СХЕМА ГЛИЦЕРИНОВОГО БРОЖЕНИЯ

Другим примером нарушения нормального метаболизма дрожжей, хотя и не нашедшем практического применения, является спиртовое брожение в щелочной среде. Нормальный процесс требует для своего протекания слабокислой среды (рН=4,0-5,0). При увеличении значения рН выше нормы происходит изменение нормального метаболизма дрожжевых клеток. Образующиеся из ПВК две молекулы ацетальдегида перестают восстанавливаться НАД∙Н и начинают диспропорционировать с образованием одной молекулы этанола и одной молекулы уксусной кислоты, которая, взаимодействуя со щелочью, возвращает величину рН к нормальному значению. Роль акцептора водородов в это время выполняют молекулы фосфодиоксиацетона (по аналогии с процессом глицеринового брожения).

С энергетической точки зрения глицериновое брожение и брожение в щелочной среде менее выгодны, по сравнению с процессом нормального спиртового брожения (1 молекула АТФ на 1 молекулу глюкозы). Однако эти метаболитические пути являются альтернативными, запасными вариантами гликолиза, позволяющими клеткам не только выжить в неблагоприятных условиях, но и нейтрализовать их.

Аэробные процессы

Все аэробные процессы окисления, протекающие в клетках, можно разделить на две группы:

а). Завершающиеся неполным окислением субстрата

б). Завершающиеся полным окислением (до СО₂ и Н₂О)

Наиболее распространенная схема полного окисления глюкозы и других углеводов включает в себя расщепление глюкозы до 2 молекул ПВК, их окислительное декарбоксилирование до 2 молекул ацетил-КоА и полное их окисление в цикле Кребса (цикле трикарбоновых кислот, ЦТК). Суммарно процесс можно представить следующим уравнением:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ à 6CO₂ + 6H₂O + 38 АТФ

По похожей схеме (через образование ацетил-КоА) протекает полное окисление органических кислот, углеводородов, глицерина, ряда аминокислот.

При неполном окислении процесс останавливается на стадии образования какого ни будь промежуточного соединения (чаще всего кислоты).

Для получения целевых продуктов в аэробных процессах используют два основных подхода:

а). Если целевой продукт является конечным продуктом неполного окисления, то стараются создать оптимальные условия для его максимального и быстрого накопления (подбор значений рН, температуры, концентрации питательных веществ, добавление активаторов ферментов, отвечающих за синтез продукта, отвод, удаление избыточных количеств продукта).

б). Если целевой продукт является промежуточным метаболитом (кислоты цикла Кребса), то в любой момент времени его концентрация в клетке ничтожно мала. Чтобы обеспечить его сверхсинтез и накопление проводят целенаправленное вмешательство в нормальный процесс метаболизма, заключающееся в избирательном блокировании (ингибировании) одной или нескольких последующих стадий превращения этого целевого продукта. При этом в клетках обязательно должны функционировать альтернативные механизмы ресинтеза некоторых, ключевых жизненно важных промежуточных метаболитов, например щавелевоуксусной кислоты для ЦТК. Часто, для уменьшения эффекта ретроингибирования, целевой продукт стараются вывести из клеток, например, за счет увеличения проницаемости клеточных оболочек или из культуральной жидкости (высаждение в осадок, удаление в виде газа).

Процессы с неполным окислением.

Классическими примерами таких процессов, нашедших применение в биотехнологии являются процессы получения уксусной, глюконовой и итаконовой кислот.

1.Получение уксусной кислоты и столового уксуса.

Микробиологический способ получения уксусной кислоты состоит в частичном окислении этанола до уксусной кислоты при участии бактерий штаммов Acetobacter и Gluconobacter иммобилизованных (закрепленных) на различных носителях (буковая стружка). Таким способом в настоящее время получаю только пищевой уксус.

Техническую уксусную кислоту получают химическим способом по реакции Кучерова или сухой перегонкой древесины.