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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Teoría biológica de la fermentación. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. En 1680 un holandés Anthony Van Leeuwenhoek Primero vi la levadura de cerveza en mi microscopio casero. Los describió en una carta a la Royal Society y entregó un dibujo que mostraba células redondas en ciernes que formaban racimos. Así comenzó el estudio de la morfología de la levadura. Estas observaciones estaban muy por delante del estado de la ciencia en ese momento. Recién en 1835 aparecieron los informes de Cañard de Latour en Francia, Schwann y Kützing en Alemania, en los que se comprobó que las levaduras pertenecen a organismos vegetales inferiores que tienen núcleo, se multiplican por gemación en medios nutrientes que contienen azúcar, y provocan fermentación. Sin embargo, esta dirección biológica en la investigación relacionada con la elucidación de las causas de la fermentación no recibió un reconocimiento universal en la primera mitad del siglo XIX. A mediados del siglo XIX, la teoría química de la fermentación estaba muy extendida. Por ejemplo, Stahl argumentó que las sustancias en descomposición pueden transmitir este estado a otra sustancia que actualmente no se está descomponiendo. La descomposición va acompañada de movimiento, y la capacidad de causar putrefacción está asociada con la transferencia de movimiento a un cuerpo en reposo. Las enzimas también están en movimiento y su capacidad para provocar la fermentación está relacionada con la transmisión del movimiento. Los químicos destacados de la época Liebig y Berzelius desarrollaron este punto de vista. Berzelius no vio una diferencia fundamental entre los diferentes tipos de fermentación y putrefacción: todas estas son etapas diferentes del mismo proceso. La fermentación es posible solo bajo dos condiciones: el medio debe contener gluten u otra materia orgánica nitrogenada y el líquido fermentado que contiene gluten debe estar expuesto al oxígeno atmosférico. En este caso, se forma un precipitado insoluble en el fondo del recipiente, capaz de provocar una nueva fermentación. Liebig asoció todos los procesos de fermentación con la descomposición y descomposición de las sustancias orgánicas, estas últimas, al descomponerse, se convierten en enzimas y ya pueden causar la fermentación de sustancias que no se pudren, como el azúcar. Cuando las sustancias en descomposición entran en contacto con el fermentable, este último se desintegra en partículas. Liebig no negó que se necesita levadura para la fermentación del azúcar, pero no necesariamente las vivas, ya que es la levadura que muere y se pudre la que causa la fermentación, como cualquier sustancia en descomposición. Tales, en los términos más generales, son los fundamentos de la teoría química de la fermentación hasta que el científico francés Pasteur comenzó su investigación sobre la fermentación. Louis Pasteur (1822-1895) nació en la localidad francesa de Dole. Louis creció en una familia grande y amigable. A pesar de la mala salud y la falta de fondos, Pasteur completó con éxito sus estudios, primero en un colegio en Arbois y luego en Besançon. Luego de graduarse aquí con una licenciatura, en 1843 ingresó a la Escuela Normal Superior, que forma profesores para las escuelas secundarias. Después de graduarse de la escuela en 1847, Pasteur aprobó los exámenes para el título de profesor asistente de ciencias físicas. Y un año después defendió su tesis doctoral. Entonces Pasteur aún no tenía 26 años, pero ya había ganado fama por sus investigaciones en el campo de la estructura cristalina. El joven científico dio una respuesta a una pregunta que había quedado sin resolver ante él, a pesar de los esfuerzos de muchos científicos destacados. Descubrió la razón de la influencia desigual de un haz de luz polarizada sobre los cristales de las sustancias orgánicas. Este destacado descubrimiento condujo más tarde a la aparición de la estereoquímica, la ciencia de la disposición espacial de los átomos en las moléculas. También en 1848, Pasteur se convirtió en profesor asociado de física en Dijon. Tres meses después, asume un nuevo puesto como profesor asociado de química en Estrasburgo. Pasteur tomó parte activa en la revolución de 1848 e incluso se unió a la Guardia Nacional. En 1854, Pasteur fue nombrado decano de la recién organizada Facultad de Física y Matemáticas de la