозаны ыдыратуға қабілетті фермент. Егер адамдар асқазанымызда целлюлаза жасай алатын болса, біз шөпті қорыта аламыз ба? Олай болмаса, шөпті қорыту үшін бізге тағы қандай заттар керек еді?


Жоқ. Тіпті шөп қоректі жануарлар үшін шөпті немесе өсімдіктерді жалпылау қиын, өйткені олардың құрамында целлюлоза бар. Шөпқоректі жануарлардың асқазанының әртүрлі бөліктері бар, ал адамдарда бір ғана бөлім бар, сондықтан шөпқоректілерде өсімдіктер (немесе шөптер) асқазанының бірінші бөлігіне кіреді қарын деп аталады, онда целлюлозаны ыдырататын тұзды ерітінді бар, содан кейін шөпқоректілер. өңделген тағамды немесе сүтті қарыннан ауыздарына шығарып, целлюлозаны бұдан да көп ыдыратады. Содан кейін сүт қарынға қайта кіреді, содан кейін қалыпты түрде қорытылады. Сондықтан адамда целлюлоза болса да, целлюлозаны одан әрі ыдырату үшін оларға қарын қажет болады.


Целлюлозаны бөліп алу — амур балығының ішектерінен микробтар түзетін (Ctenopharyngodon idellus)

Субстрат ретінде сүзгі қағазы мен сіңіргіш мақтаны қолданып, глюкозаның концентрациясын калориметрия арқылы өлшей отырып, ақ амурдың ішектеріндегі бактерия штаммдарының целлюлазалық белсенділігі талданды. Алты штамм бөлініп алынды және барлық амур балықтарында жоғары целлюлаза белсенділігі анықталды. Штамдар целлюлозаны өндірудің әртүрлі қабілеттерін көрсетті, бұл олардың целлюлозаны сіңіру үшін амурдың ішектерінде өзара әрекеттесетінін көрсетеді. Целлюлоза белсенділігінің болуы шөп амурының рациондағы целлюлозаны сіңіру қабілеті бар екенін көрсетеді. Целлюлазаның ферментативті белсенділігі 6 күн өсіруден кейін күрт артып, 7-ші күні ең жоғарғы шегіне жетті. Микробтар ақ амур диетасындағы целлюлазаның негізгі көзі болуы мүмкін.

Бұл жазылым мазмұнының алдын ала қарауы, мекеме арқылы қол жеткізу.


Санаттар

Статистика

Көру саны:666,300
Ұнатады:16,354
Ұнамайды:179
Пікірлер:1,775
Ұзақтығы:04:02
Жүктеп салынған:2016-09-09
Соңғы синхрондау:2020-11-18 02:00

Сіз сиырларды жақсы шөппен ләззат алғанын көрген боларсыз, бірақ біз неге солай ете алмаймыз?

· Ұйымдастырушы: Michael Aranda
----------
Patreon-да меценат болу арқылы SciShow-ды қолдаңыз: https://www.patreon.com/scishow
----------
Dooblydoo келесі Patreon қолдаушыларына алғыс айтамыз -- біз оларсыз SciShow жасай алмадық! Патрик Мерритью, Уилл және Соня Марпл, Томас Дж., Кевин Билер, Крис Питерс, Чарльз Джордж, Кэти және Тим Филипп, Тим Кервик, Бейдер АльГхамди, Джастин Ленц, Патрик Д. Эшмор, Марк Террио-Кэмерон, Бенни, Фатима Икбал, Аккалия Элементия, Кайл Андерсон және Филипп фон Берген.
----------
SciShow ұнайды ма? Бізге қолдау көрсетуге көмектескіңіз келе ме, сонымен қатар қабырғаларыңызға киетін, денеңізді жауып, сұйықтықтарыңызды ұстайтын заттар алғыңыз келе ме? DFTBA Records сайтында біздің керемет өнімдерімізді қараңыз: http://dftba.com/scishow
----------
Интернеттегі басқа жерден SciShow іздеп жүрсіз бе?
Facebook: http://www.facebook.com/scishow
Twitter: http://www.twitter.com/scishow
Tumblr: http://scishow.tumblr.com
Instagram: http://instagram.com/thescishow
----------
Дереккөздер:
http://dujs.dartmouth.edu/2011/02/turning-waste-into-food-cellulose-digestion/#.V7EW6pMrJPO
http://www.fda.gov/AnimalVeterinary/ResourcesforYou/AnimalHealthLiteracy/ucm255500.htm
http://science.jrank.org/pages/1335/Cellulose-Cellulose-digestion.html
https://www.britannica.com/animal/ruminant
https://www.mun.ca/biology/scarr/Ruminant_Digestion.html

Майкл: Оны шынымен сиырлар жасайды. Айтайын дегенім, олар қайда қараса да, жейтін шөптер бар! Біз, адамдар, бұл оңай емес. Сіз шөп жеуге болады, бірақ бұл сізге көп нәрсе береді. Сонымен, айырмашылығы неде? Егер сиырлар шөпті сіңіре алса, біз неге?

Сиырлардың шөптегі целлюлозаны сіңіретін құралдары бар, бірақ бізде жоқ. Біздің ас қорыту жүйелеріміз бұл үшін жабдықталған. Целлюлоза – глюкоза бірліктерінің ұзын тізбегінен тұратын күрделі көмірсу. Ол өсімдік жасушаларының қабырғаларын құрайды, сондықтан ол шпинат, қырыққабат және шөп сияқты барлық өсімдіктерде кездеседі. Біз жейтін өсімдіктердің көпшілігінде біз қорытатын қоректік заттар бар. Бірақ шөп негізінен целлюлоза болып табылады және бұл целлюлозаны бұзу өте қиын. Егер сіз сиыр сияқты жануарды алмасаңыз.

Сиыр шөпті жесе, ол өңешінен төмен түсіп, төрт камералы асқазанға түседі. Шөптің әрбір порциясы үшін бұл іс жүзінде бірнеше рет болады. Шөп аздап қорытылғаннан кейін ол тор деп аталатын асқазан камераларының біріне өтеді, онда ол кесектер деп аталатын кесектерді құрайды. Содан кейін кесектер регургитацияланады. Сиыр оларды аздап ұнтақтап, тамақты одан әрі ыдыратуы үшін олар қайтадан сиырдың аузына әкелді. Ақырында, сиыр тамақты қайтадан жұтады, бұл асқазанға қайта оралады. Дәмді естіледі.

Мұнымен айналысатын сиырлар ғана емес, сонымен қатар қой мен ешкі сияқты жануарлар да тамақтарын жаңғыртады. Оларды күйіс қайыратын жануарлар деп атайды. Асқазанның негізгі аймағы - төртеуінен тұратын ең үлкен камера: қарын. Бұл жерде шөпті сіңіретін сиқыр болады. Қараңызшы, бұл шөптегі целлюлозаны қорытатын сиыр емес, ол сиырдың ішегінде тұратын кішкентай микробтар. Бұл балалар целлюлозаның анаэробты қорытылуы деп аталатын процесте өз жұмысын оттегісіз орындайды. Ол екі негізгі кезеңді қамтиды: ферменттерді өндіру және ашыту.

Фермент өндірісінде қарындағы микробтар целлюлоза сияқты белгілі бір ферменттерді шығарады, бұл целлюлозаны ыдыратуға көмектеседі. Негізгі әдістердің бірі целлюлозаны гидролиздеу болып табылады, онда судың қатысуымен химиялық реакция целлюлозаны глюкоза сияқты кішірек көмірсуларға ыдыратады. Бірақ ферменттер реакцияны бастайтын катализаторлар ретінде әрекет ететін шоудың нағыз жұлдыздары.

Сол жерден қалдық, кішірек көмірсулар ашытылады, яғни олар метаболизденіп, май қышқылдарына айналады, мысалы, сірке қышқылы, сүтте кездесетін сірке суы май қышқылы, пропион қышқылы, сондай-ақ жиі тағамдық консервант ретінде қолданылатын қышқыл. . Кейінірек олар қоректік заттар ретінде сіңеді. Осының бәрінен кейін ішінара сіңірілген шөп ақырында асқазанның қышқыл бөлігі болып табылатын абомасумға жетеді, ол біздікіне ұқсас.

Мұнда тамақ одан да көп қорытылады және ақырында сиырдың ащы және тоқ ішектеріне енеді. Сонымен, шөптерді қорытудың негізгі ойыншылары микробтар болып табылады. Адамдар шөпті қорыта алады, өйткені бізде целлюлозаны ыдырату үшін қажетті ферменттерді шығаратын микробтар жоқ.

