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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Teoria biológica da fermentação. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Em 1680, um holandês Anthony Van Leeuwenhoek Vi pela primeira vez a levedura de cerveja no meu microscópio caseiro. Ele os descreveu em uma carta para a Royal Society e deu um desenho mostrando células redondas formando aglomerados. Assim começou o estudo da morfologia das leveduras. Essas observações estavam muito à frente do estado da ciência na época. Somente em 1835 surgiram os relatórios de Cañard de Latour na França, Schwann e Kützing na Alemanha, nos quais se provou que as leveduras pertencem a organismos vegetais inferiores que possuem um núcleo, multiplicam-se por brotamento em meios nutrientes contendo açúcar e causam fermentação. No entanto, essa direção biológica nas pesquisas relacionadas à elucidação das causas da fermentação não recebeu reconhecimento universal na primeira metade do século XIX. Em meados do século XIX, a teoria química da fermentação era difundida. Por exemplo, Stahl argumentou que substâncias em decomposição podem transmitir esse estado para outra substância que não está em decomposição no momento. A decomposição é acompanhada de movimento, e a capacidade de causar putrefação está associada à transferência de movimento para um corpo em repouso. As enzimas também estão em movimento, e sua capacidade de causar fermentação está relacionada à transmissão do movimento. Os proeminentes químicos da época, Liebig e Berzelius, desenvolveram esse ponto de vista. Berzelius não viu uma diferença fundamental entre diferentes tipos de fermentação e putrefação - todos esses são estágios diferentes do mesmo processo. A fermentação só é possível sob duas condições: o meio deve conter glúten ou outra matéria orgânica nitrogenada e o líquido fermentado contendo glúten deve ser exposto ao oxigênio atmosférico. Nesse caso, forma-se um precipitado insolúvel no fundo do recipiente, capaz de provocar uma nova fermentação. Liebig associou todos os processos de fermentação à decomposição e decomposição de substâncias orgânicas, estas últimas, em decomposição, tornam-se enzimas e já podem causar fermentação de substâncias que não apodrecem, como o açúcar. Quando as substâncias em decomposição entram em contato com o fermentável, este se desintegra em partículas. Liebig não negou que o fermento seja necessário para a fermentação do açúcar, mas não necessariamente os vivos, pois é o fermento moribundo e em decomposição que causa a fermentação, como qualquer substância em decomposição. Tais, em termos mais gerais, são os fundamentos da teoria química da fermentação até que o cientista francês Pasteur iniciou suas pesquisas sobre fermentação. Louis Pasteur (1822-1895) nasceu na cidade francesa de Dole. Louis cresceu em uma grande família amigável. Apesar de problemas de saúde e falta de fundos, Pasteur completou seus estudos com sucesso, primeiro em uma faculdade em Arbois e depois em Besançon. Depois de se formar aqui com um diploma de bacharel, em 1843 ingressou na Escola Normal Superior, que forma professores para escolas secundárias. Depois de se formar na escola em 1847, Pasteur passou nos exames para o título de professor assistente de ciências físicas. E um ano depois ele defendeu sua tese de doutorado. Então Pasteur ainda não tinha 26 anos, mas já havia ganhado fama por suas pesquisas no campo da estrutura cristalina. O jovem cientista deu uma resposta a uma questão que permaneceu sem solução antes dele, apesar dos esforços de muitos cientistas importantes. Ele descobriu a razão da influência desigual de um feixe de luz polarizada sobre os cristais de substâncias orgânicas. Esta notável descoberta mais tarde levou ao surgimento da estereoquímica - a ciência do arranjo espacial dos átomos nas moléculas. Também em 1848, Pasteur tornou-se professor associado de física em Dijon. Três meses depois, ele assume um novo cargo como professor associado de química em Estrasburgo. Pasteur participou ativamente da revolução de 1848 e até se juntou à Guarda Nacional. Em 1854, Pasteur foi nomeado reitor da recém-organizada Faculdade de Física e Matemática da