Биология 8 класс колесов маш: Учебник Биология 8 класс Колесов Маш Беляев

Учебник по биологии 8 класс Колесов Маш читать онлайн

Выберите нужную страницу с уроками, заданиями (задачами) и упражнениями из учебника по биологии за 8 класс — Колесов Маш Беляев. Онлайн книгу удобно смотреть (читать) с компьютера и смартфона. Электронное учебное пособие подходит к разным годам: от 2011-2012-2013 до 2015-2016-2017 года — создано по стандартам ФГОС.

Номер № страницы:

2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 35; 36; 37; 38; 39; 40; 41; 42; 43; 44; 45; 46; 47; 48; 49; 50; 51; 52; 53; 54; 55; 56; 57; 58; 59; 60; 61; 62; 63; 64; 65; 66; 67; 68; 69; 70; 71; 72; 73; 74; 75; 76; 77; 78; 79; 80; 81; 82; 83; 84; 85; 86; 87; 88; 89; 90; 91; 92; 93; 94; 95; 96; 97; 98; 99; 100; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111; 112; 113; 114; 115; 116; 117; 118; 119; 120; 121; 122; 123; 124; 125; 126; 127; 128; 129; 130; 131; 132; 133; 134; 135; 136; 137; 138; 139; 140; 141; 142; 143; 144; 145; 146; 147; 148; 149; 150; 151; 152; 153; 154; 155; 156; 157; 158; 159; 160; 161; 162; 163; 164; 165; 166; 167; 168; 169; 170; 171; 172; 173; 174; 175; 176; 177; 178; 179; 180; 181; 182;

183; 184; 185; 186; 187; 188; 189; 190; 191; 192; 193; 194; 195; 196; 197; 198; 199; 200; 201; 202; 203; 204; 205; 206; 207; 208; 209; 210; 211; 212; 213; 214; 215; 216; 217; 218; 219; 220; 221; 222; 223; 224; 225; 226; 227; 228; 229; 230; 231; 232; 233; 234; 235; 236; 237; 238; 239; 240; 241; 242; 243; 244; 245; 246; 247; 248; 249; 250; 251; 252; 253; 254; 255; 256; 257; 258; 259; 260; 261; 262; 263; 264; 265; 266; 267; 268; 269; 270; 271; 272; 273; 274; 275; 276; 277; 278; 279; 280; 281; 282; 283; 284; 285; 286; 287; 288; 289; 290; 291; 292; 293; 294; 295; 296; 297; 298; 299; 300; 301; 302; 303; 304; 305; 306; 307; 308; 309; 310; 311; 312; 313; 314; 315; 316; 317; 318; 319; 320; 321; 322; 323; 324; 325; 326; 327; 328; 329; 330; 331; 332; 333; 334; 335; 336; 337; 338; 339; 340; 341; 342; 343; 344; 345; 346; 347; 348; 349; 350; 351; 352; 353; 354; 355; 356; 357; 358; 359; 360; 361; 362; 363; 364; 365; 366; 367; 368; 369; 370; 371; 372; 373; 374; 375; 376; 377; 378; 379; 380; 381; 382; 383; 384; 385; 386; 387; 388; 389; 390; 391; 392; 393; 394; 395; 396; 397; 398; 399; 400; 401; 402; 403; 404; 405; 406; 407; 408; 409; 410; 411; 412; 413; 414; 415; 416; 417

Чтобы читать онлайн или скачать в формате pdf, нажмите ниже.

Учебник — Нажми!

kufujen решебник по биологии 8 класс гдз

Ссылка:

http://ibicavi.sabemo.ru/5/63/reshebnik-po-biologii-8-klass-gdz

решебник по биологии 8 класс гдз Для самопроверки знания биологии или для контроля верности написания домашнего задания , учащиеся должны обратиться к ГДЗ по биологии за 8 класс.
Используя решебники по биологии за 8 класс, учащиеся приумножат собственные познания в строении и. ГДЗ 8 класс, решебники, відповіді, ответы ❤, к учебникам и підручникам, робочим . ГДЗ (Ответы, решебник) Геометрія 8 клас Мерзляк 2016 . английский язык, немецкий язык, биология, география, основы здоровья, украинская . Лучшие решебники к учебникам по Биологии за 8 класс, для всех авторов на 2016-2017 учебный год. 30 авг 2013 . Рабочая тетрадь по биологии 8 класс Маш Драгомилов, решебники ✍ и ГДЗ ✌ с ответами на ➄ для ❤ рабочих тетрадей ✑ списывайте . Подробные где и ответы к учебнику биологии за 8 класс, авторов Д.В. Колесов. Р.Д. Маш, И.Н. Беляев, издательство Дрофа 2014 год. Смотрите готовые решения по биологии за 8 класс к рабочей тетради Сонина, Сапина. Вам потрібні готові практичні роботи з біології 8 клас? Найбільша база ГДЗ з усіх предметів, які вивчають у школах України! Заходьте та переконайтесь . Решебники ГДЗ для 8 класса онлайн бесплатно по всем предметам на сайте . Английский язык.
Биология. Всемирная история. География. Геометрия. То, Колеств, Благодаря тому, Решебник будет перекрыт после входа на сайт. Решебник по биологии 8 класс Колесов и фасадная тетрадь ответы. Решебники (гдз ) по биологии за 8 класс . В школьной программе по биологии за 8 класс будет изучение организма человека его строения, систем, тканей, особенностей, происхождения. Решебник для печатной тетради по биологии за 8 класс авторы Н.Д. Лисов, З.И. Шелег с .

Урок 19. строение органов дыхания. газообмен в легких и тканях — Биология — 8 класс


Дыхательная система выполняет функцию газообмена. Воздухоносными путями служат полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы и легкие. В верхних дыхательных путях воздух согревается, очищается от различных частиц и увлажняется. В альвеолах легких происходит газообмен.
В полости носа, которая выстлана слизистой оболочкой и покрыта ресничным эпителием, выделяется слизь, увлажняющая вдыхаемый воздух, обволакивает твердые частички, согревает воздух, т. к. она обильно снабжается кровеносными сосудами. Воздух через носовые ходы поступает в носоглотку и затем в гортань
Гортань выполняет две функции – дыхательную и образование голоса. В гортани находятся голосовые связки, состоящие из эластических волокон соединительной ткани. Звук возникает в результате колебания голосовых связок. Гортань принимает участие только в образовании звука. В членораздельной речи принимают участие губы, язык, мягкое нёбо, околоносовые пазухи. Гортань изменяется с возрастом. Ее рост и функция связаны с развитием половых желез. Размеры гортани у мальчиков в период полового созревания увеличиваются. Голос меняется (мутирует).
Из гортани воздух поступает в трахею.
Трахея – трубка, длиной 10—11 см, состоящая из 16– 20 хрящевых полуколец. Задняя стенка трахеи образована плотной волокнистой соединительной тканью.
Трахея делится на два упругих главных бронха которые ветвятся на более мелкие бронхи – бронхиолы. Бронхи и брохиолы выстланы реснитчатым эпителием. Бронхиолы ведут в легкие.
Легкие – парные органы в грудной полости. Состоят из легочных пузырьков – альвеол, образованных однослойным эпителием и оплетенных сетью капилляров. Между наружным слоем легкого и грудной клеткой есть плевральная полость, заполненная небольшим количеством жидкости, уменьшающей трение при движении легких. Она образована двумя листками плевры, один из которых покрывает легкое, а другой выстилает грудную клетку изнутри. Давление в плевральной полости меньше атмосферного и составляет около 751 мм рт. ст.
При вдохе грудная полость расширяется, диафрагма опускается, легкие растягиваются.
При выдохе объем грудной полости уменьшается, диафрагма расслабляется и поднимается. В дыхательных движениях участвуют наружные межреберные мышцы, мышцы диафрагмы, внутренние межреберные мышцы. При усиленном дыхании участвуют все мышцы груди, поднимающие ребра и грудину, мышцы брюшной стенки.
Дыхательные движения контролируются дыхательным центром продолговатого мозга. Центр имеет отделы вдоха и выдоха. От центра вдоха импульсы поступают к дыхательным мышцам. Происходит вдох. От дыхательных мышц импульсы поступают в дыхательный центр по блуждающему нерву и тормозят центр вдоха. Происходит выдох. На деятельность дыхательного центра влияют уровень артериального давления, температурные, болевые и другие раздражители.
Газообмен в легких и тканях происходит путем диффузии газов из одной среды в другую. Давление кислорода в атмосферном воздухе выше, чем альвеолярном, и он диффундирует в альвеолы. Из альвеол по тем же причинам кислород проникает в венозную кровь, насыщая ее, а из крови – в ткани.
Давление углекислого газа в тканях выше, чем в крови, а в альвеолярном воздухе выше, чем в атмосферном. Поэтому он диффундирует из тканей в кровь, затем в альвеолы и в атмосферу.
Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — максимальное количество воздуха, которое может быть забрано в лёгкие после максимального выдоха.
Жизненная ёмкость лёгких делится на :
-Дыхательный объём — объём при спокойном дыхании ~ 500 см³
-Резервный объём вдоха — объём дополнительного вдоха, после спокойного вдоха ~ 1500 см³
-Резервный объём выдоха — объём дополнительного выдоха, после спокойного выдоха ~ 1500 см³
Жизненная ёмкость лёгких измеряется спирометром. Жизненная ёмкость взрослого человека ~ 3500 см³.

Молекулярная биология фруктовых и цветочных ароматов пива и других алкогольных напитков

Высшие спирты

Образование высших спиртов дрожжами происходит по пути Эрлиха либо из аминокислот, транспортируемых через клеточную мембрану, либо посредством de novo биосинтеза аминокислот и их промежуточные α-кетокислоты. Путь Эрлиха включает три стадии: (1) дезаминирование аминокислоты до α-кетокислоты, (2) декарбоксилирование и (3) восстановление альдегида до спирта под действием альдегидредуктазы (Hazelwood et al. 2008 г.). Наиболее важными субстратами для вкуса пива являются аминокислоты с разветвленной цепью лейцин (с образованием изоамилового спирта, 3-метилбутанола), изолейцин (с образованием активного амилового спирта, 2-метилбутанола) и валином (с образованием изобутанола, 2-метилпропанола). Обзор метаболических путей, участвующих в производстве высших спиртов и сложных эфиров, показан на рис.

Обзор ферментов дрожжей, приводящих к изоамиловому спирту, 2-фенилэтанолу и сложным эфирам во время спиртового брожения. Для простоты биохимические пути, ведущие к сивушным спиртам, показаны только для изоамилового спирта, а для сложных эфиров — только для изоамилацетата, этилацетата и этилгексаноата.Пути, ведущие к активному амиловому спирту и изобутанолу, также происходят через митохондриальный путь ILV (лейцин-изолейцин-валин) через Ilv2, 5 и 3 или через деградацию аминокислот изолейцина и валина Bat1 и Bat2. Показанные ферменты указаны в их органеллах-хозяевах или в цитозоле, а также с балансом кофакторов, субстратов и побочных продуктов в биохимических реакциях. Пируват образуется в результате гликолиза. l-Leu4 и s-Leu4 указывают на длинную и короткую изоформы, присутствующие в митохондриях и цитозоле, соответственно, тогда как Leu9 является митохондриальным паралогом Leu4.α-KIV, α-кетоизовалерат; α-IPM, α-изопропилмалат; α-KIC, α-кетоизокапроат; ACS, ацетил-КоА-синтаза; PDH, пируватдегидрогеназный комплекс; FAS, комплекс синтазы жирных кислот; PDC, пируватдекарбоксилаза; ADH, алкогольдегидрогеназа; ALD, ацетальдегиддегидрогеназа; DAHP, 3-дезокси-D-арабино-гептулозонат-7-фосфат.