Бізде крахмал және қарапайым қант сияқты басқа көмірсуларды қорытатын ферменттер бар, және бізде целлюлозаны қорытатын ферменттер жетіспейді. Ал егер сіз сиырдың қарнағындағы бірдей микробтарды алып, оларды асқазанға салып, өз істерін жасауға рұқсат етсеңіз ше? Бұл жұмыс істемейтін шығар, өйткені сіздің асқазаныңыз целлюлозаны қорыту процесі үшін тым қышқыл. The

Асқазаныңыздың рН мәні әдетте 1-ден 3-ке дейін болады, бұл өте қышқыл. Сиырларда шөпті қорытатын микробтар өмір сүретін қарынның рН мәні бейтарапырақ 6 немесе 7-ге жақын. Микробтар рН 5,5 немесе одан төмен болғанда целлюлозаны ыдыратуды тоқтатады, сондықтан оларды асқазанға салу сізге жақсы нәтиже бермейді. шөпті қорыту қабілеті.

Бірақ бұл микробтар үшін тағы екі әлеуетті үй бар: сіздің кіші және тоқ ішектеріңіз. Бірақ екеуі де жақсы таңдау емес. Жіңішке ішектегі рН әлдеқайда бейтарап, бірақ микробтар қорытылған тағамдағы қоректік заттар үшін сізбен бәсекелесуге тырысуы мүмкін.

Ал сіздің тоқ ішектеріңіз шөптен қоректік заттарды сіңіре алмайды, сондықтан оған целлюлозаны ыдырату үшін микробтарды қою көп нәрсені өзгертпейді. Тағы бір нұсқа - лактозаға төзбейтін адамдар сүт өнімдерін алуға мүмкіндік беретін лактаза ферменті бар таблетканы қалай қабылдауы сияқты, кейбір целлюлазаны және mdash жұтып қою. Бірақ зерттеушілер шөпті қорытуға мүмкіндік беретін ферменттерді алудың практикалық әдісін әлі әзірлеген жоқ, тіпті егер олар жасаған болса да, біз оның денсаулығына қандай әсер ететінін білмейміз. Алдыңғы көгалда кешкі асқа жаю қаншалықты ыңғайлы болса, шөпті сиырларға қалдырған дұрыс.

Бұл бейне Patreon желісіндегі меценаттарымыздың көмегімен жасалды. Меценаттарға, қолдау көрсеткеніңіз үшін және SciShow-тың осы сериясын көргеніңіз үшін рахмет. Осы шоуды қолдауға көмектескіңіз келсе, Patreon.com/SciShow сайтына өтуіңізге болады. YouTube.com/SciShow сайтына өтіп, жазылуды ұмытпаңыз!

пернелер тіркесімдерін ауыстырып қосу үшін қойындысын басыңыз.
[ (сол жақ жақша): бес секунд артқа оралыңыз
] (оң жақша): бес секунд алға жылжу
= (тең): уақыт белгісін енгізіңіз
(кері қиғаш сызық): бейнені ойнату немесе кідірту

Бейнедегі нүктені (?) арқылы белгілеу басқа пайдаланушылардың транскрипцияға көмектесуін жеңілдетеді. Не айтылып жатқанына сенімді болмасаңыз немесе айтылған нәрсені қалай жазу керектігін білмесеңіз, оны пайдаланыңыз.


Скептико

Өткен аптада мен History арнасының екінші бөлімін көрдім Эволюция – бұл жолы ішектің эволюциясы туралы. Фарингула эпизодты жазып алады. Мені ерекше қызықтырған бір мәселе сиырлар мен басқа күйіс қайыратын жануарлардың шөп жеу үшін қалай дамығаны туралы қысқаша мәлімет болды. Мен бірнеше жылдар бойы Джамба шырынында және басқа да денсаулыққа арналған азық-түлік дүкендерінде сатылатындай, адамдар бидай шөптерін ішуден қандай да бір пайда ала алатыны туралы бірнеше пікірталастарға қатыстым. Үш жыл бұрын Wheatgrass ақылсыздығында жазғанымдай, біз шөпті сіңіре алмайтындықтан, мүмкін емес деп ойлаймын. Бұл бағдарламаның жүргізушілері менімен келіскендей болды.

Баяндамашының бірінші айтқаны шөптің сапасыз тағам екендігі болды - бұл бидай шөптерін жақтаушылардың бидай шөптері қандай да бір жолмен «суперфуд» деген тұжырымдарына сәйкес келмейтін сияқты. Оның төмен сапасы сиырлардың оны көп жеуінің бір себебі болуы мүмкін - оларды бақылаңыз және олар күні бойы айналысады. Біз оның қоректік заттарын сіңіре алсақ та, бір кішкене 2 унция түсірілімнің айтарлықтай өзгеруі екіталай.

Екінші мәселе, тек күйіс қайыратын жануарлар ғана шөпті сіңіре алады, мен бидай шөптерінің ерекшелік болуының себебін көрмеймін. Менде бидай шөптерінің бірнеше жақтаушылары шырын сығу процесі адамдарға қоректік заттарды қол жетімді ету үшін жасуша қабырғаларын бұзады деп жауап берді, бірақ History Channel бағдарламасы одан да көп нәрсе бар екенін көрсетті. Мұны көрсету үшін олар хирургиялық жолмен фистуляцияланған сиырды көрсетті - оның жағында хирургиялық имплантацияланған тесігі бар, бұл зерттеушілерге қолдарын оның ішектеріне дәл түсіруге мүмкіндік береді. Бұл аздап жиіркенішті естіледі (және одан да көп көрінеді - оң жақтағы суретті қараңыз), бірақ, шамасы, сиыр жақсы (шынымды айтсам, сиырдан оның не ойлайтынын сұраған жоқ). Телебағдарламада олар сізге сиырдың ішегін фистула арқылы көрсетті, ал біреу шын мәнінде ішінара ашытылған шөпті алу үшін қолын қойды. (Еу!) Әйтеуір, қортындысы сиырдың ішегі, одан басқа құрамында целлюлозаны кішірек молекулаларға дейін ыдырату үшін қажет бірегей бактериялар бар, сондай-ақ шөпті қорыту процесі үшін ашыту ыдысы ретінде әрекет етеді. Бұл ұзақ ашыту процесі целлюлозаны ыдырататын целлюлоза ферменттерін шығарады. Ал The New Scientist мәліметінше, бұл ашыту процесі міндетті түрде баяу микробтармен байланысын ұзарту үшін олардың жұмысын орындауға жеткілікті уақыты болады. Сондықтан адамдардың бидай шөптерінен қандай да бір пайда алуы екіталай болып көрінбейді, тіпті сиырлар да бірден пайда көрмейді - ашытуға бірнеше күн қажет. «Лездік жоғары» немесе оның қоректік заттары «шамамен 20 минут ішінде қанға сіңеді» деген мәлімдемелер анық жалған.

Күйіс қайыратын жануарлар жайылып жүрген шөпті дерлік шайнамай жұтады және ол өңеш арқылы қарын мен торға өтеді. Мұнда сұйықтық қосылады және бұлшықет қабырғалары тағамды шайқайды. Бұл камералар күйіс қайыратын малдың асқазанының негізгі ашыту ыдысын қамтамасыз етеді. Мұнда бактериялар мен бір жасушалы жануарлар целлюлоза өсімдік жасушасының қабырғаларында әрекет ете бастайды. Бұл организмдер целлюлозаны сиырды немесе қойды энергиямен қамтамасыз ету үшін сіңірілетін кішірек молекулаларға дейін ыдыратады. Бұл процесте метан және көмірқышқыл газы түзіледі. Бұл сиырлар мен қойлардың жасап жатқанын еститін «бөртпелерді» тудырады.

Микроорганизмдер тек целлюлозаны ыдыратып қана қоймайды, сонымен қатар олар жануардың пайдалануы үшін Е, В және К витаминдерін шығарады. Олардың қорытылатын ағзалары күйіс қайыратын малдың ақуызға қажеттілігінің басым бөлігін қамтамасыз етеді.

Мен өзімнің бидай шөптері туралы жазбамды өзгертуге ешқандай себеп көріп қана қоймаймын, бұл Эволюция Бағдарлама менің бастапқыда ойлағанымды растағандай болды, атап айтқанда, бидай шөптері адамдарға тамақ ретінде пайдасыз.

