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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Théorie biologique de la fermentation. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes En 1680, un Hollandais Antoine Van Leeuwenhoek J'ai vu pour la première fois de la levure de bière dans mon microscope fait maison. Il les a décrites dans une lettre à la Royal Society et a donné un dessin montrant des cellules rondes en bourgeonnement formant des grappes. Ainsi commença l'étude de la morphologie des levures. Ces observations étaient bien en avance sur l'état de la science à l'époque. Ce n'est qu'en 1835 que parurent les rapports de Cañard de Latour en France, Schwann et Kützing en Allemagne, dans lesquels il était prouvé que les levures appartiennent à des organismes végétaux inférieurs qui ont un noyau, se multiplient par bourgeonnement sur des milieux nutritifs contenant du sucre, et provoquent fermentation. Cependant, cette direction biologique des recherches liées à l'élucidation des causes de la fermentation n'a pas reçu de reconnaissance universelle dans la première moitié du XIXe siècle. Au milieu du XIXe siècle, la théorie chimique de la fermentation était largement répandue. Par exemple, Stahl a fait valoir que les substances en décomposition peuvent transmettre cet état à une autre substance qui ne se désintègre pas actuellement. La décomposition s'accompagne de mouvement et la capacité de provoquer la putréfaction est associée au transfert de mouvement vers un corps au repos. Les enzymes sont également en mouvement et leur capacité à provoquer une fermentation est liée à la transmission du mouvement. D’éminents chimistes de l’époque, Liebig et Berzelius, développèrent ce point de vue. Berzelius n'a pas vu de différence fondamentale entre les différents types de fermentation et de putréfaction - ce sont toutes des étapes différentes du même processus. La fermentation n'est possible que si deux conditions sont remplies : le milieu doit contenir du gluten ou d'autres matières organiques azotées, et le liquide fermenté contenant du gluten doit être exposé à l'oxygène de l'air. Dans ce cas, un sédiment insoluble se forme au fond de la cuve, ce qui peut provoquer une nouvelle fermentation. Liebig associait tous les processus de fermentation à la décomposition et à la dégradation des substances organiques ; ces dernières, lorsqu'elles sont soumises à la décomposition, se transforment en enzymes et peuvent déjà provoquer la fermentation de substances non pourrissantes, comme le sucre. Lorsque les substances en décomposition entrent en contact avec le fermentescible, ce dernier se désagrège en particules. Liebig n'a pas nié que la levure soit nécessaire pour la fermentation du sucre, mais pas nécessairement des levures vivantes, car c'est la levure mourante et en décomposition qui provoque la fermentation, comme toute substance en décomposition. Tels sont, dans les termes les plus généraux, les fondements de la théorie chimique de la fermentation jusqu'à ce que le savant français Pasteur commence ses recherches sur la fermentation. Louis Pasteur (1822-1895) est né dans la ville française de Dole. Louis a grandi dans une grande famille amicale. Malgré une mauvaise santé et un manque de fonds, Pasteur réussit ses études, d'abord dans un collège à Arbois, puis à Besançon. Après avoir obtenu ici un baccalauréat, il entre en 1843 à l'École normale supérieure, qui forme des enseignants pour les lycées. Après avoir terminé ses études en 1847, Pasteur réussit les examens pour le titre de professeur agrégé de sciences physiques. Un an plus tard, il soutient sa thèse de doctorat. A cette époque, Pasteur n'avait pas encore 26 ans, mais il était déjà devenu célèbre grâce à ses recherches dans le domaine de la structure cristalline. Le jeune scientifique a donné une réponse à une question qui restait en suspens devant lui, malgré les efforts de nombreux scientifiques de premier plan. Il a découvert la raison de l'influence inégale d'un faisceau de lumière polarisée sur les cristaux de substances organiques. Cette découverte exceptionnelle a ensuite conduit à l’émergence de la stéréochimie, la science de la disposition spatiale des atomes dans les molécules. Toujours en 1848, Pasteur devient professeur agrégé de physique à Dijon. Trois mois plus tard, il prend un nouveau poste de professeur agrégé de chimie à Strasbourg. Pasteur prend une part active à la révolution de 1848 et s'engage même dans la Garde nationale. En 1854, Pasteur est nommé doyen de la nouvelle faculté de physique et de mathématiques de l'Université de Lille. Cette région de