De novo Синтез высших спиртов начинается с общего метаболического промежуточного продукта пирувата, образующегося в результате гликолиза. Во время образования высших спиртов митохондриальный путь изолейцин-лейцин-валин (ILV) с разветвленной цепью метаболизирует пируват в α-кетоизовалерат через ацетолактатсинтазу (Ilv2), редуктоизомеразу ацетогидроксикислоты (Ilv5) и дегидратазу дигидроксикислоты (Ilv3) (Kohlhaw 2003).Затем α-изопропилмалатсинтаза (Leu4 и Leu9) конденсирует α-кетоизовалерат, продуцируемый в митохондриях, с ацетил-коА и H 2 O с образованием α-изопропилмалата. Leu4 существует в двух изоформах, полноразмерная изоформа Leu4 нацелена на митохондрии, в то время как короткая цитозольная изоформа Leu4 транскрибируется с нижнего стартового кодона, лишенного N-концевого митохондриального сигнала-мишени (Kohlhaw 2003). Биосинтез α-изопропилмалата ингибируется по обратной связи через С-концевой регуляторный домен Leu4 лейцином и свободным коферментом A (опосредованным Zn 2+ ) (Satyanarayana, Umbarger and Lindegren 1968; Kohlhaw 2003; Koon, Squire and Baker 2004; Оба и др. 2014). Этот ингибирующий эффект можно устранить путем отбора на устойчивость к токсичному аналогу лейцина 5,5,5-трифтор-DL-лейцину, который обеспечивает более высокий поток через синтез de novo (Casalone et al. 1997; Cavalieri et al. и др. 1999). Эти устойчивые штаммы производили в 3-4 раза больше изоамилового спирта при брожении саке (Ashida et al. , 1987 г.), в 2 раза больше при брожении вина (Casalone et al. , 1997 г.) 3-кратное увеличение производства слабоалкогольного пива с устойчивым S.pastorianus , что приводит к отчетливому банановому вкусу (Strejc et al. 2013). Аналогичным образом штаммы, которые приобретают устойчивость к DL-тиаизолейцину, также производят более высокие уровни как активного амилового спирта, так и пропанола из α-кетоглутарата (Fukuda et al. 1993).

Пируват также является предшественником для производства ацетальдегида и этанола, а также для ацетил-КоА, который используется Leu4 в качестве субстрата, через комплекс пируватдегидрогеназы (ПДГ) и обходной путь ПДГ (Pronk, Steensma and Van Dijken 1996; Boubekeur и др. 1999, 2001; Криворучко и др. 2015). В анаэробных условиях субъединица E3 митохондриального комплекса PDH (кодируемая геном PDA1 ) ингибируется редуктивными (высокими) соотношениями NADH/NAD + , и клетки зависят от цитозольных путей обхода PDH, чтобы обеспечить ацетил-КоА (van Rossum et al. 2016). Обход PDH состоит из генов пируватдекарбоксилазы (PDC), ацетальдегиддегидрогеназы (ALD) и ацетил-коА-синтазы ACS1 и ACS2 (Pronk, Steensma and Van Dijken 1996).Ген ACS1 сильно индуцируется во время роста с неферментируемыми источниками углерода и в аэробных условиях и репрессируется глюкозой, в результате чего ACS2 обеспечивает цитозольный ацетил-КоА в анаэробных условиях и условиях с высоким содержанием сахара, присутствующих при спиртовом брожении (Криворучко ). и др. 2015). Фрик и Виттманн (2005) заметили, что цитозольный поток в ацетил-КоА был даже выше во время респираторного роста (увеличение биомассы), чем во время ферментации. Они предположили, что обход PDH, таким образом, происходит не только как анаболическая реакция, обеспечивающая цитозольный ацетил-КоА, но также и для обеспечения ацетил-КоА для митохондрий.Образование ацетил-КоА из пирувата компартментализовано, так как молекула непроницаема для внутренней мембраны митохондрий, поэтому транспорт ацетил-КоА происходит через карнитиновый челнок (Strijbis and Distel 2010). Jouhten и др. (2008) использовали контролируемую подачу кислорода для исследования образования ацетил-КоА в условиях ферментации и аналогичным образом обнаружили, что цитозольный поток ацетил-КоА увеличивался в более окислительных условиях. Правда, в среду не добавляли L-карнитин (который не синтезируется S.cerevisiae ), и поэтому не учитывал входящий поток в митохондрии (Jouhten et al. 2008). По-видимому, в семенах ячменя очень низкий уровень L-карнитина (Panter and Mudd 1969), что позволяет предположить, что внутримитохондриальной продукции достаточно для производства «нормальных» уровней высших спиртов. Колебания уровня ацетил-КоА будут обсуждаться позже, так как он также является субстратом для биосинтеза ацетатного эфира.

Вторая и третья стадии биосинтеза изоамилового спирта осуществляются в цитозоле изопропилмалатизомеразой и β-изопропилмалатдегидрогеназой, кодируемыми кодами LEU1 и LEU2 соответственно, с образованием прямого предшественника лейцина, α-кетоизокапроата.

В пути Эрлиха α-кетоизокапроат образуется непосредственно путем дезаминирования лейцина трансферазой аминокислот с разветвленной цепью (BCAATase). Участвуют две BCAATазы, Bat1, расположенная в митохондриях, и Bat2, расположенная в цитозоле (Eden, Simchen and Benvenisty 1996). Они кодируются паралогичными генами, которые во время роста экспрессируются противоположным образом. BAT1 сильно экспрессируется во время логарифмической фазы и подавляется во время стационарной фазы, в то время как BAT2 экспрессируется во время стационарной фазы и подавляется во время логарифмической фазы (Eden, Simchen and Benvenisty 1996). Оба продукта гена участвуют в пути Эрлиха, и делеция или сверхэкспрессия BAT1/2 оказывает выраженное влияние на концентрацию высших спиртов и общий ароматический профиль, продуцируемый S. cerevisiae (Eden et al. 2001). ; Styger, Jacobson and Bauer 2011; Styger и др. 2013). Однако их роль, по-видимому, сильно зависит от состава среды, поскольку Bat2 действовал как основной BCAAT в лабораторных дрожжах, ферментирующих в синтетической среде (Eden et al. 2001; Стайгер, Якобсон и Бауэр, 2011 г.; Styger и др. 2013), в то время как Bat1 также влиял на выработку высших спиртов при модельном брожении вина (Lilly et al 2006b; Rossouw, Naes and Bauer 2008). Сверхэкспрессия любого из них приводила к дрожжам с более фруктовым профилем брожения (Lilly et al . 2006b; Rossouw, Naes and Bauer 2008).

После дезаминирования аминокислоты или de novo синтеза эквивалентной α-кетокислоты их декарбоксилируют и восстанавливают до высших спиртов. Что касается изоамилового спирта, α-кетоизокапроат катаболизируется декарбоксилазой Thi3/Kid1 и, в меньшей степени, ароматической декарбоксилазой Aro10 в изоамиловый альдегид, который впоследствии восстанавливается до изоамилового спирта с альдегидредуктазной активностью нескольких различных ферментов дегидрогеназы (Adh2, 2, 3, 4 и 5, Sfa1) (Dickinson et al. 1997; Dickinson, Salgado and Hewlins 2003). Аналогичный путь был показан для изобутанола и активного амилового спирта с декарбоксилированием, также осуществляемым пируватдекарбоксилазами Pdc1, Pdc5 и Pdc6 (Dickinson, Harrison and Hewlins 1998; Dickinson et al. 2000). Штаммы Saccharomyces cerevisiae , сконструированные с ко-компартментализованными аминокислотами с разветвленной цепью и путями Эрлиха в митохондриях, показали значительное увеличение продукции изобутанола (Avalos, Fink and Stephanopoulos 2013). Это ясно иллюстрирует решающую роль митохондрий в производстве важных ароматических соединений пива.

Использование радиоактивно меченного [C13] валина, Oshita et al. (1995) обнаружили, что когда валина было много, он катаболизировался в изобутанол, а когда его было мало, большая часть изобутанола биосинтезировалась de novo как побочный продукт пути анаболизма валина.В обоих случаях уровень изобутанола в конце ферментации был одинаковым. Таким образом, недостаток аминокислот в среде может быть компенсирован за счет биосинтеза субстратов, поступающих в путь Эрлиха. Для изоамилового спирта источник, из которого он производится, зависит как от уровня свободного лейцина в сусле, так и от гликолитического состояния дрожжей. Последнее было предложено определять стадией дезаминирования, осуществляемой BCAATазами, которым требуются аминоакцептор α -кетоглутарат и кофактор NADH, которые продуцируются в больших количествах во время гликолиза (Espinosa Vidal et al. 2015). В то время как скорость производства изобутанола увеличивалась при оксигенации, производство изоамилового спирта, по-видимому, не подвергалось значительному влиянию доступности кислорода (Espinosa Vidal et al. 2015).

2-фенилэтанол . Производство 2-фенилэтанола (ароматы «розы» и «меда») происходит за счет катаболизма L-фенилаланина, транспортируемого из среды в клетку, и за счет продукции L-фенилаланина и промежуточных продуктов шикиматного пути (рис.). Путь шикимата начинается с эритрозо-4-фосфата, полученного из пентозофосфатного пути, и фосфоенолпирувата, полученного в результате гликолиза. Они превращаются в 3-дезокси-D-арабино-гептулозонат-7-фосфат (DAHP) с помощью DAHP-синтазы. Существуют две изоформы DAHP-синтазы, кодируемые генами ARO3 и ARO4 . Путь шикимата также состоит из многофункционального фермента Aro1, который осуществляет пять последующих реакций, приводящих к 3-енолпирувил-шикимат-5-фосфату, фосфатная группа удаляется хоризматсинтазой (углеродно-кислородной лиазой) Aro2 с образованием конечного метаболита в путь, хоризмата (Браус, 1991).Хоризмат далее перерабатывается в антранилат для биосинтеза триптофана или в префенат хоризматмутазой, Aro7, для производства фенилаланина и тирозина. Префенат превращается в фенилпируват с помощью префенатдегидратазы Pha2 или в 4-гидроксифенилпируват с помощью префенатдегидрогеназы Tyr1. Трансферазы ароматических аминокислот, Aro8 и Aro9, осуществляют последующее аминирование с образованием конечных продуктов, фенилаланина и тирозина. Реакция трансаминирования, осуществляемая Aro8 и Aro9, является обратимой и, следовательно, может также способствовать расщеплению фенилаланина до фенилпирувата.Последующие этапы пути Эрлиха к производству 2-фенилэтанола включают декарбоксилирование фенилпирувата в фенилацетилальдегид, в основном осуществляемое ароматической декарбоксилазой Aro10, и дегидрирование алкогольдегидрогеназой (рис. 1). Сверхэкспрессия генов трансферазы аминокислот с разветвленной цепью BAT1 и BAT2 может лишь слабо влиять на уровни 2-фенилэтанола (Lilly et al . 2006b). Это указывает на то, что ARO8 и ARO9 являются основными генами, участвующими в дезаминировании в пути Эрлиха. ARO9 и ARO10 контролируются на уровне транскрипции регулятором биосинтеза ароматических аминокислот Aro80 и чувствительной к голоданию аминокислот киназой Gcn2 (Staschke et al. 2010; Lee and Hahn 2013) посредством механизмов, которые включают как TORC1 передача сигналов и связывание незаряженных тРНК с Gcn2 (Conrad et al. 2014). Полигенное картирование генов, отвечающих за высокое образование 2-фенилэтилацетата (и 2-фенилэтанола) при производстве пива, использовалось для выявления превосходных мутаций в TOR1 и FAS2 (Trindade de Carvalho et al. 2017). Улучшенный аллель TOR1 для продукции 2-фенилэтилацетата содержал нонсенс-мутацию (E216*), которая приводит к образованию укороченной и предположительно неактивной киназы Tor1, что согласуется с Aro80-зависимой индукцией ARO9 и ARO10 при воздействии рапамицина (Staschke et al. 2010; Lee and Hahn 2013). Таким образом, полученные выходы зависят от типа источника азота и концентрации ароматических аминокислот в ферментационной среде (Etschmann et al. 2002 г.; Вуралхан и др. 2005 г.). Удивительно, но делеция ARO8 увеличивает продукцию 2-фенилэтанола в условиях подавления аммония за счет увеличения экспрессии ARO10 (Romagnoli et al. 2015), кодирующего основную фенилпируватдекарбоксилазу (Vuralhan et al. 20006 2015). ). Это подчеркивает большое значение ARO10 для производства 2-фенилэтанола.