Бидай шөптері туралы мифтерге қарсы фактілер

Жоғарыда айтылғандардан, менің ойымша, біз бидай шөпіне қатысты қолайлы талаптардың көпшілігі ең жақсы жағдайда мифтер деп айта аламыз.  Бидай шөптері туралы кейбір фактілер:

  1. Бидай шөпі – сапасы төмен тағам, оның құрамында бізге қажетті дәрумендер мен минералдардың көпшілігіне жақын ештеңе жоқ.  (Джамба шырыны бидай шөптерінің қоректену деректерін қараңыз: Витаминнің 7% тәуліктік мәні (%DV) C 10% темір қалғандарының нөл пайызы.  Нөл!  Шиш – апельсин жеңіз.)
  2. Бидай шөпінде адамның ас қорытуына көмектесетін ферменттер жоқ. Бидай шөптері бар кез келген ферменттер көмектесетін ферменттер болып табылады бидай шөптері метаболизденеді оның тағамдық бидай шөптерінің ферменттері бидай шөптерін немесе басқа нәрсені қорытуға көмектеспейді.  (Олардың екеуін де "enzymes" деп атауға болады, бірақ олар әртүрлі молекулалар.)
  3. Шөптегі целлюлозаны ыдырату үшін ішекте арнайы микробтар мен ферменттер қажет. . Адамдарда бұл ферменттер жоқ, сондықтан адамдар шөпті бірінші шырыннан сығып алса да, сіңірмесе де қорыта алмайды.
  4. Асқорыту процесі, тіпті күйіс қайыратын жануарларда да, міндетті түрде баяу жүреді. Бұл (а) адамның ас қорытуы бидай шөптерін қорыту үшін жеткілікті баяу болмайтынын білдіреді (тіпті адамның ішектерінде қажетті микробтар болса да, оларда жоқ) және (б) егер ол баяу болса (және микробтар болса), бидай шөптері ол әлі де мәлімделгендей денеге "20 минут ішінде" сіңбейді.
  5. Сол сияқты, бидай шөбін ішкеннен кейін «жоғары» деген шағымдар ұсыныс күшіне немесе кейбір физиологиялық реакцияларға байланысты. ағзаның жаңа ғана тамақтандырғанын қорыта алмауына байланысты.
  6. Ол қорытылмайтындықтан, бидай шөптері қуаттандырушы бола алмайды, қаныңызды түзе алмайды (бұл нені білдірсе де), денеңізді тазарта алмайды немесе ол үшін мәлімделген басқа да сиқырлы әрекеттерді жасай алмайды.

Міне, сізде бұл бар.  Бір жақсысы, тақырыпта "Қасиетті Сиыр" бірде-бір нұсқасын қолданбағаныма таңданбадың ба?


Адамдар целлюлозаны сіңіре ала ма?

Адамдар целлюлозаны сіңіре алмайды, өйткені бета-ацетальды байланыстарды ыдырататын тиісті ферменттер жетіспейді. (Кейінгі тарауда ферменттердің қорытылуы туралы толығырақ.) қорытылмайтын целлюлоза – ішек жолдарының бірқалыпты жұмыс істеуіне көмектесетін талшық.

Сиыр, жылқы, қой, ешкі, термиттер сияқты жануарлардың ішек жолдарында симбиотикалық бактериялар болады. Бұл симбиотикалық бактериялар асқазан-ішек жолында целлюлозаны қорытуға қажетті ферменттерге ие. Оларда целлюлозаның ыдырауы немесе гидролизі үшін қажетті ферменттер бар, жануарларда, тіпті термиттерде де дұрыс ферменттер жоқ. Ешбір омыртқалы жануарлар целлюлозаны тікелей сіңіре алмайды.

Түсініктемелердің бірі оқырманның термиттерде целлюлозаны қорытуға қажетті ферменттердің бар-жоғы туралы шатастырғанын көрсетеді. Жауап дұрыс, оларда ферменттер жоқ екенін көрсетеді (туа біткен). Оның орнына олар қажетті ферменттерді қамтамасыз ететін бактериямен симбиотикалық қарым-қатынаста болады. Басқаша айтқанда, оларда бар, бірақ олармен достық организм қамтамасыз ететіндіктен ғана.


Егер адамдарда целлюлоза болса, олар шөпті сіңіре алар ма еді? - Биология

Целлюлоза молекулаларында сутектік байланыстың екі түрі бар: С арасында түзілетіндер3 OH тобы мен пираноза сақинасындағы оттегі бір молекуладағы және С арасында түзілетіндер6 Бір молекуланың OH тобы және екінші молекуланың глюкозидтік байланысының оттегі. Әдетте, бета-1,4 гликозидтік байланыстарды бұзу қиын емес. Алайда, осы сутектік байланыстардың арқасында целлюлоза өте тығыз оралған кристаллиттер түзе алады. Бұл кристалдардың кейде тығыздығы соншалық, оларға су да, фермент те өте алмайды экзоглюконаза, терминалдық глюкозидтік байланысқа шабуыл жасайтын целлюлазаның кіші тобы оны ыдыратуда тиімді. Судың целлюлозаға ене алмауы да кристалдық целлюлозаның ерімейтінін түсіндіреді. Екінші жағынан, аморфты целлюлоза енуге мүмкіндік береді эндоглюконаза, ішкі байланыстардың гидролизін катализдейтін целлюлазаның басқа топшасы. Кристалдық құрылымдағы бұл айырмашылықтың табиғи салдары аморфты целлюлоза үшін кристалдық целлюлозаға қарағанда гидролиз жылдамдығы әлдеқайда жылдам. Үлкен целлюлоза молекуласын түзу үшін глюкозаның негізгі бөліктерін біріктіретін глюкозидтік байланыстарды бұзу процесі деп аталады. гидролиз өйткені әрбір үзілген байланысты белсенді емес ету үшін су молекуласын беру керек. Кристаллдан басқа өсімдіктердегі целлюлозаны қоршап тұрған химиялық қосылыстар, т.б. лигнин, сонымен қатар ферменттің реакция орындарына диффузиясын шектейді және гидролиз жылдамдығын анықтауда маңызды рөл атқарады. Кейде ағаш жоңқалары ферментпен немесе ферменттер қоспасымен өңделмес бұрын гемицеллюлоза мен лигнинді тазарту үшін шамамен 160°C температурада қышқылмен өңделеді. Жалпы алғанда, 24 сағаттан кейін глюкозаның 20-дан 70% -ға дейін шығуын күтуге болады.

Целлюлозаның глюкозаға айналуы ферменттер жүйесіндегі екі кезеңнен тұратыны белгілі. Триходерма вирусы. Бірінші кезеңде бета-1,4 глюканаза глюкозидтік байланысты бұзады целлобиоза, бұл мальтозаға қарағанда бета-1,4 байланысы бар глюкоза димері, альфа-1,4 байланысы бар аналогы. Кейіннен бұл бета-1,4 глюкозидтік байланыс бета-глюкозидаза арқылы бұзылады: целлюлоза гидролизінің кинетикасы кеңінен зерттелді және байқалған реакция кинетикасын сипаттау үшін субстрат немесе өнімді тежеу ​​шарттары бар жылдамдық өрнектерінің Михаэлис-Ментен түрлері ұсынылды. .

Саңырауқұлақтар мен бактериялардың алуан түрлері целлюлазаны өндіреді және ферментті жасуша мембранасы арқылы сыртқы ортаға тасымалдайды. Целлюлозаны целлюлоза деп ыдырататын қосылыстардың қоспасына сілтеме жасау әдеттегідей болғанымен, ол шын мәнінде бір емес, бірнеше ерекше ферменттерден тұрады. Соңғы зерттеулер көрсеткендей, құрамдастардың бірі целлюлоза массасының бетіне өзін тану және бекіту қабілетімен салыстырмалы түрде инертті, сонымен қатар ферментативті белсенділікті көрсететін басқа ақуыз компонентін тану және ұстау қабілетімен қатар. Осылайша, реакция мүмкіндігі жақындық әсерінен айтарлықтай артады, өйткені белсенді фермент желім ретінде әрекет ететін инертті ақуыз арқылы қатты субстраттың бетінде ұсталады.