Universidad de Lille. Esta región de Francia era famosa por sus industrias azucareras y de fermentación. Los propietarios de las fábricas locales recurrieron repetidamente a Pasteur con una solicitud para ayudar a racionalizar la producción, mejorarla, guiados por los últimos logros de la ciencia. Al familiarizarse con el trabajo de las fábricas, Pasteur no pudo evitar llegar a la conclusión de que el conocimiento científico moderno en esta área era más que modesto, y esto lo impulsó a comenzar a estudiar las fermentaciones. Empezó a estudiar este tema. El resultado de su investigación fue una monografía. La primera memoria publicada se dedicó a la fermentación del ácido láctico. Causó una gran impresión en el mundo científico, ya que se trataba de una nueva fermentación: todas las investigaciones anteriores se ocupaban predominantemente de la fermentación alcohólica. "Pasteur realizó toda su investigación sobre las fermentaciones con el fin de averiguar hasta qué punto sus propios datos experimentales pueden confirmar o refutar la teoría química de las fermentaciones”, escribe A. A. Imshenetsky en su trabajo sobre el científico. "Los resultados de sus experimentos se pueden resumir como sigue. 1. Para que se produzca la fermentación, no se necesita aire, contrariamente a la opinión de los partidarios de la teoría química de la fermentación. La fermentación del ácido láctico procede sin acceso al aire de la misma manera que el alcohol. Esto nos permite dar la fórmula general "fermentación es vida sin oxígeno". Para fundamentar esta tesis, tuvo una importancia excepcional el descubrimiento por parte de Pasteur de la fermentación butírica, provocada por bacterias estrictamente anaerobias, que no sólo no necesitan oxígeno, sino que éste actúa sobre ellas como un veneno. Antes de este descubrimiento, se creía que la vida sin oxígeno era imposible, y no fue casualidad que Gay-Lussac asociara la resistencia a la descomposición de los productos en los alimentos enlatados Apper con la ausencia de oxígeno en las latas. El descubrimiento de la anaerobiosis encontró fuertes objeciones por parte de Brefeld y otros científicos, pero resultó ser tan convincente que pronto fue reconocido por todos. 2. Cada fermentación está provocada por un patógeno específico. Pasteur estableció por primera vez que la fermentación del ácido láctico está asociada con el desarrollo de microbios que difieren en su morfología de la levadura. El ácido butírico se forma como resultado de la actividad vital de un tipo especial de microbio. El ácido acético y la fermentación alcohólica, así como la fermentación de urea, tienen sus patógenos. No hay nada sorprendente en el hecho de que Pasteur, basándose en el estado actual de la taxonomía de los organismos vegetales inferiores, no siempre dio los nombres correctos a los organismos que describió. Entonces, atribuyó las bacterias del ácido butírico a representantes del mundo animal, designó a las bacterias del ácido acético como Mycoderma, etc. Todo esto no cambió la conclusión principal: varias fermentaciones son causadas por varios microbios. 3. La fermentación está asociada con la vida de los microbios, con su reproducción, y no con la muerte y la descomposición, como creían los partidarios de la teoría química de la fermentación. El peso de los microbios durante la fermentación aumenta constantemente y las sustancias fermentadas por ellos también son utilizadas por la levadura para construir su cuerpo. 4. Para la fermentación, no es necesaria la presencia de partículas de sustancias proteicas (gluten) en el medio que, según los partidarios de la teoría química, se ponen en movimiento y, transfiriéndolas a otras partículas, provocan así la fermentación o la descomposición. La fermentación del azúcar con formación de alcohol o ácido láctico puede ocurrir en un medio que no contenga proteínas en absoluto, pero que tenga un compuesto inorgánico como única fuente de nitrógeno, por ejemplo, sulfato de amonio. Los resultados de los estudios experimentales de Pasteur asestaron un golpe decisivo a la teoría de Liebig. Sus adeptos ya no podían explicar la fermentación por la transmisión del movimiento de las partículas y asociarla con la muerte, con la descomposición de las sustancias putrefactas. Pero ya a principios de los años sesenta, Berthelot expresó directamente la idea de que un punto de vista biológico tan limitado no debería satisfacer al fisiólogo, y más aún al