Три ароматические аминокислоты, фенилаланин, тирозин и триптофан, оказывают ингибирующее действие по принципу обратной связи на многие ферменты метаболического пути.Фенилаланин-зависимая DAHP-синтаза, Aro3, чувствительна к обратному ингибированию фенилаланином, в то время как тирозин-зависимая DAHP-синтаза, Aro4, ингибируется тирозином по обратной связи (Fukuda, Watanabe and Asano 1990; Etschmann et al. 2002; Tzin ). и др. 2012 г.; Чжан и др. 2014 г.). Подобно мутантам LEU4 в пути биосинтеза лейцина, ингибирующие эффекты, оказываемые на Aro3 и Aro4 конечными продуктами, фенилаланином и тирозином, могут быть высвобождены путем отбора на устойчивость к фторированным аналогам фенилаланина (Фукуда, Ватанабе и Асано). 1990; Фукуда и др. 1990). Эти мутанты производили в три-шесть раз повышенные уровни 2-фенилэтанола в испытаниях ферментации саке. Фторированные аналоги фенилаланина p -фтор-DL-фенилаланин и o -фтор-DL-фенилаланин также использовались для отбора мутантов ARO4 и TYR1 , которые продуцировали в 20 раз больше 2-фенилэтанола и 2-фенилэтилацетат, чем винные дрожжи дикого типа (Cordente et al . 2018). Выделенные мутанты ARO4 содержали мутации в определенных аминокислотных остатках, которые высвобождали Aro4 от подавления тирозином (Hartmann et al. 2003), что приводит к более высоким уровням трех ароматических аминокислот внутри клетки, тогда как мутанты TYR1 накапливают фенилаланин внеклеточно и демонстрируют сниженное образование внутриклеточного тирозина, что указывает на более низкую активность префенатдегидрогеназы (Cordente et al. 2018). Мутанты TYR1 продемонстрировали самое высокое увеличение уровней 2-фенилэтанола, что позволяет предположить, что переход от префената к фенилпирувату и высвобождение ингибирования обратной связи на Aro4 за счет более низких внутриклеточных уровней тирозина являются определяющими факторами для производства 2-фенилэтанола.

Биосинтез сложных эфиров в дрожжах

Биосинтез ацетатного эфира в дрожжах . Слово «эфир» было введено, вероятно, для обозначения этилацетата, уксусного эфира или по-немецки: essig-ether (Gmelin 1848). В своей наиболее основной форме этилацетат образуется в результате реакции дегидратации между уксусной кислотой и этанолом с потерей молекулы воды или разлагается на уксусную кислоту и этанол в гидратированных кислых или щелочных условиях (Riemenschneider and Bolt 2000). Тем не менее, ранние исследования образования сложных эфиров в условиях пивоварения пришли к выводу, что образование ацетатных эфиров во время пивоварения происходит не просто из-за спонтанной этерификации ацетата и спиртов, а вместо этого связано с ферментативной активностью S.cerevisiae через богатый энергией тиоэфир ацетил-коА (Nordström 1961, 1962; Howard and Anderson 1976). Это привело к мысли, что ацетил-КоА, важный метаболит во многих путях в живых клетках, был определяющим фактором для их производства. Однако было замечено, что такие факторы, как добавление ненасыщенных жирных кислот и обеспечение кислородом, которые ингибируют выработку эфира ацетата, не снижают уровни ацетил-КоА и не изменяют константы сродства к ферменту (ферментам) ацетатсинтазы, подчеркивая возможную вовлеченность других факторов, таких как доступность или уровень экспрессии ААТазы, как основного фактора их производства (Malcorps et al. 1991).

Удивительно, но большинство сложных эфиров ацетата образуются в результате активности одного фермента алкоголь-ацетил-КоА-трансферазы (ААТазы), кодируемого геном ATF1 (Fujii et al. 1994; Fujii, Yoshimoto and Tamai 1996; Verstrepen ). и др. . 2003d). Из-за важности гена ATF1 для ароматического профиля пива, саке и вина его регуляция во время ферментации была подробно исследована. Ген экспрессируется на низких уровнях в пивоваренных дрожжах с пиком через 12–36 часов после начала брожения пива, когда дрожжи все еще активно растут и ферментируют в анаэробных условиях (Verstrepen et al. 2003с). Пиво, приготовленное из лагерных дрожжей, сконструированных с конститутивно сверхэкспрессированным геном ATF1 , содержало в четыре раза больше изоамилацетата и в шесть раз больше этилацетата по сравнению со штаммом дикого типа и демонстрировало очень отчетливые фруктовые («банановые» и «ананасовые») и растворяющие ноты. -подобный характер (Verstrepen et al . 2003). Таким образом, лимитирующим фактором образования сложных эфиров является не только уровень спиртов, но еще в большей степени уровень экспрессии фермента ААТазы.Интересно, что все амиловые эфиры в бананах образуются во время фазы созревания после обработки этиленом (Marriott, 1980; Engel, Heidlas and Tressl, 1990), что сопровождается усилением потока через гликолиз, повышением уровня лейцина и изолейцина (вместе с высшими спиртами). ) и индуцировала экспрессию гена банановой AATase BanAAT (Seymour 1993; Jayanty et al. 2002), что указывает на то, что созревание плодов потенциально имеет некоторое сходство с быстрым образованием изоамилацетата дрожжами во время ферментации. Кроме того, в дополнение к основному гену ААТазы, ATF1, S. cerevisiae и S. pastorianus содержат паралогичный ген ATF2 , который играет незначительную роль в производстве ацетатных эфиров во время ферментации. Сверхэкспрессия ATF2 в лабораторных дрожжах с низким базальным уровнем активности ААТазы вызывает значительное увеличение продукции изоамилацетата и этилацетата (Verstrepen et al . 2003d), в то время как его сверхэкспрессия в пиве дикого типа, саке и винные дрожжи имеют более тонкие эффекты (Verstrepen и др. .2003с; Лилли и др. . 2006а; Сахара и др. 2009 г.). Это привело к предложению использовать сверхэкспрессионный штамм ATF2 для производства саке, чтобы избежать производства чрезмерно похожих на растворитель и банановых вкусов (Sahara et al. 2009). Недавно этанолацетил-коА трансфераза, Eat1, была выделена из Wickerhamomyces anomalus (Kruis et al. 2017). Saccharomyces cerevisiae содержит митохондриальный ортолог EAT1 ( YGR015C ), который, как было показано, увеличивает выработку этилацетата при сверхэкспрессии в аэробных условиях.Полигенный анализ продукции этилацетата в отсутствие гена ATF1 привел к открытию природных вариантов EAT1 и SNF8 , имеющих мутацию, вызывающую раннюю терминацию трансляции ( eat1 K179 fs и snf8 E148 *), и которые снижают производство этилацетата (Holt et al . 2018a). Однако модификация трех неродственных штаммов дрожжей (дрожжи для вина, саке и эля) показала сильно зависящие от штамма эффекты двух мутаций, что подчеркивает важность оценки таких мутаций на фоне надлежащего штамма как для селекции, так и для генной инженерии.

Наличие подложки . Константа сродства (Km) основной ААТазы (Atf1) к изоамиловому спирту (измеренная в частично очищенных клеточных экстрактах) составляла 25 мМ (~2204 мг/л) (Malcorps and Dufour, 1992), что примерно в 20 раз выше, чем средний уровень субстрата. Это ограничение субстрата согласуется с тем фактом, что обычно существует хорошая корреляция между уровнями изоамилового спирта и изоамилацетата в ходе дрожжевого брожения (Calderbank and Hammond 1994; Quilter et al. 2003). Однако изменчивость образования ацетатного эфира не может быть объяснена только доступностью высших спиртов (или этанола), и влияние ацетил-КоА плохо изучено у S. cerevisiae . Фермент Atf1 содержит трансмембранные домены, которые фиксируют белок в мембране липидных капель, отпочковывающихся от эндоплазматического ретикулума (ЭР), тогда как Atf2 локализован в мембранах ЭПР (Verstrepen et al. 2004; Tiwari, Koffel and Шнайтер 2007).Следовательно, оба фермента зависят от цитозольного пула ацетил-КоА, который генерируется в обход PDH (обсуждалось ранее для высших спиртов). Метаболизм ацетил-КоА был сконструирован в Escherichia coli со значительно улучшенным производством изоамилацетата (Vadali et al. 2004; Vadali, Bennett and San 2004).

Цитозольный уровень ацетил-КоА регулируется фосфорилированием ацетил-КоА-карбоксилазы Acc1 киназой Snf1/AMPK, которая инактивирует фермент и ограничивает продукцию малонил-КоА из ацетил-КоА и СО 2 , что приводит к более высокому уровни ацетил-КоА (Zhang, Galdieri and Vancura 2013).Расширенный пул ацетил-КоА идет рука об руку с повышенным ацетилированием гистонов и других ацетилированных белков. Во время инициации роста уровни ацетил-КоА увеличиваются с ~3 до ~30 мкМ в экспоненциально растущих клеточных культурах, что может отражать метаболическое состояние клетки в реакциях ацетилирования/деацетилирования (Cai and Tu 2011; Cai et al. ). 2011; Weinert и др. 2014). Фермент Atf1 имеет сродство (Km) к ацетил-КоА, равное 25 мкМ (Malcorps, Dufour, 1992), но, поскольку цитозольный пул ацетил-КоА в ходе спиртового брожения не измерялся, остается неясным, связаны ли колебания его концентрация значительно влияет на продуктивность ААТазы.