Целлюлаза өндірісін зерттеу үшін жиі қолданылатын түрлер - ақ шірік саңырауқұлақтар дақылдары Trichoderma ressei және Триходерма вирусы. Барлығымыз шіріген ағаштың бір бөлігін көрдік. Және, мүмкін, білмей-ақ, біз бұл саңырауқұлақтардың сыртқы түрі мен әрекетіне әбден үйреніп қалған шығармыз. №1 тәжірибедегідей, целлюлазаны іздеудің ең перспективалы жері шіріген ағаш кесіндісінде болуы заңды. Бұл ферментке жауапты микроорганизмдерді шіріген ағаштың бір бөлігінен немесе бактериялық түрлер қажет болса, термиттің ішектерінен оңай бөліп алуға болады. Басқа саңырауқұлақ түрлері жиі қолданылады Fusarium solani, Aspergillus niger, Penicillium funicolsum, және Целлюломонастар sp. Бактериялардың түрлері Clostridium thermocellum және Clostridium thermosaccharolyticum олар термофильді (ластану проблемасы аз және жоғары температурада жылдамырақ), анаэробты (оттегінің берілуіне шектеу жоқ) және этанологиялық (бір культурамен глюкоза арқылы целлюлозаның этанолға айналуы) болғандықтан, целлюлоза өндірісіне перспективалы үміткерлер болып табылады. Жалпы, микроорганизмдердің әртүрлі түрлері әртүрлі целлюлолитикалық ферменттер шығарады.

Реагенттер мен аспаптар тізімі

A. Құрал-жабдықтар

  • Эрленмейер колбалары
  • Төменгі цилиндр
  • Тамшуырлар, 1 мл, 10 мл
  • Пробиркалар
  • Инкубатор немесе термостатталған шейкер
  • Температуралық ванна (немесе жылу көзі -- Бунсен оттығы немесе ыстық плита)
  • Термометр
  • Баланс
  • Шприц
  • Сүзгі ұстағышы
  • Сүзгі қағазы
  • Спектрофотометр

B. Реагенттер

  • Целлюлоза көзі (сүзгі қағазы, ағаш жоңқалары, карбоксиметил целлюлоза, мақта)
  • Целлюлаза, буферленген рН=5,00۪,01, 10г/л ерітінді
  • HCl, 5% ерітінді
  • Х2SO4, 5% ерітінді
  • KOH
  • Қантты талдауға арналған реактивтер

Процедуралар

  1. Ферменттік гидролиз: Ұсақталған ағаш жоңқалары (целлюлозаның, лигниннің және әртүрлі басқалардың күрделі және таза қоспасы), карбоксиметил целлюлозасы (аморфорлы құрылымды целлюлоза үлгісі) және мақта (90% целлюлоза, негізінен кристалды құрылымды) үшін бірдей процедураларды қайталаңыз. Уақыт болса және қосымша фермент ерітіндісі болса, газет қағазы, шөп, сабан және жүгері сабағы сияқты биомасса мен қалдық материалдардың басқа көздерін қолданып көріңіз. Ескертпе 1 қараңыз.
    • 10 см 2 целлюлоза сүзгі қағазын ұсақтап, салмағы 0,1 г. (Байланыстырушы материалдары бар қағаздың басқа түріне қарағанда, ылғалдандырғыштары жоқ целлюлоза сүзгі қағазының бір бөлігі ең аз қоспаларға ие және целлюлозада дерлік таза. Сүзгі қағазын қолданатын сандық талдаудың нәтижесі қоспалар шайылып кеткенде өте сенімсіз болар еді. фильтратқа.
    • Ұсақталған қағазды пробиркадағы 10 мл буферленген целлюлаза ерітіндісіне батырыңыз. Басталу уақытын ескеріңіз.
    • Қоспаны 40°176С температурада инкубациялаңыз. (Фермент 40°176С температурада және шамамен 4,5 рН шамасында ең белсенді.)
    • Бұл реакция шамамен 24 сағатқа созылуы керек. Кейбір алдын ала анықталған сәйкес аралықтармен 1 мл үлгілерді алыңыз. Бастапқы үлгі аз болғандықтан, босқа көп нәрсе жоқ екенін ескеріңіз. (1 мл көлемі биохимиялық заттармен жұмыс істегенде үлкен үлгі ретінде қарастырылады.)
    • Үлгідегі гидролиз реакциясын тоқтатыңыз. Реакцияны тоқтатудың бірінші әдісі - субстрат қоспасынан айыру. Бұған ерітіндідегі қалдық қатты материалды сүзу арқылы оңай қол жеткізуге болады. Жеке үлгілерді кейінірек талдау үшін мұздатылған күйде сақтауға болады. Үлгілер ерітіледі және өлшемдерге ұшырамас бұрын бөлме температурасына дейін жеткізіледі. Дегенмен, бұл бірінші әдіс еритін целлюлозаға қолданылмайды, мысалы, CMC. Немесе ферментативті катализдейтін реакцияларды күшті фермент ингибиторын қосу арқылы немесе ферментті инактивациялау үшін қыздырылған ваннада 5-10 минут бойы қоспаның температурасын 90º176С дейін көтеру арқылы тоқтатуға болады.
    • Динитросалицилат колориметриялық әдіспен үлгілердің глюкоза концентрациясын өлшеңіз. (Анықтама: Гейл Лоренц Миллер, қалпына келтіретін қантты анықтау үшін динитросалицил қышқылы реагентін пайдалану, Аналитикалық химия,31, 427, 1959.) 2-ескертуді қараңыз.
  2. Қышқылдық гидролиз (күкірт қышқылы): Ферментативті гидролиздегідей целлюлоза көздерін қолданыңыз.
    • 10 мл 5% Н-ге 0,2 г целлюлоза қосыңыз2SO4 Ерітіндіні қақпағы сәл жабылған пробиркадағы. 3-ескертпені қараңыз. Реакцияны бөлме температурасында емес, 90°176C температурада жүргізуге болады.
    • Бұл реакция 2 сағатқа созылуы керек. Кейбір алдын ала анықталған сәйкес аралықтармен 1 мл үлгілерді алыңыз.
    • Қышқылды бейтараптандыру және аз мөлшерде концентрлі калий гидроксиді ерітіндісін қосу арқылы рН мәнін сәл өзгерту арқылы үлгідегі гидролиз реакциясын тоқтатыңыз. Осы мақсат үшін қанша KOH қажет екенін көру үшін жылдам есептеу жасаңыз. Қосылған KOH ерітіндісінің көлемін мұқият қадағалап отыру керек екенін ескеріңіз, себебі бұл ақпарат бастапқы сұйылтылмаған үлгідегі глюкоза концентрациясын есептеу үшін қажет болады.
    • Сілтілік үлгідегі глюкоза концентрациясын өлшеңіз.
  3. Қышқылдық гидролиз (тұз қышқылы): 5% күкірт қышқылын 5% тұз қышқылымен ауыстырып, күкірт қышқылындағыдай процедураны қайталаңыз.

Талқылаулар

Целлюлозаның глюкозаға сіңуі бойынша көптеген зерттеу жұмыстары жүргізілді. Жасалған глюкозаны малға немесе тіпті адамдарға азық ретінде бір жасушалық ақуыз өндіру үшін пайдалануға болады. Глюкоза сонымен қатар әртүрлі химиялық заттар мен отын өндірісінде бастапқы шикізат ретінде пайдаланылуы мүмкін. Бұл әдетте микроорганизмдердің көмегімен жүзеге асырылады. Мысалы, глюкозаны этанолға дейін оңай ашытуға болады Saccharomyces cerevisiae (ашытқы) немесе Pseudomonas mobilis (бактерия). Этанолды бензин ретінде пайдалануға немесе басқа жалпы мұнай-химия өнімдерін жасау үшін өңдеуге болады. Басқа мысал - глюкозаның ацетон және бутанол сияқты еріткіштерге айналуы Clostridium acetobutylicum. Целлюлозаның көлемі өте үлкен болғандықтан және ресурс жаңартылатын болғандықтан, әлем болашақта азық-түлік, отын, химиялық қорлар және шикізат үшін оған көбірек тәуелді болады. Оның жеткізілімі тез азайып бара жатқан мұнайға деген қажеттілікті жеңілдететін үлкен әлеуеті бар.

Осылайша, бұл органикалық химиялық затты өңдеу қабілеті өте маңызды әсерге ие. Целлюлозаның ас қорыту процестерін зерттеудегі серпіліс әлемдік азық-түлікпен қамтамасыз етуге, экономикаға және күштердің геосаяси тепе-теңдігіне орасан зор әсер етіп қана қоймайды, сонымен қатар ол химия өнеркәсібінің өнімдерінің әртүрлі түрлері мен әдістеріне үлкен әсер етеді және олар пайдаланады. соңғы пайдаланушылар. Бұл эксперимент биохимиялық инженериядағы студентті ең ауқымды әсерлері бар ертеңгі технологиялардың бірімен таныстырады.

