Тема 14. Лекция 10. Брожения Термин «брожение» был введен Луи Пастером. Он характеризовал брожения как жизнь без кислорода.
Бактерии, вызывающие брожение, относятся к факультативным или облигатным анаэробам. Факультативные анаэробы, в присутствии кислорода растут как аэробные гетеротрофы; в анаэробных же условиях их обмен переключается на брожение. Облигатные анаэробы не могут синтезировать компоненты дыхательной цепи. Некоторые микроорганизмы вообще не выносят кислорода в среде, они относятся к строгим анаэробам.
Для аэробных микроорганизмов характерно При взаимодействии с кислородом, то образуется 2 токсичных соединения: пероксид водорода (Н 2 О 2) и пероксидный радикал (О 2¯). Для разрушения этих соединений в клетках аэробных бактерий имеются ферменты: каталаза и пероксид-дисмутаза.
Клетки большинства анаэробных микроорганизмов лишены каталазы, но у них имеется пероксид-дисмутаза. В клетках строгих анаэробов отсутствуют оба этих фермента.
небольшая часть облигатно анаэробных эубактерий может быть отнесена к первичным анаэробам, основные черты метаболизма в результате обитания в анаэробных экологических нишах: - получение энергии в процессе брожения, - отсутствие электронно-транспортных цепей, - слабо развитые биохимические способности.
Большинство существующих облигатных анаэробов среди эубактерий имеют вторичное происхождение как следствие повторной апдаптации к анаэробным условиям, сопровождающейся изменениями деградационного характера: - потерей способности взаимодействовать с кислородом, - утратой некоторых компонентов переноса электронов, - большей зависимостью от готовых органических соединений среды обитания.
Существуют два процесса брожения, которые на первый взгляд тождественны дыханию клеток с использованием кислорода и нитрата: - восстановление углекислого газа до метана; - восстановление сульфатов до сульфидов. Как и процесс дыхания, зависящий от нитратов, эти процессы часто называют анаэробным дыханием
Восстановление углекислого газа и сульфатов протекает в клетках строгих анаэробов, Восстановление нитратов характерно для некоторых факультативных аэробов при отсутствии в среде кислорода. Бактерии, у которых дыхание осуществляется за счет нитратов, содержат истинную дыхательную цепь; у бактерий восстанавливающих сульфаты и углекислый газ, нет дыхательной цепи.
Брожение — это анаэробный окислительно-восстановительный процесс, в котором образование АТФ происходит путем субстратного фосфорилирования, сопряженного с окислением субстрата (окислительная ветвь метаболизма), тогда как перенос электронов на молекулу акцептора (восстановительная ветвь метаболизма), не сопряжен с запасанием энергии.
брожение протекает без участия молекулярного кислорода, все окислительно-восстановительные превращения субстрата происходят за счет его «внутренних» возможностей, в процессе брожения происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата, на окислительных этапах процесса высвобождается часть свободной энергии, заключенной в молекуле субстрата, и происходит ее запасание в молекулах АТФ
органические соединения, которые могут сбраживаться углеводы, спирты, органические кислоты аминокислоты, пурины, пиримидины. химическое вещество может быть подвергнуто сбраживанию, если оно содержит не полностью окисленные (или восстановленные) углеродные атомы. в результате одна часть продуктов брожения будет более восстановленной, другая — более окисленной по сравнению с субстратом.
Продукты брожений различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый, бутиловый, пропиловый), ацетон, а также СО 2 и Н 2. Обычно в процессе брожения образуется несколько продуктов. В зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, различают молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, пропионовокислое и другие виды брожений.
Примитивность процессов брожения из субстрата в результате его анаэробного преобразования извлекается лишь незначительная доля той химической энергии, которая в нем содержится. продукты, образующиеся в процессе брожения, все еще содержат в себе значительное количество энергии,
разница в энергетическом выходе процессов брожения и дыхания изменение уровней стандартной свободной энергии для процессов гомоферментативного молочнокислого брожения и дыхания при одинаковом исходном энергетическом субстрате (глюкоза):
Молочнокислое гомоферментативное брожение Основными энергетическими ресурсами для эубактерий, осуществляющих гомоферментативное молочнокислое брожение, служат моносахара (в первую очередь глюкоза), дисахара (мальтоза, лактоза).
