Брожение

Практическое использование этилового спирта и молочной кислоты уходит корнями в незапамятную древность. Однако до начала XIX в. образование этих веществ не связывали с жизнедеятельностью микроорганизмов — дрожжей и бактерий.

Химическую природу спиртового брожения, или «ферментации» (лат. fermentum — бурление) доказал в 1810 г. французский физик Гей-Люссак (J. L. Gay-Lussac). В рамках господствовавшего представления, что сахар расщепляется на «меловую» кислоту и винный спирт, он приблизился к современному пониманию брожения как окислительно-восстановительной реакции.

В конце 1830-х годов Каньяр де Латур (С. Cagniard de Latour), Шванн (Т. Schwann) и Кютцинг (F. Т. Kiitzing) сообща установили, что спиртовое брожение представляет собой биологический процесс, вызванный «сахарными» грибами, или дрожжами рода Saccharomyces. Однако этот правильный вывод вызвал резкую критику со стороны химиков-органиков, сторонников «контактной» теории брожения — Берцелиуса (J. J. Berzelius), Велера (F. Wohler), Либиха (J. von Liebig) и Мичерлиха (E.Mitscherlich). Они рассматривали дрожжей как белковый «фермент», который катализирует превращение сахара в этанол, однако сам, подобно неорганическому катализатору, остается неизменным.

Луи Пастер был химик по образованию, и его научная карьера началась с открытия стереоизомерии. Однако он не интересовался химической стороной брожения, и рассматривал его только под физиологическим углом зрения. В 1850-х годах он основательно занялся изучением микроорганизмов, вызывающих накопление молочной и масляной кислот, а также этилового спирта. Его первым вкладом в микробиологию было доказательство биологической природы молочнокислого брожения. Он установил, что возбудители — это микроорганизмы, которые обходятся без воздуха и по морфологии отличаются от дрожжей (теперь их относят к бактериям, в частности к роду Lactobacillus).

В 1861 г. Пастер исследовал микробных возбудителей маслянокислого брожения (Clostridium butyricum). Полученные результаты позволили ему прийти к парадоксальному для того времени выводу, что жизнь возможна в отсутствии кислорода. Открытие анаэробиоза оказало огромное влияние на дальнейшее развитие микробиологии.

В 1858 г. Траубе (М. Traube) пришел к идее о том, что сахар сбраживается биологическим катализатором, или «энзимом» (франц. en zymotique — происходящий из бродила), который выделяют дрожжи. Однако прошло много лет, прежде чем в 1897 г. Бухнер (Е. Buchner, Нобелевская премия по химии, 1907 г.) получил бесклеточный препарат дрожжей, где сохранялась активность «зимазы» — ферментного комплекса, расщепляющего сахарозу до этилового спирта и диоксида углерода.

В 1905 г. Харден (A. Harden, Нобелевская премия по химии, 1929 г.) установил, что для спиртового брожения требуется неорганический фосфат. Вскоре после этого Эйлер-Хельпин (Н. von Euler-Chelpin, Нобелевская премия по химии, 1929 г.) определил молекулярную природу продуктов расщепления глюкозы и идентифицировал соответствующий коэнзим — НАД. С этого момента началась история энзимологии и связанной с ней прикладной науки, биотехнологии.