Бұл тәжірибеде көрсетілгендей, целлюлозаның бір бөлігін ыдырату өте қиын емес. Дегенмен, процесті зертханалық масштабтан коммерциялық масштабқа аудару соншалықты тривиальды емес. Ең алдымен, бүкіл операция болуы керек екеуі де техникалық тұрғыдан негізделген және экономикалық тұрғыдан орынды. Процесс нақты бейімделуі үшін, әрине, алдымен техникалық мүмкін болуы керек. Бұған қоса, ол барлық басқа бәсекелес процестерге қарағанда белгілі бір артықшылықтар ұсынуы керек. Бұл артықшылық процесс қолданылатын саяси жүйеге қарамастан, әрқашан үлкен пайда маржасы түрінде өлшенеді. Пайданы есептеу кезінде кейде анық емес және бағалау оңай емес әртүрлі шығындарды тиісті түрде қосу керек екенін ескеріңіз, мысалы: қоғамдық бейнелер, институционалдық жауапкершіліктер және қоршаған ортаға әсерлер. Пайдасыз процестер табиғи және адам ресурстарын ысырап етеді және аман қалмауы керек. Инженер-химик ретінде, іргелі зерттеулер жүргізсе де, зауытты жобаласа да, экономикалық әсерді үнемі еске түсіреді.

Осы экспериментте ұқсас соңғы нәтижеге әсер етудің екі типтік тәсілі зерттеледі. Дегенмен, басқа да көптеген бәсекелес тәсілдер бар екенін есте ұстаған жөн және біреу үнемі бірнеше таңдаумен бетпе-бет келеді. Мысалы, сірке қышқылын ферменттеу немесе химиялық синтез арқылы алуға болады. Фармацевтикалық препараттардың кең спектрі де солай. Шындығында, өмір сирек қарапайым және алға қарай түзу болады, сондықтан бір ғана таңдау бар.


Bonnethead акулалары теңіз шөптерін жейді және сіңіреді

Жағалаудағы кішкентай акула, капот акуласы (Sphyrna tiburo) теңіз шөптерін көп жейді (Thalassia testudinum) және жаңа зерттеулерге сәйкес, ас қорыту жүйесінде өсімдіктерді өңдеуге бейімделген.

Лей т.б теңіз шөптерінен қоректік заттарды сіңіріп, игере алатындығын анықтау үшін боннетбас акулаларының ас қорыту қызметін зерттеді. Сурет несиесі: Mills Baker / CC BY 2.0.

Басты акула – балғалы акулалар тұқымдасына жатады Сфирна Sphyrnidae тұқымдасында.

Бұл түр әдетте 33-тен 263 футқа (10-80 м) дейінгі тереңдікте теңіз шөптері, лай және құмды түбі үстіндегі таяз сағалар мен шығанақтарда кездеседі.

Ол сирек кездесетін Жаңа Англиядан Мексика шығанағы мен Бразилияға дейін және Калифорнияның оңтүстігінен Эквадорға дейін созылады. Ол жазда Каролина мен Джорджияның жағалық суларында, көктемде, жазда және күзде Флорида мен Мексика шығанағында жиі кездеседі.

Орташа алғанда, акулалардың ұзындығы шамамен 2-3 фут (61-91 см), ең үлкен мөлшері шамамен 5 фут (1,5 м). Әйелдер әдетте еркектерге қарағанда үлкенірек болады. Денесі жоғарыдан сұр-қоңыр түсті, ал төменгі жағы ашықырақ.

Өсімдікпен қоректенетін акулалардың алғашқы дәлелі 2007 жылы жарияланған ерекше жаңалықтан алынды.

Флоридадағы NOAA Fisheries компаниясының зерттеуші экологы Дана Бетеа және әріптестері Мексика шығанағындағы акулалардың асқазанындағы құрамын зерттеп, олар жұтқан материалдың жартысынан көбі теңіз шөптері екеніне таң қалды.

Алайда, акулалар шын мәнінде шөпті тұтынып, одан қоректік заттар алып жатыр ма, әлде өсімдіктер арасында жасырынған шаяндар мен асшаяндарды аулаған кезде оны кездейсоқ жұтып қойды ма, белгісіз болды.

Бұл жұмыс Калифорния Ирвин университетінің зерттеушісі Саманта Лей мен бірлескен авторларды балықтардың өсімдіктерді қорыту қабілетін зерттеуге шабыттандырды.

«Біз бірнеше адамды ұстап алып, оларды Флорида халықаралық университетінің зертханасына алып келдік, онда олар бірнеше апта бойы 90% теңіз шөптері бар диетамен қоректенді», - деді ғалымдар.

«Теңіз шөптері тұрақты көміртегі-13 изотопымен белгіленді, сондықтан акулалар оны тұтынған кезде, біз акулалардың тіндерінде көміртегі-13 белгісінің бар-жоғын тексере алдық және теңіз шөптерінің қоректік заттардың шынымен денеге қабылданғанын тексере алдық. »

«Сондай-ақ біз акуланың нәжісін жинадық, теңіз шөптерінің қоректік заттардың (мысалы, көмірсулар, ақуыздар және т.б.) қаншалықты қорытылмай шығарылғанын көру үшін».

«Сонымен қатар, біз олардың өсімдік материалын ыдырату қабілеті бар-жоғын білу үшін капоттардың ішектеріндегі ас қорыту ферменттерін қарастырдық».

«Таза етқоректі жануардың өсімдіктерді қорыту механизмі болмауы керек, бірақ акулалар теңіз шөптерін үнемі жесе, оларда осы мақсат үшін ферменттер болуы керек».

Нәтижелер қорытынды болды: акуланың қанында таңбаланған теңіз шөптерінен алынған көміртегі-13 табылды, сондықтан олар шөптен алынған қоректік заттарды қалдық ретінде шығарып қана қоймай, өз денесіне толығымен сіңіріп, енгізді.

Тұтынылатын шөптің жартысына жуығы шын мәнінде қорытылып, ішек арқылы ыдырайды, ал жартысы қорытылмаған түрде шығарылды.

Сондай-ақ, топ акулалардың ішектерінде өсімдік затының маңызды құрамдас бөлігі целлюлозаны ыдырататын ас қорыту ферменті b-глюкозидаза бар екенін анықтады.

Бұл акулалардағы өсімдікке тән ас қорыту ферменттерінің алғашқы табылуы.

Бұған қоса, бөренелер 90% вегетариандық диетаға өте риза болып көрінді.

«Біз денсаулыққа ешқандай теріс әсер етпедік, ал акулалар зерттеу барысында тіпті салмақ қосып алды», - деп атап өтті зерттеушілер.

«Жабайы табиғатта акулалар теңіз шөптерін 90%-дан аз жеуі мүмкін болса да, мұндай жоғары өсімдік рационында гүлдену мүмкіндігі олардың теңіз шөптерінен қоректік заттарды алу қабілетіне қосымша қолдау болып табылады».

«Бәрін жейтін жануарларға бейімделу капоттардың қатаң жыртқыштардан айырмашылығы генералдар болуына мүмкіндік береді, бұл оларға өсімдіктерді де, ақуызды да тұтынуға икемділік береді», - деді Лей.

«Біз әрқашан акулаларды осы шыңдардың жыртқыштары деп ойлаймыз, бірақ міне, бұл акула, шын мәнінде, шың жыртқышы сияқты емес, бірақ бәрінен де қоректі жануарларға ұқсайды».

Акулалар жабайы табиғатта шөпті әдейі жейді ме, әлде олар кездейсоқ өсімдіктерді жұтып қойды ма және оны пайдалану үшін ас қорыту механизмін бейімдеді ме, әлі белгісіз.

«Қазіргі уақытта қауіп төніп тұрған теңіз шөптері шалғындары жойылса, акулалардың басына не болуы мүмкін екенін алаңдатады», - дейді авторлар.

«Қазіргі уақытта бөртпе басына қауіп төніп тұрған жоқ, бұл зерттеу теңіз шөптерінің тіршілік ету ортасынан басқа, олардың диетасының маңызды бөлігі екенін көрсетеді».