ортологов ATF1 у видов Saccharomyces sensu stricto и S. pastorianus. Ортолог S. eubayanus гена ATF1 (обозначенный как Lg- ATF1 ) также присутствует в гибридных лагерных дрожжах S. cerevisae / eubayanus S. pastorianus 9. Активность фермента, кодируемого Lg- ATF1 , в отношении продукции изоамилацетата ниже, чем активность фермента, кодируемого ATF1 S. cerevisiae. Его сверхэкспрессия в коммерческих лагерных дрожжах приводит к 2-кратному увеличению изоамилацетата в синтетической среде YP (Verstrepen et al .2003с). Кинетические свойства Atf1 из S. uvarum и S. kudriavzevii были определены после избыточной экспрессии в лабораторном штамме S. cerevisiae в отсутствие известных генов ААТазы, ATF1 и ATF2 , и изоамила. ген гидролазы, IAh2 (Stribny, Querol and Perez-Torrado 2016). Константы сродства (Km) изоамилового спирта к ортологам Atf1 в S. uvarum и S. kudriavzevii составляли 92. 9 и 57,4 мМ против 32,3 мМ для S. cerevisiae с той же экспериментальной установкой. При близкой гомологии 99% сходных аминокислот между продуктами гена S. uvarum и S. eubayanus ATF1 можно предположить, что продукт гена Lg- ATF1 в лагерных дрожжах обладает сходными свойствами. Интересно, что производство 2-фенилэтилацетата S. cerevisiae в процессе винного брожения было в 2 раза выше, когда ORF S. cerevisiae ATF1 был заменен на ORF из S.uvarum или S. kudriavzevii , что иллюстрирует некоторое разнообразие специфичности ферментов даже между видами Saccharomyces sensu stricto .

Комплексное регулирование Atf1 . На активность ААТазы дрожжей влияет ряд различных условий ферментации, включая соотношение углерода и азота (C/N), содержание сахара в сусле, CO 2 /гидростатическое давление, температуру ферментации, уровни ненасыщенных жирных кислот и кислорода, скорость качки (Engan 1974; Calderbank and Hammond 1994; Verstrepen и др. ).2003б; Деконинк и др. 2012). Молекулярная основа регуляции уровней транскриптов ATF1 ненасыщенными жирными кислотами, кислородом и питательными веществами основана как на прямых, так и на косвенных доказательствах, обсуждаемых ниже, в то время как влияние CO 2 /гидростатического давления обсуждается отдельно. Упрощенная модель комплекса регулирования ATF1 представлена ​​на рис.

Упрощенная модель индукции/репрессии экспрессии гена ATF1 с помощью нескольких партнеров по связыванию.Кислородный репрессор Rox1 и индуктор/репрессор Rap1 необходимы для экспрессии ATF1 (Fujiwara et al. 1999). Промотор ATF1 не содержит сайтов связывания факторов транскрипции для Gcn4, Gcr1, Yap1 или Cyc8-Tup1. Вместо этого мы предполагаем, что Rap1 и Rox1 регулируют экспрессию посредством косвенного взаимодействия с репрессорами и индукторами. Взаимодействие Rap1 с Gcr1 и Gcn4 может индуцировать и репрессировать транскрипцию соответственно (Tornow et al. 1993; Joo et al. 2011), тогда как известно, что взаимодействие Rox1 с Cyc8-Tup1 репрессирует транскрипцию (Smith and Johnson 2000). Было показано, что Yap1 взаимодействует с Rox1 и репрессирует транскрипцию гена высокоаффинного переносчика железа FET4 (Caetano et al. 2015). Также было обнаружено, что основные восходящие пути PKA и Sch9 FGM участвуют в контроле экспрессии ATF1 (Fujiwara et al. 1999; Verstrepen et al. 2003a). Они могут регулировать доступность самого Rap1 или индукцию/репрессию еще неизвестных партнеров по взаимодействию Rap1.

Многоликий активатор/репрессор Rap1 . Некоторые из многочисленных эффектов можно объяснить путями протеинкиназы А (PKA) и Sch9-опосредованной ферментируемой ростовой среды (FGM), которые, как было показано, влияют на экспрессию ATF1 (Fujiwara et al. 1999; Verstrepen и др. . 2003а). Было показано, что укороченный аллель TOR1 повышает уровни сложных эфиров ацетата, в частности фенилэтилацетата, подобного «розе» и «меду» (Trindade de Carvalho et al. 2017). Tor1 является хорошо известным регулятором генов репрессии азотного катаболита (Conrad et al. 2014) и, следовательно, может влиять на экспрессию гена ATF1 . Однако трудно интерпретировать эти результаты в прямой связи с условиями ферментации, поскольку известно, что штаммы, аттенуированные или нарушенные в этих путях, подвержены широкому стрессу. Более целенаправленный подход был использован Fujiwara et al. (1999), которые показали, что белок-репрессор-активатор Rap1 отвечает как за активацию транскрипции в анаэробных условиях, так и за репрессию ненасыщенными жирными кислотами.Rap1 является важным фактором транскрипции, который регулирует сайленсинг и поддержание концов хромосом путем рекрутирования белков Sir и Rif на теломеры через свой С-концевой домен взаимодействия с белками RCT (Chen et al. 2011b). Интересно, что Rap1 и транскрипционный фактор репрессии катаболитов азота Gcn4 взаимодействуют напрямую и подавляют экспрессию рибосомных белков при азотном голодании (Joo et al. 2011), что также может объяснить, почему низкое содержание азота препятствует экспрессии ATF1 .Фактор транскрипции Gcr1 также напрямую взаимодействует с Rap1 и способен индуцировать гены гликолитического пути (Tornow et al. 1993), что объясняет, почему ATF1 активируется при ферментациях с высокой гравитацией, хотя он не содержит связывания Gcr1. сайт. Основываясь на наблюдении, что Rap1 может напрямую связываться с факторами транскрипции цинковых пальцев и подавлять или индуцировать экспрессию генов-мишеней, возможно, что многие эффекты могут быть объяснены парным взаимодействием.Это повышает вероятность того, что другие факторы транскрипции цинковых пальцев в ответ на стресс, такие как Msn2/Msn4, могут изменять эффективность транскрипции Rap1, объясняя сложную регуляцию гена ATF1 .

Помимо возможных связанных взаимодействий, доступность Rap1 сама по себе регулируется внешними факторами, такими как кислород (Dastidar et al. 2012). Интересно, что транскрипционные изменения происходят в клетках, которые перестают расти, что приводит к диспергированию Rap1 из теломерных локусов для связывания с другими частями генома (Platt et al. 2013). Поскольку Rap1 является основным регулятором экспрессии рибосомного белка, который потребляет большую часть производства клеточной энергии (Lieb et al. 2001), его можно рассматривать как один из общих активаторов роста. Эмпирическое правило среди пивоваров гласит, что активное производство ацетатных эфиров является хорошим показателем счастья дрожжей. Этот вывод согласуется с ролью Rap1 в индукции/репрессии транскрипции ATF1 и с эффектом стрессовых реакций, негативно влияющих на транскрипцию ATF1 .

Активация Mga2 . Ранние исследования показали, что точка плавления ненасыщенных жирных кислот коррелирует с подавлением транскрипции ATF1 аналогично экспрессии десатуразы жирных кислот OLE1 (Fujiwara et al. 1998). Ole1 превращает насыщенные жирные кислоты в Δ9-ненасыщенные кислоты (такие как олеиновая кислота), которые необходимы для роста. Паралогичные транскрипционные факторы Mga2 и Spt23 необходимы для индукции транскрипции OLE1 .Они выполняют дополнительные функции, поскольку штамм с двойной делецией mga2Δ spt23Δ является ауксотрофным по ненасыщенным жирным кислотам, в отличие от штаммов с одиночной делецией (Zhang, Skalsky and Garfinkel 1999; Chellappa et al. 2001; Kandasamy et al. 2004). . Помимо того, что активация Mga2 жестко регулируется ненасыщенными жирными кислотами, она подавляется кислородом и индуцируется в ответ на низкие температуры (Nakagawa et al. 2002). Дрожжи реагируют на холод увеличением текучести мембраны в качестве адаптации для контроля жесткости мембраны, тогда как ограничение кислорода требует повышения активности OLE1 для более эффективной активности десатуразы (Aguilar and de Mendoza 2006). Холодная индукция Mga2 сочетается с повышенной фруктовостью пива, приготовленного при низкой температуре. Тем не менее, влияние температуры на производство ацетатного эфира зависит от штамма (Verstrepen et al. , 2003b) и согласуется с противодействием за счет снижения скорости роста посредством регуляции с помощью Rap1.

Mga2 и Spt23 в своих неактивных формах связаны с мембраной ER через С-концевой гидрофобный домен. Активация происходит путем протеолитического расщепления С-концевого домена, после чего они попадают в ядро ​​и активируют свои мишени для транскрипции (Hoppe et al. 2000; Изнасилование и др. 2001). Процессинг и высвобождение Mga2 и Spt23 из ER в ядро ​​сильно ингибируются ненасыщенными жирными кислотами (Hoppe et al. 2000). Активация транскрипции растворимым фактором Mga2, но не Spt23, сохраняет репрессию ненасыщенными жирными кислотами даже без С-концевого трансмембранного домена (Chellappa et al. 2001). Таким образом, Spt23 и Mga2 отведены разные роли, в которых Mga2 регулирует как экспрессию, так и деградацию транскрипта OLE1 (Kandasamy et al. 2004 г.). Только повторное добавление растворимого Mga2 может восстановить транскрипт до уровней дикого типа (Chellappa et al. 2001), что указывает на то, что Mga2 играет важную роль.

Было показано, что мутантный аллель Mga2 с преждевременным стоп-кодоном (Ser706*) освобождает транскрипцию мРНК ATF1 от репрессии ненасыщенными жирными кислотами (Takahashi et al. 2017). Мутация Mga2 была обнаружена у дрожжей саке, которые производят в 2,6 раза больше изоамилацетата после приобретения устойчивости к антибиотику ауреобазидину А (Takahashi et al. 2017). Механизм действия этой укороченной формы Mga2 может проявляться несколькими способами. Например, он мог бы вызвать постоянную ядерную локализацию, посредством которой он мог бы конститутивно активировать свои цели.

Репрессии Rox1 . Сильная репрессия гена ATF1 кислородом происходит в основном через фактор транскрипции Rox1 (Fujii et al. 1997; Fujiwara et al. 1999). Rox1 сам по себе регулируется др. транскрипционным фактором Hap1, который реагирует на кислород через определение уровня гема в клетках (Kastaniotis and Zitomer 2000).Когда кислорода много, Hap1 активирует Rox1 и подавляет мишени, которые не требуются в аэробных условиях. Для эффективной репрессии с помощью Rox1 репрессорный комплекс Ssn6-Tup1 связывается с Rox1 (и др. ДНК-связывающими белками) и способствует репрессии генов (Smith and Johnson 2000). Были выделены мутанты YAP1 с укороченным С-концом Yap1, которые показали до 3-кратного увеличения продукции изоамилацетата при брожении вина (Cordente et al. 2013). Эти мутанты были выделены на основе устойчивости к церуленину.Yap1 является фактором транскрипции цинковых пальцев, который индуцируется при окислительном стрессе (Gulshan, Thommandru and Moye-Rowley 2012). Уксусная кислота вызывает реакцию окислительного стресса у S. cerevisiae с помощью нескольких различных механизмов, что необходимо для выживания клеток, и в котором Yap1 является центральным регулятором (Semchyshyn et al. 2011; Morano, Grant and Moye-Rowley 2012). ). Было показано, что Rox1 подавляет экспрессию гена высокоаффинного переносчика железа FET4 посредством взаимодействия с Yap1 (Caetano et al. 2015). Штамм yap1Δ также продуцировал более высокие уровни транскриптов Rox1, что указывает на несколько способов ингибирования.