químico. Basándose en datos termoquímicos, Berthelot argumentó que la fermentación y la actividad vital de las células de levadura no están relacionadas entre sí, ya que para la síntesis de la sustancia viva de la levadura no es necesaria la entrada de energía desde el exterior. El desarrollo de la bioquímica y la fermentología impulsó cada vez más a destacados científicos a volver a las ideas de Berthelot. Gradualmente, el número de "enzimas solubles" descubiertas, es decir, enzimas, aumentó y fue posible llevar a cabo la hidrólisis libre de células de di y polisacáridos, la descomposición de proteínas y varios procesos oxidativos. Todo esto llevó al hecho de que K.A. Timiryazev en una conferencia en 1895 declaró: "... Berthelot, discutiendo con Pasteur, señaló que la visión de la fermentación como un proceso químico que subyace al fenómeno fisiológico que observó Pasteur - que esta visión se deriva del inevitable curso histórico de desarrollo de todos ciencias y, en particular, la fisiología, según la cual los fenómenos complejos se reducen a simples y, en consecuencia, fisiológicos, a físicos y químicos Y, como vemos, la historia ya justifica la corrección de esta referencia de Berthelot. . " Hay que decir que Pasteur nunca negó la participación de las enzimas en la fermentación. Sí, sería ilógico, ya que, siendo químico, no podía imaginar la transformación de una molécula en alcohol sin una cadena de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de la célula: "... añadiré que siempre ha sido una Misterio para mí sobre qué base creen que me avergonzaría si se hiciera el descubrimiento de las enzimas solubles en la fermentación, o si se probara la conversión del azúcar en alcohol independientemente de la actividad vital de la célula. No hay duda de que el estudio de la fermentación libre de células, los estudios con jugo de levadura y otras preparaciones han arrojado mucho valor. Fueron ellos quienes hicieron posible establecer ese esquema de fermentación, en particular del alcohol, que estaba incluido en todos los manuales y ahora es generalmente reconocido. “Pero todos estos estudios responden a la pregunta 'cómo' ocurre este proceso', señala A.A. Imshenetsky, 'pero no responden a la pregunta 'por qué' se hizo posible este funcionamiento armonioso y extremadamente complejo de las enzimas dentro de la célula de levadura y 'por qué'. u otros procesos de fermentación surgieron.Esto es solo un detalle de la idea principal que Pasteur desarrolló entonces, y no un contraste entre la teoría química de la fermentación y la biológica. Pasteur por primera vez, como brillante biólogo, dio una respuesta exhaustiva de por qué surgían las fermentaciones. Explicó la conveniencia de estos procesos y mostró que son necesarios para la vida de las células, y si no fueran de naturaleza adaptativa, no podrían surgir en la naturaleza. Esto a veces se olvida en la investigación química. Pasteur señaló el significado energético de las fermentaciones y demostró que tienen un significado ecológico. En sus estudios, señala repetidamente el gran papel que juegan los productos de su propia actividad vital de fermentación de microorganismos en el cambio del medio ambiente. Al establecer que un tipo de microbio desplaza a otro por los productos de su propia actividad vital, Pasteur resuelve uno de los problemas ecológicos más interesantes. También cabe señalar aquí que, a diferencia de los investigadores alemanes contemporáneos, abandonó la búsqueda de un medio nutritivo universal en el que pudieran crecer todos los tipos de microbios sin excepción, y por primera vez aplicó el medio basado en la ecología, es decir, las condiciones para la existencia de microbios. Por lo tanto, tenemos derecho a considerar a Pasteur también como el fundador de la joven rama de la microbiología, aún en desarrollo: la ecología de los microorganismos. Desentrañar los fenómenos de la fermentación fue de gran importancia práctica no solo para la vinificación francesa, que sufrió enormes pérdidas por las "enfermedades del vino", sino que también desempeñó un papel excepcional en el desarrollo de la ciencia biológica, la práctica de la agricultura y la industria. El conocimiento profundo de la naturaleza de las fermentaciones permite controlar sus procesos. Esto es muy importante para la repostería, la vinificación y la fabricación de muchas sustancias alimenticias. Autor: Samin D.K.
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