Целлюлозаның құрылымы

Целлюлозаны әдетте химиктер мен биологтар күрделі көмірсулар ретінде сипаттайды (айтылған car-bow-HI-drayt). Carbohydrates are organic compounds made up of carbon, hydrogen, and oxygen that function as sources of energy for living things. Plants are able to make their own carbohydrates that they use for energy and to build their cell walls. According to how many atoms they have, there are several different types of carbohydrates, but the simplest and most common in a plant is glucose. Plants make glucose (formed by photosynthesis) to use for energy or to store as starch for later use. A plant uses glucose to make cellulose when it links many simple units of glucose together to form long chains. These long chains are called polysaccharides (meaning "many sugars"

and pronounced pahl-lee-SAK-uh-rydes), and they form very long molecules that plants use to build their walls.

It is because of these long molecules that cellulose is insoluble or does not dissolve easily in water. These long molecules also are formed into a criss-cross mesh that gives strength and shape to the cell wall. Thus while some of the food that a plant makes when it converts light energy into chemical energy (photosynthesis) is used as fuel and some is stored, the rest is turned into cellulose that serves as the main building material for a plant. Cellulose is ideal as a structural material since its fibers give strength and toughness to a plant's leaves, roots, and stems.


Consider Corn Anatomy

Corn kernels are the seeds of the plant. The tough outer covering of the kernel is called the pericarp, or bran coat. This portion of the kernel remains largely intact in your digestive tract. Inside the bran coat are the germ and the endosperm.

The germ is the would-be plant portion at the base of the kernel. The endosperm, which makes up the majority of the kernel, provides nourishment to the germ.

Corn is a classified as a starchy vegetable, with 98 to 99 percent of the corn's starch located in the endosperm, according to an article published in the February 2016 issue of the journal Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety.


Turning Waste Into Food: Cellulose Digestion

Fiber constitutes an essential element in the human diet. It has been shown to prevent cholesterol absorption and heart disease and help control diabetes (1). The National Academy of Sciences Institute of Medicine recommends the adult male consume at least 38 grams of soluble fiber per day – the only kind of fiber humans can digest (1). The other more abundant type of fiber, insoluble fiber, passes through the human digestive system virtually intact and provides no nutritional value.

What if humans could digest fiber? Cellulose, the main type of insoluble fiber in the human diet, also represents the most abundant organic compound on Earth (2). Almost every plant has cell walls made from cellulose, which consists of thousands of structurally alternating glucose units (Fig. 1). This configuration gives cellulose its strength but prevents it from interacting with human enzymes. Cellulose contains just as much energy as starch because both molecules consist of glucose subunits. It is only possible to use that energy by burning wood and other cellulose materials. However, if that energy were physiologically available, humans could lower their food consumption and produce much less digestive waste than they currently do.

Figure 1: Structure of cellulose

The Human Digestive System

Disregarding cellulose digestion, human digestion is still a very efficient process (Fig. 2). Even before food enters the mouth, saliva glands automatically start secreting enzymes and lubricants to begin the digestive process. Amylase breaks down starches in the mouth into simple sugars and teeth grind up the food into smaller chunks for further digestion. After swallowing the food, hydrochloric acid and various enzymes work on the food in the stomach for two to four hours. During this time, the stomach absorbs glucose, other simple sugars, amino acids, and some fat-soluble substances (3).

Figure 2: The organs of the human digestive system.

The mixture of food and enzymes, called chyme, then moves on to the small intestines where it stays for the next three to six hours. In the small intestines, pancreatic juices and liver secretions digest proteins, fats and complex carbohydrates. Most of the nutrition from food is absorbed during its journey through over seven feet of small intestines. Next, the large intestines absorb the residual water and electrolytes and store the leftover fecal matter.

Although the human digestive system is quite efficient, discrepancies among the human population exist concerning what individuals can or cannot digest. For example, an estimated seventy percent of people cannot digest the lactose in milk and other dairy products because their bodies gradually lost the ability to produce lactase (4). Humans can also suffer from various other enzyme or hormone deficiencies that affect digestion and absorption, such as diabetes.

Comparative studies show that the human digestive system is much closer to that of herbivores rather than carnivores. Humans have the short and blunted teeth of herbivores and relatively long intestines-about ten times the length of their bodies. The human colon also demonstrates the pouched structure peculiar to herbivores (5). Yet, the human mouth, stomach, and liver can secrete enzymes to digest almost every type of sugar except cellulose, which is essential to a herbivore’s survival.

In the case of lactose intolerance, lactase supplements can easily rectify the deficiency, so what rectifies the inability to digest cellulose?

Ruminants and Termites

Ruminants-animals such as cattle, goats, sheep, bison, buffalo, deer, and antelope – regurgitate what they eat as cud and chew it again for further digestion (6). Ruminant intestines are very similar to human intestines in their form and function (Fig. 3). The key to specialized ruminant digestion lies in the rumen. Ruminants, like humans, also secrete saliva as the primary step in digestion, but unlike humans, they swallow the food first only to regurgitate it later for chewing. Ruminants have multi-chambered stomachs, and food particles must be made small enough to pass through the reticulum chamber into the rumen chamber. Inside the rumen, special bacteria and protozoa secrete the necessary enzymes to break down the various forms of cellulose for digestion and absorption.

Cellulose has many forms, some of which are more complex and harder to break down than others. Some of the microbes in the rumen, such as Fibrobacter succinogenes, produce cellulase that breaks down the more complex forms of cellulose in straw while others such as Ruminococci produce extracellular cellulase that hydrolyzes the simpler amorphous type of cellulose (7). Conveniently, cellulose hydrolysis produces several byproducts, such as cellobiose and pentose disaccharides, which are useful to rumen microbes. The reactions produce other byproducts such as methane, which is eventually passed out of the ruminant (7). Thus, the microbes and ruminants live symbiotically so that the microbes produce cellulase to break down cellulose for the ruminants while gaining a food source for their own sustenance.

Figure 3: The ruminant digestive system

The various microbes within ruminants may hydrolyze certain types of cellulose, but ruminants still cannot eat wood or cotton. Termites, on the other hand, can feed on various types of wood. It was believed for a long time that termites also depended on microorganisms that lived inside their bodies to digest cellulose for them, but research in the late 1990s showed that certain types of termites had the ability to produce enough cellulases and xylanases in the midgut to support their own survival (8). However, other species of termites do not have the capacity to produce enough cellulase independently and must depend on microbes from the domains Archaea, Eubacteria and Eucarya to break down cellulose. Regardless of the various levels of termite independence, there exists a symbiotic relationship between termites and over 400 species of microorganisms, analogous to that of ruminants and their microbes (8). The termite gut is even designed to provide energy-yielding substrates for the microbes (8).Both protists and fungi are attributed to the production of supplementary enzymes, but their specific roles and mechanisms are still being debated because isolating pure cultures has proven technically difficult. Despite the ubiquity of these microbes and the benefits they bring to ruminants and termites, research has yet to fully elucidate their mechanisms.

Current Technologies

People have long been interested in tapping into the energy in cellulose. However, most companies and research groups are only focused on ways to harness that energy as biofuel and not as food. Major research is aimed at converting cellulosic material into ethanol, although that process is still inefficient and requires refinement.

Cellulose must first be hydrolyzed into smaller sugar components such as glucose, pentose or hexose before it can be fermented into bioethanol (9). One method uses acids to hydrolyze cellulose but this can destroy much of the sugar in the process. Another way to hydrolyze cellulose is by mimicking the microorganisms inside ruminants and termites. Bioenergy engineers can use the enzymes produced by microbes to break down cellulose. However, enzymes have biological limitations and implement natural feedback inhibition that poses a problem for industrial manufacturing (9). Other technical barriers to efficient enzymatic hydrolysis include the low specific activity of current commercial enzymes, the high cost of enzyme production, and a lack of understanding of the mechanisms and biochemistry of the enzymes (9).

Companies and governments all over the are eager to invest heavily in research to turn biomass into biofuel, which could bring enormous benefits to the world economy and environment. Biomass is readily available, biodegradable, and sustainable, making it an ideal choice as a source of energy for both developed and developing countries. This could also help reduce waste problems plaguing society today. The United States produces 180 million tons of municipal waste per year, and about fifty percent of this is cellulosic and could potentially be converted into energy with the right technology (10).