Ингибирование Atf1 CO 2 и гидростатическим давлением . Одной из самых насущных проблем для пивоваров является отсутствие производства изоамилацетата в очень высоких цилиндроконических ферментерах, используемых на коммерческих пивоваренных заводах. Количество изоамилацетата, продуцируемого активностью дрожжевой ААТазы, отрицательно коррелирует с глубиной ферментера.Это происходит из-за высокого уровня растворенного CO 2 , присутствующего при высоком гидростатическом давлении, и из-за эффекта физического перемешивания пузырьков CO 2 , скапливающихся на больших глубинах (Vrieling 1978; Meilgaard 2001). CO 2 необходим в качестве субстрата в низких концентрациях во время быстрого брожения, поскольку он поступает в цикл трикарбоновых кислот посредством анаплеротических реакций и для биосинтеза жирных кислот, пуринов и заряженных аминокислот аспартата и глутамата (Aguilera et al .2005b). Однако при более высоких уровнях он подавляет рост, выработку сивушных спиртов и, в еще большей степени, образование ацетатных эфиров (Renger, Hateren and Luyben 1992; Shen et al. 2004). Когда дрожжи подвергаются воздействию высокого давления CO 2 в течение примерно 30 часов, поглощение любых оставшихся аминокислот с разветвленной цепью через клеточную мембрану снижается (Knatchbull and Slaughter 1987). Это коррелирует с более низким производством сивушных спиртов и сложных эфиров, а также с более высоким производством диацетила, увеличением размера клеток и более низкой жизнеспособностью, но не коррелирует напрямую со скоростью производства этанола, по крайней мере, когда избыточное давление CO 2 остается ограниченным ( е. г. давление 1 бар CO 2 ) (Нэтчбулл и Слотер, 1987; Слотер, Флинт и Кулар, 1987). Ингибирующее действие CO 2 на рост в некоторой степени вызвано прямым ингибированием метаболических ферментов, снижением внутриклеточного pH и нарушением митохондриальной функции, когда CO 2 (и бикарбонат) находится внутри клеток (Jones and Greenfield 1982; McIntyre and McNeil 1998; Aguilera и др. . 2005a; Garcia-Gonzalez и др. 2007). Вследствие комбинированных эффектов, вызванных высоким давлением CO 2 , клетки имеют более низкие уровни АТФ при длительном воздействии (Richard, Guillouet and Uribelarrea, 2014), но основные молекулярно-биологические факторы, участвующие в ингибировании роста и снижении Активность ААТазы еще не выяснена.

Пути к лучшему пониманию молекулярно-генетических механизмов, участвующих в подавлении образования сложных эфиров, могут исходить от путей Sch9 и cAMP/PKA, которые участвуют в регуляции экспрессии ATF1 (Fujiwara et al. 1999; Verstrepen et al. . 2003a) и определение CO 2 . Saccharomyces cerevisiae может обнаруживать CO 2 и подавлять фермент карбоангидразу, чтобы ограничить уровни бикарбоната при воздействии CO 2 .Это происходит посредством опосредованной сфинголипидом Pkh2/2 ​​активации (фосфорилирования) протеинкиназы Sch9 с последующей активацией (фосфорилированием) фактора транскрипции Cst6, ответственного за экспрессию карбоангидразы (Pohlers et al. 2017). С другой стороны, высокие уровни CO 2 активируют аденилатциклазу (Cyr1) в Candida albicans , где она действует как хемосенсор вирулентности в организме человека (Klengel et al. 2005). Активированный фермент Cyr1 вызывает всплеск циклического АМФ (цАМФ), что, таким образом, может объяснить CO 2 -опосредованную активацию PKA (Vandamme, Castermans and Thevelein 2012).Однако Jungbluth, Mosch and Taxis (2012) не смогли найти прямых доказательств того, что Cyr1 регулируется CO 2 /бикарбонатом у S. cerevisiae , и в то время как воздействие CO 2 вызывает нитевидный рост (образование гиф) у некоторых Candida , он не оказывает такого эффекта на S. cerevisiae (нет образования псевдогиф), что позволяет предположить, что у этих двух видов задействованы разные пути (Gancedo 2001; Vandamme, Castermans and Thevelein 2012) Митохондриальный CO 2 / Путь цАМФ/ПКА представляет собой хорошо охарактеризованный регуляторный путь в клетках млекопитающих (Valsecchi et al. 2013) и был исследован на S. cerevisiae , где митохондриальный всплеск уровней цАМФ при воздействии бикарбоната привел к предположению, что митохондриально локализованный Cyr1/PKA реагирует на CO 2 во время неферментативного роста (Hess et и др. 2014). Таким образом, участие пути цАМФ/ПКА в восприятии давления CO 2 в условиях промышленной анаэробной ферментации еще не ясно.

Биологическая функция Atf1 . Было показано, что Atf2 функционирует главным образом в цикле детоксикации стеролов вместе с деацетилазой Say1 (Tiwari, Koffel and Schneiter 2007). С другой стороны, фенотип не был обнаружен для нулевого мутанта ATF1 , за исключением сильно сниженной продукции ацетатного эфира. Производство ацетатного эфира может повлиять на распространение дрожжей в природе. Это было показано путем очистки свободного пространства от полуанаэробных ферментирующих дрожжевых культур в закрытом газовом ящике, содержащем плодовых мух.Плодовые мушки продемонстрировали более высокую частоту сбора газа над головой, происходящего от дрожжей с искусственно созданной сверхэкспрессией гена ATF1 (Christiaens et al. 2014), и их особенно привлекал этилацетат. Давно известно, что существует множество дрожжей, отличных от Saccharomyces , обычно выделяемых в гораздо более высоких титрах из фруктов и других богатых сахаром естественных местообитаний, которые производят гораздо большие количества этилацетата (Tabachnick and Joslyn 1953; Rojas et др. 2001; Сабате и др. 2002 г.; Флот 2003; Распор и др. 2006 г.; Ли и др. 2010). Например, кукурузного жука сильно привлекал W. anomalus ( Pichia anomala ), который продуцирует аномально высокие уровни этилацетата, даже превышающие уровни сверхэкспрессии штамма ATF1 в штамме S. cerevisiae (Nout и Бартельт 1998). На производство сложных эфиров родами Pichia и Saccharomyces в природе должно влиять по-разному, поскольку гены Saccharomyces репрессируются кислородом, в то время как Pichia представляет собой аэробные дрожжи, которые производят сложные эфиры в больших количествах в присутствии кислорода. , состояние, обычно встречающееся в большинстве естественных ниш.Кроме того, ряд летучих ароматически активных метаболитов, включая уксусную кислоту и фенольные привкусы пива, такие как 4-винилгваякол, также действуют как аттрактанты для плодовых мух ( Drosophila melanogaster ) (Dzialo et al. 2017). . Остается неясным, выполняет ли фермент Atf1 другие биологические функции, помимо производства ацетатных эфиров. Интересно, что ААТаза S. cerevisiae Atf1 обладает очень широкой субстратной специфичностью и может ацетилировать длинноцепочечные жирные спирты (Ding et al. 2016). В клетках млекопитающих нелетучий эфир ацетата 12-O-тетрадеканоилфорбол-13-ацетат разрушает актиновые филаменты и увеличивает секрецию муцина, что увеличивает внеклеточную вязкость и адгезивность посредством регуляции путем киназы протеинкиназы C (PKC)-MAPK. Shiba, Sasaki and Kanno 1988; Hong, Forstner and Forstner 1997; Lee и др. 2002; Bansil and Turner 2006). Были выделены мутанты дрожжей, устойчивые к ауреобазидину А и продуцирующие повышенное количество изоамилацетата (Takahashi et al. 2017). Ауреобазидин А разрушает актиновые участки коры и ингибирует инозитолфосфорилцерамидсинтазу AUR1 , которая запускает передачу сигналов через путь целостности клеточной стенки PKC (Endo et al. 1997; Zhong, Murphy and Georgopapadakou 1999; Jesch et al. 6 6 ). ). У S. cerevisiae интегральный мембранный муцин Msb2 служит для стимуляции роста псевдогиф за счет активации MAPK (Cullen et al. 2004), а ингибирование синтеза сфинголипидов с помощью PKC-MAPK вызывает молчание теломер (Lee et al. 2013). Оба пути плохо охарактеризованы в условиях анаэробного брожения. Еще не изученная возможность заключается в том, что Atf1 ацетилирует еще не идентифицированный липидный мессенджер, который регулирует малозаметный фенотип или фенотип, который проявляется только в специфических природных условиях. Должны быть проведены дополнительные исследования, особенно в анаэробных условиях, для изучения нерешенных вопросов, касающихся функциональности Atf1 в S. cerevisiae .

Селекция на улучшенное производство ацетатного эфира и активность эстеразы .Выделение штаммов, устойчивых к различным лекарствам, использовалось для улучшения производства ацетатных эфиров и усиления фруктового аромата саке. Как упоминалось ранее, токсичный аналог лейцина 5,5,5-трифторлейцин использовался для повышения уровня изоамилового спирта, что также приводит к более высокому уровню изоамилацетата. Однако нежелательно иметь высокий уровень изоамилового спирта, так как он также дает тяжелый («алкогольный», «бордовый», «сладкий») аромат. Изопреноидный противораковый препарат 1-фарнезилпиридиний (Hirooka et al. 2005 г.), медь (Hirooka et al. 2010 г.), ингибитор эргостерола эконазол (Asano et al. 1999 г.), монофторацетат (Watanabe et al. 1993 г.) и изоамилмонохлорацетат (Watanabe, Kondo, 1999). все они использовались специально для улучшения коэффициента конверсии изоамилового спирта в ацетат. Эти соединения работают либо за счет увеличения активности ААТазы, либо за счет снижения катализируемой эстеразой деградации. Основная эстераза S. cerevisiae , изоамилацетатгидролаза, кодируемая геном IAh2 , была клонирована и охарактеризована (Fukuda et al. 1996, 2000). Потеря функции этого гена значительно увеличивает выход изоамилацетата и в меньшей степени других эфиров ацетата. Таким образом, именно баланс между активностью ААТазы и эстеразы определяет конечный уровень ацетатных эфиров, вырабатываемых пивоваренными дрожжами (Fukuda et al. 1998).

Биосинтез сложного эфира и роль комплекса синтазы жирных кислот . Яблочные эфиры этилгексаноат и этилоктаноат присутствуют в некоторых сортах пива выше своего порога и, таким образом, способствуют фруктовому аромату.Этилгексаноат, наиболее известный яблочный эфир в пиве, вырабатывается этанолацил-коА-трансферазами Eht1 и Eeb1, которые конденсируют этанол с жирной кислотой со средней длиной цепи, заряженной коферментом А (ацил-коА), при этом Eeb1 особенно активен (Saerens и др. , 2006 г.). Более того, аллель гена фосфолипазы B, PLB2 , с ацилтрансферазной активностью in vitro (Merkel et al. 1999), был выделен с помощью полигенного анализа продукции этилового эфира, и было подтверждено, что он является сильным эффектором этилового эфира. производство октаноата путем разрушения генов (Steyer et al. 2012). Обратная эстеразная активность также наблюдалась с очищенным ферментом Iah2, но только для образования этилгексаноата (Kuriyama et al. 1986).