Universidade de Lille. Esta região da França era famosa por suas indústrias de açúcar e fermentação. Os proprietários de fábricas locais recorreram repetidamente a Pasteur com um pedido para ajudar a racionalizar a produção, melhorá-la, guiados pelas últimas conquistas da ciência. Conhecendo o trabalho das fábricas, Pasteur não pôde deixar de chegar à conclusão de que o conhecimento científico moderno nessa área era mais do que modesto, e isso o levou a começar a estudar as fermentações. Ele começou a estudar esta questão. O resultado de sua pesquisa foi uma monografia. O primeiro livro de memórias publicado foi dedicado à fermentação do ácido láctico. Causou uma impressão particularmente grande no mundo científico, pois era uma nova fermentação - todas as pesquisas anteriores tratavam predominantemente da fermentação alcoólica. “Pasteur conduziu todas as suas pesquisas sobre fermentações para descobrir até que ponto seus próprios dados experimentais podem confirmar ou refutar a teoria química das fermentações”, escreve A.A. Imshenetsky em seu trabalho sobre o cientista. “Os resultados de seus experimentos podem ser resumidos do seguinte modo. 1. Para a ocorrência da fermentação, o ar, ao contrário da opinião dos defensores da teoria química da fermentação, não é necessário. A fermentação do ácido lático ocorre sem acesso ao ar da mesma forma que o álcool. Isso nos permite dar a fórmula geral "fermentação é vida sem oxigênio". Para fundamentar essa tese, foi de excepcional importância a descoberta por Pasteur da fermentação butírica, causada por bactérias estritamente anaeróbias, que não só não precisam de oxigênio, como este age sobre elas como um veneno. Antes dessa descoberta, acreditava-se que a vida sem oxigênio era impossível, e não foi por acaso que Gay-Lussac associou a resistência dos produtos da comida enlatada de Apper à decomposição com a ausência de oxigênio nas latas. A descoberta da anaerobiose encontrou fortes objeções de Brefeld e outros cientistas, mas acabou sendo tão convincente que logo foi reconhecida por todos. 2. Cada fermentação é causada por um patógeno específico. Pasteur estabeleceu pela primeira vez que a fermentação do ácido lático está associada ao desenvolvimento de micróbios que diferem em sua morfologia da levedura. O ácido butírico é formado como resultado da atividade vital de um tipo especial de micróbio. O ácido acético e a fermentação alcoólica, assim como a fermentação da uréia, possuem seus patógenos. Não há nada de surpreendente no fato de Pasteur, baseado no estado atual da taxonomia dos organismos vegetais inferiores, nem sempre ter dado os nomes corretos aos organismos que descreveu. Assim, ele atribuiu as bactérias do ácido butírico a representantes do mundo animal, designou as bactérias do ácido acético como Mycoderma, etc. Tudo isso não mudou a conclusão principal - várias fermentações são causadas por vários micróbios. 3. A fermentação está associada à vida dos micróbios, à sua reprodução, e não à morte e decomposição, como acreditavam os defensores da teoria química da fermentação. O peso dos micróbios durante a fermentação aumenta constantemente e as substâncias fermentadas por eles também são usadas pela levedura para construir seu corpo. 4. Para a fermentação, não é necessária a presença de partículas de substâncias proteicas (glúten) no meio, que, de acordo com os adeptos da teoria química, acionam e, transferindo-as para outras partículas, causam fermentação ou decomposição . A fermentação do açúcar com a formação de álcool ou ácido lático pode ocorrer em um meio que não contém nenhuma proteína, mas tem um composto inorgânico como única fonte de nitrogênio, por exemplo, sulfato de amônio. Os resultados dos estudos experimentais de Pasteur deram um golpe decisivo na teoria de Liebig. Seus adeptos não podiam mais explicar a fermentação pela transmissão do movimento das partículas e associá-la à morte, à decomposição de substâncias em putrefação. Mas já no início dos anos sessenta, Berthelot expressou diretamente a ideia de que um ponto de vista biológico tão limitado não deveria satisfazer o fisiologista, e ainda mais o químico. Com base em dados termoquímicos, Berthelot argumentou que a fermentação