Cellulose Digestion in Humans

The benefits of turning cellulose into biofuel are just as relevant when considering engineering humans to digest cellulose as a food source. Right now, technology focuses on controlling cellulose hydrolysis and processing in factories, but perhaps in the future humans could serve as the machine for extracting energy from cellulose, especially since the enzymes used to hydrolyze cellulose are hard to isolate in large quantities for industrial use. Termites themselves are tiny creatures, but as a colony, they can break down houses and entire structures. A healthy human digestive system already carries an estimated 1 kg of bacteria, so adding a couple of extra harmless types should not pose a problem (11).

Termites and ruminants serve as a great example of how organisms can use microbes effectively. However, the human body would need some adjustments to introduce the microbes into the body. Our stomach is much too acidic for most microbes to survive. The acid, among other secretions and enzymes, follows the food into the small intestine, where the microbes might end up competing with us for food. By the time the food has reached the large intestines, only the cellulosic material is left for dehydration and possibly hydrolysis. However, our large intestines lack the ability to absorb the sugars that the microbes would produce from hydrolysis. Perhaps another organ could be added to the end of the human gastrointestinal tract to especially accommodate cellulose-digesting microbes. Modern medicine allows safe inter-species transplantation, but the ideal solution would be to genetically engineer humans to develop the organs themselves to avoid he complications of surgery and organ transplantation. Genetic engineering for the purpose of treating disease and illness is still undergoing intense debate, so nonessential pursuits such as cellulose digestion will not be possible until the scientific and medical communities accept genetic engineering as a safe and practical procedure.

A simpler solution would be to take supplements similar to the ones used to treat lactose intolerance. Cellulose broken down in the stomach can be absorbed as glucose. Extracting the right enzymes to work in the human stomach can bypass the problems of supporting microbes inside the human body. Additionally, since the process would occur inside the human body, the limitations that posed a problem for commercial hydrolysis of cellulose would become necessary biological controls. In the case of lactose intolerance, lactase is easily extracted from yeast fungi such as Kluyveromyces fragilis, so perhaps the easiest solution for cellulose indigestion is to extract the appropriate enzyme from the right microbes (12). As mentioned previously, the commercial extraction of enzymes is not yet practical. As previously stated, this field of human enhancement does not receive much research because companies and funding institutions are much more interested in the lucrative biofuel industry. Consequently, many questions remain unasked and unanswered. For example, what would the removal of cellulose weight from stool do to the process of defecation? What other effects might the microbes have on the human body? How do we deal with the other byproducts of cellulose hydrolysis such as methane production?

These questions could be analyzed through observation. Other mammals have survived many millennia by digesting cellulose with microbes, and since humans are mammals, there are no underlying reasons why human bodies cannot be compatible with these organisms. The microbes that currently reside in the human body already produce gases inside the digestive system, ten percent of which is methane (3). Methane production used to be viewed as a problem at cattle ranches and dairy farms, but methane itself is a highly energetic biogas that can be used as fuel. Harnessing it might prove difficult considering that current social graves do not favor open flatulence even for the sake of renewable energy. However, certain diets richer in alfalfa and flaxseed have been proven to reduce methane production in cows, which could potentially solve that problem (13).

Vegetation, which is severely lacking in the modern diet, is the major source of insoluble fiber. Vegetables contain many vitamins, nutrients, and soluble fiber, which has numerous health benefits as mentioned in the introduction. Adding these foods to our diet after adding cellulose-digesting capabilities could help assuage the obesity epidemic and significantly improve human health.

Ultimately, improving human digestion could vastly reduce waste generated by humans and increase the efficiency of human consumption. We only need to better observe and understand those particular microbes to integrate them into our bodies, which are already structurally favorable for such a change. With the successful integration of microbes, we could cut down on food intake by making use of the energy in previously indigestible cellulose, reduce cellulosic waste by turning it into food, solve problems of food shortages by making algae, grass, straw, and even wood edible, and eventually turn human bodies into a source of renewable energy.

4. H. B. Melvin, Педиатрия. 118, 1279-1286 (2006).

6. D. C. Church, Digestive Physiology and Nutrition of Ruminants (O & B Books, Corvallis, Oregon, 1979).

7. R. L. Baldwin, R.L., Modeling Ruminant Digestion and Metabolism (Chapman & Hall, London, UK, 1995).

8. T. Abe, D. E. Bignell, M. Higashi, Ed., Termites: Evolution Sociology, Symbiosis, Ecology (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, 2000).

9. A. Demirbas, Biofuels (Springer-Verlag London Limited, London, UK, 2009).


10 Carbohydrates

Осы бөлімнің соңында сіз келесі әрекеттерді орындай аласыз:

  • Discuss the role of carbohydrates in cells and in the extracellular materials of animals and plants
  • Explain carbohydrate classifications
  • List common monosaccharides, disaccharides, and polysaccharides

Көптеген адамдар көмірсулармен, макромолекулалардың бір түрімен таныс, әсіресе біз не жейтін болсақ. Салмақты жоғалту үшін кейбір адамдар «төмен көмірсутекті» диетаны ұстанады. Спортшылар, керісінше, жоғары деңгейде бәсекелесу үшін жеткілікті күш-қуатқа ие болу үшін маңызды жарыстар алдында жиі «көмірсуды жүктейді». Carbohydrates are, in fact, an essential part of our diet. Grains, fruits, and vegetables are all natural carbohydrate sources that provide energy to the body, particularly through glucose, a simple sugar that is a component of starch and an ingredient in many staple foods. Көмірсулардың адамдарда, жануарларда және өсімдіктерде басқа да маңызды қызметтері бар.

Молекулалық құрылымдар

The stoichiometric formula (CH2О)n, қайда n is the number of carbons in the molecule represents carbohydrates . In other words, the ratio of carbon to hydrogen to oxygen is 1:2:1 in carbohydrate molecules. Бұл формула сонымен қатар «көмірсу» терминінің шығу тегін түсіндіреді: компоненттері көміртегі («көмірсу») және судың құрамдастары (демек, «гидрат»). Scientists classify carbohydrates into three subtypes: monosaccharides, disaccharides, and polysaccharides.

Моносахаридтер

Моносахаридтер (моно- = «бір» сахар- = «тәтті») қарапайым қанттар, олардың ең көп таралғаны глюкоза. Моносахаридтерде көміртегінің саны әдетте үштен жетіге дейін болады. Most monosaccharide names end with the suffix -ose. If the sugar has an aldehyde group (the functional group with the structure R-CHO), it is an aldose, and if it has a ketone group (the functional group with the structure RC(=O)R’), it is a ketose. Depending on the number of carbons in the sugar, they can be trioses (three carbons), pentoses (five carbons), and/or hexoses (six carbons). (Figure) illustrates monosaccharides.


The chemical formula for glucose is C6Х12О6. Адамдарда глюкоза маңызды энергия көзі болып табылады. During cellular respiration, energy releases from glucose, and that energy helps make adenosine triphosphate (ATP). Plants synthesize glucose using carbon dioxide and water, and glucose in turn provides energy requirements for the plant. Humans and other animals that feed on plants often store excess glucose as catabolized (cell breakdown of larger molecules) starch.

Galactose (part of lactose, or milk sugar) and fructose (found in sucrose, in fruit) are other common monosaccharides. Although glucose, galactose, and fructose all have the same chemical formula (C6Х12О6), they differ structurally and chemically (and are isomers) because of the different arrangement of functional groups around the asymmetric carbon. All these monosaccharides have more than one asymmetric carbon ((Figure)).


Бұл қандай қанттар, альдоза немесе кетоза?

Glucose, galactose, and fructose are isomeric monosaccharides (hexoses), meaning they have the same chemical formula but have slightly different structures. Glucose and galactose are aldoses, and fructose is a ketose.

Monosaccharides can exist as a linear chain or as ring-shaped molecules. In aqueous solutions they are usually in ring forms ((Figure)). Glucose in a ring form can have two different hydroxyl group arrangements (OH) around the anomeric carbon (carbon 1 that becomes asymmetric in the ring formation process). If the hydroxyl group is below carbon number 1 in the sugar, it is in the alpha (α) position, and if it is above the plane, it is in the beta (β) position.


Дисахаридтер

Disaccharides (di- = “two”) form when two monosaccharides undergo a dehydration reaction (or a condensation reaction or dehydration synthesis). During this process, one monosaccharide’s hydroxyl group combines with another monosaccharide’s hydrogen, releasing a water molecule and forming a covalent bond. A covalent bond forms between a carbohydrate molecule and another molecule (in this case, between two monosaccharides). Scientists call this a glycosidic bond ((Figure)). Glycosidic bonds (or glycosidic linkages) can be an alpha or beta type. An alpha bond is formed when the OH group on the carbon-1 of the first glucose is below the ring plane, and a beta bond is formed when the OH group on the carbon-1 is above the ring plane.