Уровни экспрессии Eht1 и Eeb1 не демонстрируют сильной корреляции с конечными уровнями этилгексаноата (Saerens et al. 2008), что согласуется с выводом о том, что узким местом их образования является уровень ацила субстрат -coA (Saerens et al. 2006). Этилгексаноат вызвал значительный интерес в производстве саке, потому что он является ключевым ароматическим соединением в высококачественном саке.Дрожжи, отобранные по устойчивости к церуленину, показали увеличение производства этилгексаноата в 3,7 раза при ферментации саке (Akada et al. 1999). Было обнаружено, что мутация, ответственная за устойчивость к церуленину (Gly1250Ser), находится в кодируемой FAS2 субъединице комплекса синтазы жирных кислот (FAS) (Inokoshi et al. 1994). Мутация, придающая резистентность к церулену, которая расположена в середине домена 3-кетосинтазы, может нарушать цикличность жирных кислот и вызывать утечку субстратов жирных кислот со средней длиной цепи, таких как гексановая кислота, из комплекса FAS.Эта специфическая мутация, вызывающая усиленное производство этилгексаноата, была сконструирована в дрожжах для саке, которые в настоящее время используются в коммерческих целях (Aritomi et al. 2004). Кроме того, было показано, что аллель FAS2 , выделенный из дрожжей Ale, улучшает выработку ацетатного эфира способом, который, по-видимому, не связан с устойчивостью к церулену (Trindade de Carvalho et al. 2017). Молекулярные механизмы мутаций, приводящих к измененной продукции ацетатного эфира, не выяснены.

Дрожжи, не относящиеся к сахаромицетам, с превосходными профилями сложных эфиров . Дрожжи, отличные от Saccharomyces (часто называемые нетрадиционными дрожжами), содержат неиспользованный резервуар производства вкуса, который может усиливать или дополнять вкусовые характеристики дрожжей Saccharomyces . В частности, совместное или последовательное брожение с P. kluyverii или Cyberlindnera fabianii и пивоваренными дрожжами демонстрирует потенциал для улучшения эфирного профиля (van Rijswijck et al. 2017; Холт и др. . 2018б). В то время как P. kluyverii продуцирует очень высокий уровень ацетатных эфиров (напоминает штамм Saccharomyces ATF1 со сверхэкспрессией), C. fabianii образует высокий уровень этиловых эфиров («яблоко»). Однако высокие уровни ацетатных эфиров подавлялись при последовательных ферментациях с пивоваренными дрожжами, что привело к гипотезе о том, что эстеразы активируются при ферментации с S. cerevisiae (Holt et al .2018б). Таким образом, лучшее понимание того, как они взаимодействуют в совместно и последовательно инокулированных культурах, будет не только интересным в экологическом контексте, но также может быть полезным для разработки совместимых штаммов.

Введение в современную биологию (BIOL 109) – упорство

 

 

Нахом Нега

 

Знаете ли вы, что среднестатистический человек производит за всю жизнь достаточно слюны, чтобы наполнить два плавательных бассейна? Отвратительно или интересно? Вам решать. Знаете ли вы также, что ваша ДНК может простираться от земли до солнца и обратно? Не один раз, не два, а 600 раз. Думал, это было круто? Зимняя сессия 2019 подготовила для вас идеальный класс!

BIOL 109: Введение в современную биологию — это лабораторный курс биологии с 3 кредитами для тех, кто не занимается наукой и хочет выполнить требование об окончании университета (GEP) научной лаборатории. Курс включает 75-минутную лекцию и 120-минутную лабораторную работу. Рассматриваемые темы будут включать в себя основные биологические понятия, такие как природа ДНК, наследственность, генетика человека и процесс мутации, а также современные вопросы, такие как судебный анализ ДНК и крови, биология рака и генетических заболеваний, и другие по мере необходимости. по текущим событиям и интересам.

Основной целью BIOL 109 является подчеркнуть, что наука может быть интересной и приятной. А поскольку курс BIOL 109 требует интенсивной лабораторной работы, учащиеся будут участвовать в практических занятиях посредством уникальных и творческих экспериментов, направленных на повышение их уровня понимания предмета.

Посмотреть курс

Познакомьтесь с инструктором:

 

Стивен Карузо — старший преподаватель UMBC кафедры биологических наук.Он получил степень бакалавра (1994 г.) и докторскую степень. (2002) из ​​UMBC. Некоторые из его научных интересов включают биологию фагов, микробиологию, микробную физиологию и генетику. Некоторые из его педагогических интересов включают научное образование, активное обучение, исследовательское обучение и создание иммерсивного лабораторного опыта. Узнайте больше здесь.

 

___________________________________________

 

 

Нахом Нега работает стажером по маркетингу в Отделе профессиональных исследований с августа 2018 года.Он учится на втором курсе по специальности «Медиа и коммуникация», а также по специальности «Предпринимательство». Нахом также является писателем для Retriever, а также соучредителем OCA Mocha, предпринимательской студенческой инициативы, направленной на укрепление отношений с местными сообществами.

 

 

Химия бурбона | AIChE

Возрождение популярности бурбона побудило к более детальному изучению науки, связанной с его производством.

В последнее время индустрия бурбона пережила возрождение.Учтите, что более девяти миллионов баррелей выдержки в Кентукки составляют два барреля запасов на одного жителя штата (1) . В то время как 95% мировых поставок бурбона производится в Кентукки (рис. 1), бурбон можно производить в любой точке США


Рисунок 1. Ликеро-водочный завод Wilderness Trail, член знаменитой Kentucky Bourbon Trail, является четырнадцатым по величине производителем бурбона в мире с годовой мощностью более 70 000 баррелей в год.

Секции

Бурбон — это дистиллированный спирт, который начинается с затора (, т. е. соотношений зерен, добавленных к воде) из не менее 51% кукурузы, который сбраживается и перегоняется до крепости не более 160 — , т. е. 80% спирта. по объему (ABV). Бурбон попадает в новую бочку из обожженного дуба крепостью не более 125 и разливается в бутылки крепостью выше 80.

В то время как определение бурбона указывает, что спирт должен быть сделан как минимум из 51% кукурузы, обычно используются другие зерна, такие как рожь, пшеница и ячменный солод.Зерна измельчают и нагревают с водой для получения браги, которая ферментируется дрожжами, производящими спирт и другие соединения (, т. е. химических компонентов). Затем эту смесь перегоняют, разливают в бочки и выдерживают. На каждом этапе этого основного процесса производители бурбона уточняют различные технические детали, влияющие на качество и характеристики конечного продукта. В этой статье исследуются наука и технология, лежащие в основе этого процесса превращения пюре из кукурузы и зерна в сложный спирт.

Затирание

Первым этапом производственного процесса является измельчение зерен для получения крупы. Крупа переносится в заторный котел (или заторный чан), где она смешивается с водой и нагревается в процессе, называемом затиранием (рис. 2). Каждый тип зерна добавляется индивидуально при температуре, соответствующей конкретному зерну. Зерна содержат большое количество крахмала, но дрожжи, используемые для ферментации, обычно способны метаболизировать только глюкозу. Таким образом, процесс затирания помогает высвобождать глюкозу из крахмала.


Рис. 2. В заторном чане зерно и вода нагреваются с помощью ферментов, расщепляющих крахмалы на сбраживаемые сахара.

Во время затирания происходит несколько ключевых преобразований. Когда вода и размолотые зерна нагреваются, вода вытесняется в крупу в процессе, называемом желатинизацией. На рис. 3 представлены микроскопические изображения частиц кукурузного крахмала, которые набухают при повышении температуры и времени. Первоначально гранулы кукурузного крахмала имеют размер от 7 до 20 мкм, но со временем при повышении температуры крахмалы разжижаются, и цепи крахмала начинают разделяться.Как только крахмальные цепи высвобождаются из структуры крупки, происходит осахаривание.


Рис. 3. При нагревании воды и зерна вода проникает в частицы крахмала, вызывая их набухание и разрушение.

В процессе осахаривания химические связи полимеризованного крахмала расщепляются на простые сахара посредством ферментативной реакции. Традиционно роль солода в засыпи заключалась в том, чтобы обеспечить необходимые ферменты для этого процесса.Соложение заставляет зерна начать процесс прорастания. В процессе прорастания семена вырабатывают ферменты, расщепляющие запасы крахмала для выработки энергии. Осторожно позволяя прорастанию начаться, а затем, как только оно начинается, останавливаться, ферменты вырабатываются, но крахмал не расходуется в значительной степени.

В настоящее время для повышения эффективности процесса часто используются имеющиеся в продаже ферменты. В частности, во время затирания добавляют высокотемпературную альфа-амилазу для расщепления крупных полимеров крахмала на более мелкие цепи ( i.е., декстринов) путем расщепления альфа-1,4-связи в крахмале. Альфа-амилаза также используется для снижения вязкости затора, особенно когда засыпь содержит большое количество ржи. Затем добавляют ферменты глюкоамилазы, которые дополнительно расщепляют декстрины на ферментируемые сахара, включая мальтозу и глюкозу. Активность этих ферментов зависит от температуры и рН. Типичная температура во время процесса затирания может составлять от 145 до 160°F для пшеницы, ржи и ячменного солода или выше 200°F для кукурузы.

Ферментация

После того, как сахара были высвобождены из крахмала, смесь охлаждают и перемещают из заторного чана в ферментер, куда добавляют дрожжи (рис. 4). Некоторые предприятия с более непрерывным процессом рециркулируют эту охлаждающую воду для нагрева следующего цикла воды для затора.


Рис. 4. Традиционно и часто до сих пор ферментационные чаны открыты и открыты для окружающей среды.

Винокур может сделать брагу одним из двух способов: сладким или кислым.В бурбоне со сладким пюре для приготовления пюре смешиваются только зерна, вода и дрожжи. В кислом бурбоне часть воды дополняется бардой (, т. е. отставкой), которая представляет собой жидкую часть, оставшуюся от предыдущей перегонки после удаления спирта. Из-за присутствия кислых соединений (, например, органических кислот), образующихся в процессе ферментации, кислый спад является кислым, отсюда и название этого процесса. Оба метода позволяют делать отличные бурбоны, но среди винокуров существуют разногласия относительно того, какое сусло лучше — сладкое или кислое.

Хотя дистилляционные дрожжи проявляют наибольшую активность при температурах выше температуры окружающей среды (85–95°F), ферментационные чаны обычно не нуждаются в подогреве. Сама ферментация выделяет достаточно тепла для достижения оптимальной температуры. Поскольку дрожжи выделяют так много тепла, когда они метаболизируют сахара, затор необходимо охлаждать, чтобы он не стал слишком горячим и не повлиял на здоровье дрожжей. Поскольку дрожжи потребляют сахар, основными продуктами являются этанол и углекислый газ. Образование углекислого газа в процессе ферментации приводит к тому, что сусло пузырится и перемешивается.Несмотря на то, что помещения для брожения просторны, большое количество образующегося углекислого газа необходимо контролировать и выпускать в качестве меры безопасности. Как правило, ферментация проходит достаточно активно, поэтому винокурни не используют механическое перемешивание.