France était célèbre pour ses industries sucrières et de fermentation. Les propriétaires d'usines locales se sont tournés à plusieurs reprises vers Pasteur avec une demande d'aide pour rationaliser la production, l'améliorer, guidés par les dernières avancées de la science. Se familiarisant avec le travail des usines, Pasteur ne peut s'empêcher de conclure que les connaissances scientifiques modernes dans ce domaine sont plus que modestes, ce qui l'incite à se lancer dans l'étude des fermentations. Il a commencé à étudier cette question. Le résultat de ses recherches fut une monographie. Le premier mémoire publié portait sur la fermentation lactique. Elle a fait une forte impression dans le monde scientifique, car il s'agissait d'une nouvelle fermentation - toutes les recherches antérieures concernaient principalement la fermentation alcoolique. "Pasteur a mené toutes ses recherches sur les fermentations afin de savoir dans quelle mesure ses propres données expérimentales peuvent confirmer ou infirmer la théorie chimique des fermentations", écrit A.A. Imshenetsky dans son ouvrage sur le scientifique. "Les résultats de ses expériences peuvent être résumés comme suit. 1. L'air, contrairement à l'opinion des partisans de la théorie chimique de la fermentation, n'est pas nécessaire à la fermentation. La fermentation lactique se déroule sans accès d'air de la même manière que la fermentation alcoolique. Cela nous permet de donner une formule générale : « la fermentation, c'est la vie sans oxygène ». Pour étayer cette thèse, la découverte par Pasteur de la fermentation de l'acide butyrique, provoquée par des bactéries strictement anaérobies, qui non seulement n'ont pas besoin d'oxygène, mais que celui-ci agit sur elles comme un poison, a été d'une importance exceptionnelle. Avant cette découverte, on croyait que la vie sans oxygène était impossible, et ce n'est pas un hasard si Gay-Lussac associait la résistance à la pourriture des produits contenus dans les conserves d'Appert au manque d'oxygène dans les boîtes. La découverte de l'anaérobiose a rencontré de vives objections de la part de Brefeld et d'autres scientifiques, mais elle s'est avérée si convaincante qu'elle a été rapidement acceptée par tout le monde. 2. Chaque fermentation est causée par un agent pathogène spécifique. Pasteur a établi le premier que la fermentation lactique est associée au développement de microbes qui diffèrent par leur morphologie de la levure. L'acide butyrique se forme à la suite de l'activité vitale d'un type particulier de microbe. L'acide acétique et la fermentation alcoolique, ainsi que la fermentation de l'urée, ont leurs agents pathogènes. Il n'y a rien d'étonnant à ce que Pasteur, en se basant sur l'état actuel de la taxonomie des organismes végétaux inférieurs, n'ait pas toujours donné les noms corrects aux organismes qu'il a décrits. Ainsi, il a attribué les bactéries de l'acide butyrique aux représentants du monde animal, a désigné les bactéries de l'acide acétique comme Mycoderma, etc. Tout cela n'a pas changé la conclusion principale - diverses fermentations sont causées par divers microbes. 3. La fermentation est associée à la vie des microbes, à leur reproduction, et non à la mort et à la décomposition, comme le croyaient les partisans de la théorie chimique de la fermentation. Le poids des microbes pendant la fermentation augmente constamment et les substances fermentées par eux sont également utilisées par la levure pour construire leur corps. 4. Pour la fermentation, la présence de particules de substances protéiques (gluten) dans le milieu n'est pas nécessaire, ce qui, selon les adeptes de la théorie chimique, se met en mouvement et, en le transférant à d'autres particules, provoque ainsi une fermentation ou une décomposition. La fermentation du sucre avec formation d'alcool ou d'acide lactique peut se produire dans un milieu qui ne contient pas du tout de protéines, mais qui a un composé inorganique comme seule source d'azote, par exemple le sulfate d'ammonium. Les résultats des études expérimentales de Pasteur portèrent un coup décisif à la théorie de Liebig. Ses tenants ne pouvaient plus expliquer la fermentation par la transmission du mouvement des particules et l'associer à la mort, à la décomposition des substances putréfiantes. Mais déjà au tout début des années soixante, Berthelot exprimait directement l'idée qu'un point de vue biologique aussi limité ne devait pas satisfaire le physiologiste, et plus encore le chimiste. Sur la base de données thermochimiques, Berthelot a fait valoir que la fermentation et l'activité vitale des cellules de