e a atividade vital das células de levedura não estão relacionadas entre si, pois para a síntese da substância viva da levedura não há necessidade de um influxo de energia do exterior. O desenvolvimento da bioquímica e da fermentologia levou cada vez mais cientistas proeminentes a retornar às ideias de Berthelot. Gradualmente, o número de "enzimas solúveis" descobertas, ou seja, enzimas, aumentou e tornou-se possível realizar hidrólise livre de células de di- e polissacarídeos, decomposição de proteínas e vários processos oxidativos. Tudo isso levou ao fato de que K.A. Timiryazev em uma palestra em 1895 declarou: "... Berthelot, discutindo com Pasteur, apontou que a visão da fermentação como um processo químico subjacente ao fenômeno fisiológico observado por Pasteur - que essa visão decorre do inevitável curso histórico de desenvolvimento de todos os ciências e, em particular, fisiologia, segundo a qual fenômenos complexos são reduzidos a simples e, consequentemente, fisiológicos - a físicos e químicos. E, como vemos, a história já justifica a correção dessa referência a ela por Berthelot. . " Deve-se dizer que Pasteur nunca negou a participação das enzimas na fermentação. Sim, seria ilógico, pois, sendo químico, não poderia imaginar a transformação de uma molécula em álcool sem uma cadeia de reações químicas que ocorrem dentro da célula: "... Acrescento que sempre foi um mistério para mim em que base eles pensam que seria embaraçoso para mim se a descoberta de enzimas solúveis na fermentação fosse feita, ou se a conversão de açúcar em álcool fosse comprovada independentemente da atividade vital da célula. Não há dúvida de que o estudo da fermentação sem células, estudos com suco de levedura e outras preparações renderam muito valor. Foram eles que permitiram estabelecer aquele esquema de fermentação, em particular do álcool, que constava de todos os manuais e hoje é amplamente reconhecido. “Mas todos esses estudos respondem à pergunta “como” esse processo ocorre”, observa A.A. Imshenetsky, “mas não respondem à pergunta “por que” esse funcionamento harmonioso e extremamente complexo das enzimas dentro da célula de levedura se tornou possível e “por que” ou surgiram outros processos de fermentação, o que é apenas um detalhamento da ideia principal que Pasteur desenvolveu então, e não um contraste entre a teoria química da fermentação e a biológica. Pasteur, pela primeira vez, como um biólogo brilhante, deu uma resposta exaustiva sobre o motivo pelo qual as fermentações surgiram. Ele explicou a conveniência desses processos e mostrou que eles são necessários para a vida das células e, se não fossem de natureza adaptativa, não poderiam surgir na natureza. Isso às vezes é esquecido na pesquisa química. Pasteur destacou o significado energético das fermentações e mostrou que elas têm um significado ecológico. Em seus estudos, ele repetidamente observa o grande papel desempenhado pelos produtos de sua própria atividade vital de fermentação de microorganismos na mudança do ambiente. Estabelecendo que um tipo de micróbio desloca outro pelos produtos de sua própria atividade vital, Pasteur resolve um dos problemas ecológicos mais interessantes. Também deve ser notado aqui que, ao contrário dos pesquisadores alemães contemporâneos, ele abandonou a busca por um meio nutriente universal no qual todos os tipos de micróbios pudessem crescer sem exceção, e pela primeira vez aplicou o meio com base na ecologia, ou seja, as condições para a existência de micróbios. Portanto, temos o direito de considerar Pasteur também o fundador do jovem ramo da microbiologia ainda em desenvolvimento - a ecologia de microorganismos. Desvendar os fenômenos da fermentação foi de grande importância prática não apenas para a vinificação francesa, que sofreu enormes perdas com as "doenças do vinho", mas também desempenhou um papel excepcional no desenvolvimento da ciência biológica, na prática da agricultura e da indústria. O profundo conhecimento da natureza das fermentações permite controlar seus processos. Isso é muito importante para panificação, vinificação e fabricação de muitas substâncias alimentares. Autor: Samin D. K.
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