В процессе ферментации образуются второстепенные родственные соединения, включая высшие спирты и карбоновые кислоты. Сложные эфиры являются важными вкусовыми соединениями, которые производятся непосредственно дрожжами и любыми загрязняющими бактериями. Сложные эфиры, такие как этилоктаноат (яблочный), этилдодеканоат (цветочный) и изоамилацетат (банановый), а также альдегиды и кетоны значительно влияют на вкус (рис. 5).Если температуры кипения этих химических соединений достаточно близки к оптимальной температуре перегонки этанола, они могут быть перенесены в конечный продукт. Сложные эфиры также могут образовываться позже в процессе старения, поскольку спирты со временем конденсируются с органическими кислотами.


Рис. 5. Это лишь некоторые из ароматических соединений, образующихся во время ферментации.

После периода брожения в течение примерно 3-4 дней большая часть сахаров превращается в спирт, в результате чего получается пиво, известное как винокуренное пиво (или брага).В отличие от знакомого нам пива, которое содержит остаточный сахар, в дистилляторе должно быть мало сахара, который не будет переноситься в дистиллят. На многих современных винокурнях содержание сахара, а также другие химические маркеры роста дрожжей и микробов контролируются с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), чтобы гарантировать здоровье и продуктивность ферментации.

Важным отличием производства пива от бурбона является содержание сухих веществ в ферментационном бульоне.При производстве пива твердые вещества удаляются перед ферментацией, в результате чего получается прозрачное сусло. В то время как ферментация бурбона осуществляется «на зерне», что означает, что твердые вещества остаются в ферментере. Это называется цельным затором, что отличает бурбон от шотландского и ирландского виски, которые производятся путем брожения прозрачного сусла, как в случае с пивом.

Перегонка

После завершения брожения пиво переливается в дистиллятор. Два основных класса перегонных аппаратов включают перегонные кубы, которые перегоняют одну относительно небольшую партию, и перегонные кубы для непрерывной перегонки.В этой статье основное внимание уделяется неподвижным столбцам, способным обеспечить более высокую пропускную способность (рис. 6).


Рисунок 6. Перегонные кубы, используемые в производстве бурбона, работают по тем же принципам, что и дистилляционные колонны, используемые для разделения в химической промышленности (CPI). Перегонные кубы изготовлены из меди, которая обладает антимикробными свойствами и вступает в реакцию с серой с образованием сульфата меди, эффективно удаляя серу из дистиллята и улучшая вкус.

Пиво из дистиллятора добавляется в верхнюю часть колонны, и снизу поднимается пар. Когда пиво из дистиллятора проходит через колонну через тарелки через сливные трубы, низкокипящие соединения, включая этанол, отделяются от смеси и поднимаются вместе с паром. Когда температура вверх по колонне снижается, фракция дистиллята, содержащая концентрированный спирт, обычно крепостью около 125, собирается и конденсируется в «низкое вино». Затем слабое вино поступает в удвоитель (или молоток), который представляет собой непрерывный котел, который все еще обычно нагревается с помощью паровых змеевиков. Дистиллят собирают приблизительно при 140 доказательствах.

В конце перегонки остается большой объем барды. Барда содержит остатки зерна, дрожжевые клетки, воду и другие продукты брожения, богатые белками и другими питательными веществами. Барду обычно отдают в качестве корма для крупного рогатого скота и другого домашнего скота. В Кентукки спрос на этот продукт несколько сезонный. Зимой, когда пастбища остаются под паром, спрос выше, чем летом, когда трава легкодоступна. Большой спиртзавод может производить миллионы галлонов барды в неделю. Например, завод Wilderness Trail Distillery производит около 90 000 галлонов барды в день. Завод недавно стал первым, кто применил инновационные технологии ультрафильтрации для снижения содержания влаги в барде. Этот процесс значительно уменьшает объем барды, которую необходимо транспортировать, и в то же время регенерирует воду, что приводит к экономии окружающей среды и экономики.

Баррель и старение

Хотя по закону дистиллят можно перегонять до крепости 160, он должен помещаться в новую обожженную дубовую бочку крепостью не выше 125.Поэтому дистиллят разбавляют перед поступлением в бочку. Например, винокурня Wilderness Trail Distillery выпускает большую часть своего бурбона и ржаного виски крепостью 110 или ниже. Прозрачный бесцветный дистиллят имеет только часть вкуса и не имеет коричневато-янтарного цвета готового бурбона. Бочка и процесс выдержки в значительной степени влияют на окончательный вкус, ощущение во рту и цвет. Процесс старения/созревания обычно занимает не менее четырех лет, в течение которых происходят химическая экстракция, химические реакции и потери при испарении.

Химическая экстракция. Древесина, используемая для изготовления бочек, часто выдерживается ( т. е. высушивается) в течение более двух лет перед изготовлением бочек, что помогает разрушать более крупные деревянные компоненты, делая их более легко извлекаемыми. Затем клепки поджаривают и обжигают для дальнейшего разрушения компонентов древесины. Каждый дистиллятор тщательно выбирает время выдержки и уровень обжаривания и обугливания для своего конкретного продукта.

Рикхаусы или стеллажи (рис. 7), где хранятся бочки из-под бурбона, обычно не имеют климат-контроля.Колебания сезонных температур заставляют виски в бочке расширяться и сжиматься, облегчая экстракцию. В летнюю жару бурбон расширяется и физически проникает в обугленное дерево или еще глубже в необугленное дерево бочки. Зимой жидкость сжимается. Эти колебания жизненно важны для изменения химического состава бурбона.


Рис. 7. На этих фотографиях показан внешний и внутренний вид каменного дома без контроля температуры. Колебания температуры заставляют бурбон расширяться и сжиматься в бочке.

Вода в спирте извлекает из древесины крупные химические соединения, многие из которых придают вкус бурбону (рис. 8). Например, древесная целлюлоза и гемицеллюлоза представляют собой полисахариды, которые могут расщепляться в процессе старения. Сахара, такие как глюкоза, фруктоза, ксилоза, галактоза и арабиноза, были обнаружены в бочках (2) . Танины, термин, знакомый любителям вина, также извлекаются из древесины во время выдержки.Эти соединения экстрагируются быстрее всего в первый год и отвечают за некоторые терпкость, горечь и ощущение во рту вин, выдержанных из бурбона и деревянных бочек. Древесный лигнин, присутствующий в слоях древесины под полукоксом, также разлагается во время старения на различные соединения, включая ванилин, ответственный за аромат ванили.


Рис. 8. Это лишь некоторые из соединений, образующихся в бурбоне во время выдержки в деревянных бочках.

Другие соединения можно обнаружить как в древесном, так и в угольном слоях.Например, дубовые лактоны летучи при температурах обжига, поэтому они могут как удаляться, так и образовываться при обжиге. Это соединение может встречаться в двух энантиомерных формах. Интересно, что цис-форма имеет древесно-землистый привкус, а транс-форма имеет легкий привкус сельдерея. В смеси двух форм, как и в бурбоне, можно отметить легкий привкус кокоса (3) . Другими соединениями, которые можно проследить до распада компонентов во время обугливания, являются фурфуролы, придающие карамельный, поджаренный и сладкий вкус, и циклотен, придающий свойства клена, карамели и лакрицы.Все эти дополнения меняют характер конечного продукта.

Бурбон

требуется для выдержки в новой бочке. Напротив, шотландский и ирландский виски могут выдерживаться в бывших в употреблении бочках — часто в бочках из-под виски из-под бурбона. Многие из упомянутых изменений указывают на необходимость нового ствола. По мере удаления соединений из ствола они не заменяются. Таким образом, повторное использование бочек приведет к более низкой концентрации этих компонентов и более низкому качеству бурбона. Для многих соединений скорость извлечения из ствола со временем замедляется.

Этерификация. Этерификация представляет собой важный набор химических реакций, происходящих при старении. Органические кислоты извлекаются из древесины и присутствуют в дистилляте. Со временем эти органические кислоты могут реагировать со спиртами из дистиллята с образованием сложных эфиров. Например, содержание этилацетата увеличивается со временем со 160 частей на миллион в дистилляте до 500 частей на миллион через шесть лет в бочке (4) .

В то время как этерификация со временем придает бурбону желаемый вкус, другие реакции удаляют менее желательные соединения.Среди субтрактивных изменений, происходящих при старении, интересным примером является диметилсульфид (ДМС). ДМС образуется во время ферментации, вероятно, из метионина в зернах. Это соединение имеет вкус консервированных томатов с порогом обнаружения для человека 10–150 частей на миллиард. Из-за своего сходства с водой он переносится в дистиллят. Когда-то считалось, что он теряется исключительно в результате испарения, но изотопный анализ показал, что он также окисляется с образованием диметилсульфоксида (ДМСО) (5) .Было продемонстрировано, что это преобразование связано с взаимодействием с дубовой бочкой (6) . ДМСО практически не имеет вкуса. Таким образом, химические реакции со временем удаляют нежелательный томатный привкус.

Другим интересным соединением серы, содержание которого уменьшается при старении, является тиоментон. Нередко содержание этого родственного вещества в дистилляте превышает его порог вкуса. При концентрациях выше 1,3 частей на миллион он имеет запах, похожий на кошачью мочу, а при низких концентрациях, 3 части на миллиард, имеет ягодный вкус (5). Выдержка снижает концентрацию тиоментона в бурбоне, улучшая общий вкус.

Испарение. Во время старения происходят некоторые потери на испарение. Поскольку молекулы воды намного меньше, чем молекулы спирта, большая часть воды уходит из ствола, увеличивая концентрацию спирта. Потери на испарение зависят от нескольких факторов, одним из наиболее важных является влажность. В Кентукки это составляет около 2–3% потерь в год.

Розлив и питье

После выдержки винокурня может смешивать несколько бочек вместе, чтобы поддерживать постоянный вкусовой профиль (мелкосерийный бурбон), или разливать из одной бочки (однобочковый бурбон).Бурбон должен быть разлит в бутылки крепостью не ниже 80. Во многих случаях вода добавляется для разбавления бурбона до желаемой крепости и достижения предпочтительного вкусового профиля. Бурбоны с пометкой «бутылка-в-бонде» разливаются в бутылки крепостью 100°. Некоторые винокурни и потребители предпочитают бурбон, разлитый в бутылки при крепости в бочках или бочках, обычно крепость выше 110.

Конечно, последний шаг в этом процессе — налить напиток. Ответ на вопрос, следует ли пить бурбон в чистом виде, с каплей воды или со льдом, вызывает большие споры.На самом деле, каждый из них поддерживается наукой. Всплеск теплой воды повышает температуру, выводя некоторые из наиболее летучих компонентов в свободное пространство над бурбоном, тем самым концентрируя их в аромате. Точно так же техника удерживания бурбона во рту, глотания, а затем дыхания нагревает бурбон, выводя летучие компоненты в носовую полость.