levure ne sont pas liées l'une à l'autre, car pour la synthèse de la substance vivante de la levure, il n'y a pas besoin d'un apport d'énergie de l'extérieur. Le développement de la biochimie et de l'enzymologie incite de plus en plus d'éminents scientifiques à revenir aux idées de Berthelot. Peu à peu, le nombre d'« enzymes solubles » découvertes, c'est-à-dire des enzymes, a augmenté et il est devenu possible de réaliser une hydrolyse acellulaire des di- et polysaccharides, une décomposition des protéines et divers processus d'oxydation. Tout cela a conduit au fait que K.A. Timiryazev, dans une conférence en 1895, a déclaré : « … Berthelot, polémique avec Pasteur, a souligné que la vision de la fermentation en tant que processus chimique sous-jacent au phénomène physiologique observé par Pasteur - que cette vision découle du cours historique inévitable du développement de toutes les sciences et, en particulier, de la physiologie, selon laquelle les phénomènes complexes sont réduits à des phénomènes simples et, par conséquent, physiologiques - à des phénomènes physiques et chimiques. Et, comme on le voit, l'histoire justifie déjà l'exactitude de cette référence à elle par Berthelot..." Il faut dire que Pasteur n'a jamais nié la participation des enzymes à la fermentation. Oui, ce serait illogique, puisque, étant chimiste, il ne pouvait imaginer la transformation d'une molécule en alcool sans un enchaînement de réactions chimiques qui se déroulent à l'intérieur de la cellule : "... j'ajouterai que cela a toujours été un mystère pour moi sur quelle base ils pensent que je serais embarrassé si la découverte des enzymes solubles dans la fermentation était faite, ou si la conversion du sucre en alcool était prouvée indépendamment de l'activité vitale de la cellule. Il ne fait aucun doute que l'étude de la fermentation acellulaire, les études avec du jus de levure et d'autres préparations ont apporté beaucoup de valeur. Ce sont eux qui ont permis d'établir ce schéma de fermentation, en particulier l'alcool, qui figurait dans tous les manuels et est aujourd'hui généralement reconnu. "Mais toutes ces études répondent à la question" comment "ce processus se produit", note A.A. Imshenetsky, "mais ne répondent pas à la question" pourquoi "ce fonctionnement harmonieux et extrêmement complexe des enzymes à l'intérieur de la cellule de levure est devenu possible et" pourquoi "Ceux ou d'autres processus de fermentation ont surgi.Ce n'est qu'un détail de l'idée principale que Pasteur a développée alors, et non un contraste entre la théorie chimique de la fermentation et la théorie biologique. Pasteur, pour la première fois, en tant que brillant biologiste, a donné une réponse exhaustive sur les causes des fermentations. Il a expliqué l'opportunité de ces processus et a montré qu'ils sont nécessaires à la vie des cellules, et s'ils n'étaient pas de nature adaptative, ils ne pourraient pas survenir dans la nature. Ceci est parfois oublié dans la recherche chimique. Pasteur a souligné l'importance énergétique des fermentations et montré qu'elles ont une signification écologique. Dans ses recherches, il souligne à plusieurs reprises le grand rôle joué par les produits de leur propre activité vitale des micro-organismes en fermentation dans la modification de l'environnement. En établissant qu'un type de microbe en déplace un autre avec les produits de sa propre activité vitale, Pasteur résout l'un des problèmes environnementaux les plus intéressants. Il convient de noter ici que, contrairement aux chercheurs allemands de son époque, il abandonna la recherche d'un milieu nutritif universel sur lequel tous les types de microbes pourraient se développer sans exception et fut le premier à utiliser des milieux basés sur l'écologie, c'est-à-dire les conditions pour l'existence de microbes. Par conséquent, nous avons le droit de considérer Pasteur également comme le fondateur de la jeune branche encore en développement de la microbiologie : l’écologie des micro-organismes. » Démêler les phénomènes de fermentation était d'une grande importance pratique non seulement pour la viticulture française, qui a subi d'énormes pertes dues aux "maladies du vin", mais a également joué un rôle exceptionnel dans le développement des sciences biologiques, la pratique de l'agriculture et de l'industrie. Une connaissance approfondie de la nature des fermentations permet de maîtriser leurs processus. Ceci est très important pour la boulangerie, la vinification et la fabrication de nombreuses substances alimentaires. Auteur : Samin D.K.
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