Молочнокислое гомоферментативное брожение
Молочнокислое гомоферментативное брожение 3 типа химических превращений: - перестройка углеродного скелета исходного субстрата; - окислительно-восстановительные превращения; - образование АТФ. Энергетический выход процесса: образование 2 молекул АТФ на молекулу глюкозы (Если исходный субстрат — полисахарид, образуются 3 молекулы АТФ на 1 молекулу сброженной глюкозы. ) Энергетическая эффективность процесса, т. е. эффективность запасания выделяемой свободной энергии в молекулах АТФ, составляет примерно 40 %.
общий окислительновосстановительный баланс процесса Если оценить С 6 Н 12 О 6— 2 С 3 Н 6 О 3, можно увидеть, что суммарного изменения степени окисленности при этом не происходит. Если сравнить степень окисленности отдельных углеродных атомов глюкозы и молочной кислоты, получается другая картина. Это результат того, что процесс «замкнут на себя» , т. е. субстрат является и источником веществ — доноров электронов и источником веществ — их акцепторов. «Замкнутость» процесса приводит к ограничению его окислительных и энергетических возможностей.
судьба гомоферментативного молочнокислого брожения? оказалось выгодным использовать его в качестве первого подготовительного этапа по следующим причинам: 1) высокая энергетическая эффективность (не путать с энергетическим выходом процесса!); 2) простота механизмов получения энергии; 3) перестройка исходного субстрата в форму, метаболически удобную для последующих превращений
Бактерии, входящие в данную группу, морфологически различны. Это кокки, относящиеся к родам Streptococcus и Pediococcus, а также длинные или короткие палочки из рода Lactobacillus подразделяется на три подрода. Бактерии, включенные в два из них (Thermobacterium, Streptobacterium), также осуществляют гомоферментативное молочнокислое брожение. Все бактерии этой группы положительно окрашиваются по Граму, не образуют спор, неподвижны.
Гетероферментативное молочнокислое брожение 1 —фосфокетолаза
гетероферментативное молочнокислое брожение К бактериям, сбраживающим сахара с образованием молочной кислоты, СО 2, этанола и/или уксусной кислоты, относятся представители рода Leuconostoс и бактерии, объединенные в подрод Betabacterium рода Lactobacillus (L. fermentum, L. brevis). У них отсутствует ключевой фермент гликолитического пути — фруктозодифосфатальдолаза, и поэтому сбраживание субстратов они могут осуществлять только по окислительному пентозофосфатному пути. представители подрода Streptobacterium (L. casei, L. plantarum, L. xylosis) этого же рода сбраживают гексозы по гликолитическому пути, а пентозы по окислительному пентозофосфатному пути, осуществляя в первом случае гомоферментативное, а во втором — гетероферментативное молочнокислое брожение.
Где искать молочнокислых бактерий? Молочнокислые бактерии распространены там, где они могут обеспечить свои высокие потребности в питательных веществах и где имеются большие количества углеводов, переработка которых дает им необходимую для роста энергию. их много в молоке и молочных продуктах, на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков, в пищеварительном тракте и на слизистых оболочках животных и человека.
применение молочнокислым бактериям принадлежит главная роль в осуществлении ряда процессов при получении различных кисломолочных продуктов, в процессах соления и квашения овощей, силосования кормов. кефир – продукт совместной деятельности молочнокислых бактерий и дрожжей. национальные кисломолочные продукты: кумыс, йогурт и др. , для приготовления которых используют кобылье, верблюжье, овечье, козье молоко, а в качестве закваски – естественно возникшие и сохраняемые комплексы молочнокислых бактерий и дрожжей
применение молочнокислые бактерии играют большую роль в процессе приготовления сыров и сливочного масла. Первый этап приготовления сыров (створаживание белков молока) осуществляется молочнокислыми бактериями. скисание сливок, необходимое для получения сливочного масла вызывают бактерии рода Streptococcus. Помимо молочной кислоты некоторые из них образуют ацетоин и диацетил, придающие маслу характерный запах и вкус.