Концентрация воды в стакане и добавление льда могут привести к неожиданному последствию концентрации ароматических компонентов в свободном пространстве.В одном вычислительном исследовании изучалось распределение одного компонента, гваякола, в смеси этанол-вода. При концентрации этанола менее 45% этанол имеет тенденцию концентрироваться на границе раздела жидкость-воздух (7, 8) . Кроме того, гваякол концентрируется в мицеллах этанола. Таким образом, можно ожидать, что в слегка разбавленном бурбоне гваякол будет концентрироваться вблизи границы раздела жидкость-воздух и будет легче переходить в свободное пространство над бурбоном. Хотя это исследование было довольно ограниченным, разумно ожидать, что другие полугидрофобные конгенеры также будут разделяться на мицеллы этанола.

Как опыт, так и наука говорят нам, что то, как мы пробуем наш бурбон, влияет на вкус, как и все решения, принимаемые дистиллятором в процессе производства. Какие решения приведут к лучшему опыту, зависит от тех, кто впитывает этот молекулярный дух.

Цитированная литература

  1. Kentucky Distillers Association, «2 барреля на каждого жителя Кентукки — впервые в современную эпоху дистилляторы превысили 9 миллионов баррелей», https://kybourbon.com/2-barrels-for-every-kentuckian-distillers-top- 9 миллионов баррелей впервые в современную эпоху (2019 г.).
  2. Реазин, Г. Х., «Химические механизмы созревания виски», Американский журнал энологии и виноградарства, 32 (4), стр. 283–289 (1981).
  3. Koppenhoefer, B., et al., «Энантиомерные различия в запахе и газохроматографические свойства ароматизаторов и ароматизаторов», Perfumer & Flavorist, 19 (5), стр. 1–14 (1994).
  4. Макнамара, К., и др. , «Вкусовые компоненты виски.II Возрастные изменения высоколетучих фракций», Южноафриканский журнал энологии и виноградарства, 22 (2), стр. 75–81 (2001).
  5. Ли, К.-Ю. М., и др. , «Происхождение вкуса виски и пересмотренное колесо вкуса: обзор», Journal of the Institute of Brewing, 107 (5), стр. 287–313 (2012 г.).
  6. Масуда М. и К. Нисимура, «Изменения летучих соединений серы в виски во время выдержки», Journal of Food Science, 47 (1), стр.101–105 (1982).
  7. Карлссон, Б. К. Г. и Р. Фридман, «Разбавление виски — молекулярная перспектива», Scientific Reports, 7 (1), с. 6489 (2017).
  8. Карлссон, Б. К. Г. и Р. Фридман, «Авторская поправка: разбавление виски — молекулярная перспектива», Scientific Reports, 8 (1), с. 16448 (2018).

Физическая активность и упражнения: Стратегии преодоления слабости

https://doi.org/10.1016/j.redox.2020.101513Получить права и контент

Основные моменты

Внутренняя дееспособность близка к порогу инвалидности и низкий потенциал восстановления из-за низкого функционального резерва приводят к слабости.

Дряхлость является следствием сочетания нескольких нарушений физиологических механизмов, поражающих многие органы и системы.

Упражнения уменьшают связанные с возрастом окислительные повреждения и воспаления, а также улучшают функцию митохондрий.

Следует рассмотреть многокомпонентное вмешательство, чтобы воздействовать на различные аспекты физической функции у пожилых людей.

Упражнения следует назначать в зависимости от физического функционирования человека и адаптировать к последующей реакции.

Abstract

Дряхлость, являющаяся следствием взаимодействия процесса старения и некоторых хронических заболеваний, ухудшает функциональные результаты у пожилых людей и существенно повышает риск развития инвалидности и других неблагоприятных исходов.Дряхлость возникает в результате сочетания нескольких нарушений физиологических механизмов, поражающих многие органы и системы. И хотя слабость и саркопения связаны, это два разных состояния. Таким образом, стратегии сохранения или улучшения функционального состояния должны учитывать системную функцию в дополнение к тренировке мышц. Физическая активность/упражнения считаются одной из основных стратегий противодействия физическим нарушениям, связанным с дряхлостью, у пожилых людей. Упражнения уменьшают возрастные окислительные повреждения и хроническое воспаление, усиливают аутофагию и улучшают функцию митохондрий, профиль миокинов, сигнальный путь инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) и чувствительность к инсулину. Физические упражнения нацелены на сопротивление (сила и мощность), аэробные упражнения, баланс и гибкость. Каждый тип улучшает различные аспекты физического функционирования, хотя их можно комбинировать в зависимости от необходимости и назначать как многокомпонентное вмешательство. Следовательно, программы интервенционных упражнений следует назначать на основе физического функционирования человека и адаптировать к последующей реакции.

Ключевые слова

Frailty

ФИЗИНГИЯ

Физическая активность

Упражнение

Окислительное напряжение

Многокомпонентное вмешательство

Рекомендуемое сопоставление Статьи (0)

© 2020 Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Ссылающиеся статьи

Виски шотландский – обзор

Виск(э)й

Виски (шотландский) и виски (ирландский и другие формы продукта) – напиток, приготовленный путем ферментации экстрактов злаков , перегонка и созревание, как правило, в дубовых бочках. Основными используемыми злаками являются ячмень, пшеница, рожь и кукуруза (кукуруза). Ячменный солод используется как источник вкуса и ферментов, которые отвечают за превращение не только ячменного крахмала, но и добавок в ферментируемые сахара.Солод может быть «торфяным», т. е. ароматизированным дымом от сжигания торфа в печи (Russell, 2003).

Рожь довольно широко используется в Восточной Европе и иногда солодится. В США особенно широко используется кукуруза. Пшеница в значительной степени заменила кукурузу в шотландском зерновом виски, поскольку стоимость импорта зерна из Соединенных Штатов стала непомерно высокой, и она также используется в некоторых американских виски.

Солод, как и в случае с пивом, представляет собой пюре. Однако сусло из несоложеного зерна не отделяют от дробины, поскольку этого не требуют современные процессы непрерывной дистилляции.Ферментация и дистилляция затрагиваются со всеми присутствующими зерновыми материалами. В отличие от пивоварения, сусла не кипятят.

Начальная обработка при производстве зернового виски существенно отличается от обработки для солодового виски. Первым этапом производства является молотковая дробилка крупы. Злаки растирают с 2,5 частями воды, обычно при температуре 40–45 °C, с добавлением некоторого количества ячменного солода в качестве источника ферментов. Суспензию теперь перекачивают в варочный аппарат, в котором затор смешивают и вводят пар для достижения желатинизации хлопьев.Температуру поднимут до 130–150 °C и удержат в течение относительно короткого периода времени. Содержимое варочного аппарата теперь выгружается в сосуд мгновенного охлаждения. Результатом этого является высвобождение любого остаточного связанного крахмала из матрицы зерна. Температура быстро падает примерно до 70 °C. Суспензию смешивают с отдельной суспензией солода (10–15% от общей засыпи), которая может иметь температуру 40 °C, но, в качестве альтернативы, может иметь температуру конверсии крахмала (65–70 °C). Затем солодовые ферменты катализируют гидролиз солодового крахмала, а также крахмала из вареного зерна. Также могут быть добавлены пищевые ферменты, и в какой-то степени может использоваться необожженный солод в качестве источника ферментов. Затирание обычно длится до 30 мин. Все содержимое затора переносится в ферментер. Кипения нет, поэтому ферменты могут продолжать работать.

Были разработаны специальные штаммы дрожжей, особенно подходящие для производства виски. Гибриды появились из S. cerevisiae и Saccharomyces diastaticus , которые производят спектр ферментов, полностью способных гидролизовать крахмал до ферментируемого сахара.Таким образом, дистилляционные штаммы обеспечивают высокий выход спирта.

Ферментация в небольших масштабах может проводиться в закрытых деревянных бочках, но в более крупных масштабах она будет проводиться в емкостях из нержавеющей стали, известных как промывные баки. Температурный контроль во время ферментации практически не осуществляется, за исключением целевой начальной температуры, которая обычно может находиться в диапазоне 19–22 °C. Обычно ферментация завершается в течение 40–48 часов.

Перегонные кубы, используемые при производстве виски, бывают двух типов: периодического действия и непрерывного действия.Перегонные аппараты (или горшки) используют двойную или тройную дистилляцию и производят спирт с сильным ароматом. Непрерывные перегонные кубы производят более легкие ароматизированные спирты, которые в основном используются для купажирования.

Виски выдерживается в дубовых бочках. Хотя американский бурбон и ржаной виски заливают в новые дубовые бочки, шотландский, ирландский и канадский виски разливают в бочки, которые ранее использовались для бурбона или хереса. Бочки из-под бурбона, используемые для шотландского виски, должны быть хотя бы один раз заполнены бурбоном, и последний должен находиться в бочке не менее 4 лет.Выдержка виски в большинстве стран должна быть не менее 3 лет. В это время происходит значительная потеря алкоголя за счет испарения, называемая «долей ангела». При созревании происходит развитие мягкости и уменьшение резкости.

В Шотландии конечным продуктом может быть смесь виски с более чем 10 заводов по производству зерновых и до 100 заводов по производству солода. Для этого существует удивительное взаимодействие и сотрудничество между отдельными компаниями. Купаж намеренно усложняется, чтобы не было заметно отсутствие 1 или 2 сортов виски в каком-либо одном купаже.

Бурбон производится в основном из кукурузы с добавлением ржи и ячменя и выдерживается в обожженных бочках. Близким родственником является виски Теннесси (США), который производится с использованием процесса кислого затирания. Канадский виски (Канада) — светлый продукт из ржи и ржаного солода с добавлением кукурузы и ячменного солода. Кукурузный виски (США) производится из кукурузы и выдерживается в необожженных бочках. Ржаной виски (США) производится из ржи, смешанной с кукурузой и ячменем, и выдерживается в недавно обожженных дубовых бочках.

ART 208 Лекция 2 Примечания — ARTH 208 Лекция 2 Примечания:  Waterframe o Придумано в 1974 году  Паром

Arth 208 Лекция 2 Примечания:

 Водных помех

 Автомобильный двигатель

Ojames Watt 1780

унаследовал это изобретение

Все породило текстильную фабрику

oПостроен на краю канала

oКолесо, прикрепленное к машине

oЕсли вы работали на текстильной фабрике в Англии, вам никогда не разрешалось уходить

9

Создала совершенно другую промышленность

Архитектура машин – без безопасности, без ванной

Организована для водяного пара и энергии, без оглядки на людей

Хлопковая фабрика – всегда первый шаг к индустриализации

«Гонка вниз: означает, что как только заработная плата становится высокой, вы переходите на более высокую индустриализации: в основном к воде и воздуху

Манчестер

oЗа это время экспоненциально вырос

oЛюди, вырванные из своих земель из-за войны или нищеты, приезжают сюда на работу

oСтановит город рабочих

Спрос и предложение

oПридется работать до смерти

o«хлопковый голод» во время гражданской войны

Потому что 85% хлопка с юга Америки идет в Англию на эти

фабрики

oЛюди борются за выживание в этом городе

4 -14 часов в день, 6 дней в неделю, обычно до 10 лет

Фридрих Энглс

oНаписал книгу после переезда сюда

oИспользовал статистику для определения уровня смертности, потому что вода была настолько загрязнена

oОбнаружил, что смерть уровень здесь был намного выше, чем в сельской местности, а в бедных общинах

больше, чем в богатых общинах

o Написал «Положение рабочего класса» 900 09

.