Common disaccharides include lactose, maltose, and sucrose ((Figure)). Lactose is a disaccharide consisting of the monomers glucose and galactose. It is naturally in milk. Мальтоза немесе уыт қанты - глюкозаның екі молекуласы арасындағы сусыздандыру реакциясы нәтижесінде түзілетін дисахарид. The most common disaccharide is sucrose, or table sugar, which is comprised of glucose and fructose monomers.


Полисахаридтер

A long chain of monosaccharides linked by glycosidic bonds is a polysaccharide (poly- = “many”). The chain may be branched or unbranched, and it may contain different types of monosaccharides. The molecular weight may be 100,000 daltons or more depending on the number of joined monomers. Starch, glycogen, cellulose, and chitin are primary examples of polysaccharides.

Plants store starch in the form of sugars. In plants, an amylose and amylopectic mixture (both glucose polymers) comprise these sugars. Plants are able to synthesize glucose, and they store the excess glucose, beyond the their immediate energy needs, as starch in different plant parts, including roots and seeds. The starch in the seeds provides food for the embryo as it germinates and can also act as a food source for humans and animals. Enzymes break down the starch that humans consume. For example, an amylase present in saliva catalyzes, or breaks down this starch into smaller molecules, such as maltose and glucose. The cells can then absorb the glucose.

Glucose starch comprises monomers that are joined by α 1-4 немесе α 1-6 гликозидтік байланыс. 1-4 және 1-6 сандары байланыс құру үшін қосылған екі қалдықтың көміртегі санын білдіреді. As (Figure) illustrates, unbranched glucose monomer chains (only α 1-4 linkages) form the starch whereas, amylopectin is a branched polysaccharide (α тармақтардағы 1-6 байланыстар).


Glycogen is the storage form of glucose in humans and other vertebrates and is comprised of monomers of glucose. Гликоген - бұл крахмалдың жануар баламасы және әдетте бауыр мен бұлшықет жасушаларында сақталатын жоғары тармақталған молекула. Whenever blood glucose levels decrease, glycogen breaks down to release glucose in a process scientists call glycogenolysis.

Cellulose is the most abundant natural biopolymer. Cellulose mostly comprises a plant’s cell wall. This provides the cell structural support. Wood and paper are mostly cellulosic in nature. Glucose monomers comprise cellulose that β 1-4 glycosidic bonds link ((Figure)).


As (Figure) shows, every other glucose monomer in cellulose is flipped over, and the monomers are packed tightly as extended long chains. Бұл целлюлозаға қаттылық пен жоғары созылу беріктігін береді, бұл өсімдік жасушалары үшін өте маңызды. While human digestive enzymes cannot break down the β 1-4 linkage, herbivores such as cows, koalas, and buffalos are able, with the help of the specialized flora in their stomach, to digest plant material that is rich in cellulose and use it as a food source. In some of these animals, certain species of bacteria and protists reside in the rumen (part of the herbivore’s digestive system) and secrete the enzyme cellulase. The appendix of grazing animals also contains bacteria that digest cellulose, giving it an important role in ruminants’ digestive systems. Cellulases can break down cellulose into glucose monomers that animals use as an energy source. Термиттер де целлюлозаны ыдыратуға қабілетті, өйткені олардың денелерінде целлюлозаларды бөлетін басқа организмдер бар.

Көмірсулар әртүрлі жануарларда әртүрлі қызметтер атқарады. Arthropods (insects, crustaceans, and others) have an outer skeleton, the exoskeleton, which protects their internal body parts (as we see in the bee in (Figure)). This exoskeleton is made of the biological macromolecule chitin , which is a polysaccharide-containing nitrogen. It is made of repeating N-acetyl-β-d-glucosamine units, which are a modified sugar. Chitin is also a major component of fungal cell walls. Fungi are neither animals nor plants and form a kingdom of their own in the domain Eukarya.


Registered Dietitian Obesity is a worldwide health concern, and many diseases such as diabetes and heart disease are becoming more prevalent because of obesity. This is one of the reasons why people increasingly seek out registered dietitians for advice. Registered dietitians help plan nutrition programs for individuals in various settings. They often work with patients in health care facilities, designing nutrition plans to treat and prevent diseases. For example, dietitians may teach a patient with diabetes how to manage blood sugar levels by eating the correct types and amounts of carbohydrates. Dietitians may also work in nursing homes, schools, and private practices.

To become a registered dietitian, one needs to earn at least a bachelor’s degree in dietetics, nutrition, food technology, or a related field. In addition, registered dietitians must complete a supervised internship program and pass a national exam. Those who pursue careers in dietetics take courses in nutrition, chemistry, biochemistry, biology, microbiology, and human physiology. Dietitians must become experts in the chemistry and physiology (biological functions) of food (proteins, carbohydrates, and fats).

Көмірсулардың пайдасы

Көмірсулар сіз үшін жақсы ма? Some often tell people who wish to lose weight that carbohydrates are bad and they should avoid them. Кейбір диеталар көмірсуларды тұтынуға толығымен тыйым салады, көмірсулар аз диета адамдарға тезірек салмақ жоғалтуға көмектеседі деп мәлімдейді. However, carbohydrates have been an important part of the human diet for thousands of years. Artifacts from ancient civilizations show the presence of wheat, rice, and corn in our ancestors’ storage areas.

As part of a well balanced diet, we should supplement carbohydrates with proteins, vitamins, and fats. Калория бойынша бір грамм көмірсу 4,3 ккал береді. Салыстыру үшін, майлар 9 Ккал/г береді, бұл аз қолайлы қатынас. Carbohydrates contain soluble and insoluble elements. The insoluble part, fiber, is mostly cellulose. Fiber has many uses. It promotes regular bowel movement by adding bulk, and it regulates the blood glucose consumption rate. Талшық денеден артық холестеринді кетіруге де көмектеседі. Fiber binds to the cholesterol in the small intestine, then attaches to the cholesterol and prevents the cholesterol particles from entering the bloodstream. Cholesterol then exits the body via the feces. Талшыққа бай диеталар тоқ ішек қатерлі ісігінің пайда болуын азайтуда қорғаныс рөліне ие. Сонымен қатар, дәнді дақылдар мен көкөністерден тұратын тағам толықтық сезімін береді. As an immediate source of energy, glucose breaks down during the cellular respiration process, which produces ATP, the cell’s energy currency. Without consuming carbohydrates, we reduce the availability of “instant energy”. Диетадан көмірсуларды жою салмақ жоғалтудың ең жақсы жолы емес. Тұтас дәнді дақылдарға, жемістерге, көкөністерге және майсыз етке бай төмен калориялы диета, сонымен қатар көп жаттығу және көп су - салмақ жоғалтудың неғұрлым ақылға қонымды жолы.

For an additional perspective on carbohydrates, explore “Biomolecules: the Carbohydrates” through this interactive animation.

Бөлімнің қысқаша мазмұны

Көмірсулар жасуша үшін маңызды энергия көзі болып табылатын және өсімдік жасушаларына, саңырауқұлақтарға және омарларды, шаяндарды, асшаяндарды, жәндіктерді және өрмекшілерді қамтитын барлық буынаяқтыларға құрылымдық қолдау көрсететін макромолекулалар тобы болып табылады. Scientists classify carbohydrates as monosaccharides, disaccharides, and polysaccharides depending on the number of monomers in the molecule. Monosaccharides are linked by glycosidic bonds that form as a result of dehydration reactions, forming disaccharides and polysaccharides with eliminating a water molecule for each bond formed. Glucose, galactose, and fructose are common monosaccharides whereas, common disaccharides include lactose, maltose, and sucrose. Полисахаридтердің мысалдары ретінде крахмал және гликоген өсімдіктер мен жануарларда глюкозаның сақтау формалары болып табылады. Ұзын полисахаридті тізбектер тармақталған немесе тармақсыз болуы мүмкін. Cellulose is an example of an unbranched polysaccharide whereas, amylopectin, a constituent of starch, is a highly branched molecule. Glucose storage, in the form of polymers like starch of glycogen, makes it slightly less accessible for metabolism however, this prevents it from leaking out of the cell or creating a high osmotic pressure that could cause the cell to uptake excessive water.


Бейнені қараңыз: 10 важных признаков тела, которые вы не должны игнорировать (Қаңтар 2022).