Бифидоброжение Путь брожения у Bifidobacterium bifidum. l-фосфокетолаза-1; 2 — трансальдолаза; 3 — транскетолаза; 4 — рибозо-5 -фосфэтизомераза; 5 — рибулозо-5 -фосфатэпимераза; б — фосфокетолаза-2. ПЭМ —путь Эмбдена-Мейергофа.
Бифидоброжение при брожении расщепление и окисление глюкозо-6 -фосфата приводит к образованию пирувата и ацетилфосфата: 2 С 6 → 2 С 3 + 3 С 2. диоксид углерода не образуется. вначале происходит изомеризация 2 молекул глюкозо-6 -фосфата в 2 молекулы фруктозо-6 -фосфата. далее одна молекула фруктозо-6 -фосфата при участии неорганического фосфора расщепляется на ацетилфосфат и эритрозо -4 -фосфат.
Бифидоброжение вторая молекула фруктозо-6 -фосфата вступает в трансальдолазную реакцию (с образованием шиффова основания или при участии иона металла) с эритрозо-4 фосфатом с образованием глицеральдегид -3 -фосфата и седогептулезо-7 -фосфата. следующая транскетолазная реакция между этими продуктами приводит к образованию ксилулозо-5 -фосфата и рибозо-5 -фосфата.
Бифидоброжение рибозо-5 -фосфат изомеризуется в рибулозо-5 -фосфат, который через реакцию эпимеризации при С 3 атоме превращается в ксилулозо-5 -фосфат. в заврешение 2 молекулы ксилулозо-5 фосфата при участии неорганического фосфата расщепляются на 2 молекулы ацетилфосфата и [2 молекулы глицеральдегид-3 -фосфата]→ окисляются с образованием 2 молекул пирувата.
Бифидоброжение для регенерации используемого в этой реакции НАД+ пируват восстанавливается до лактата лактатдегидрогеназой. суммарно процесс представлен: 2 глюкозы → 2 L-лактата + 2 ацетата + 5 Н+ ∆G○ = - 510 к. Дж/2 моль глюкозы (102 к. Дж/ моль АТФ)
Спиртовое брожение дальнейшие поиски на путях эволюции для решения донорно-акцепторной проблемы привели к формированию других метаболических возможностей. из ПВК в результате ее окислительного декарбоксилирования образуется ацетальдегид, который становиться конечным акцептором водорода.
Спиртовое брожение Сначала пируват с помощью пируватдекарбоксилазы, ключевого фермента спиртового брожения, декарбоксилируется до ацетальдегида и СО 2: СН 3—СО—СООН → СН 3—СОН + СО 2. Особенность реакции заключается в ее полной необратимости.
Спиртовое брожение Образовавшийся ацетальдегид восстанавливается до этанола с участием НАД+-зависимой алкогольдегидрогеназы: СН 3—СОН + НАД • Н 2 → СН 3—СН 2 ОН + НАД+. Донором водорода служат 3 -ФГА (как и в случае молочнокислого брожения).
Спиртовое брожение Процесс спиртового брожения суммарно можно выразить следующим уравнением: С 6 Н 12 О 6+2 ФН+2 АДФ→ 2 СН 3 -СН 2 ОН + 2 СО 2+ + 2 АТФ + 2 Н 2 О. С точки зрения энергетического выхода оба процесса (гомоферментативное молочнокислое и спиртовое брожение) одинаковы. В обоих случаях сбраживание 1 молекулы глюкозы приводит к образованию 2 молекул АТФ. Процессы различаются природой конечных акцепторов электронов.
Спиртовое брожение На спиртовом брожении, осуществляемом дрожжами, впервые были сделаны открытия, имеющие принципиальное значение. При изучении спиртового брожения Л. Пастер открыл, что в условиях свободного доступа кислорода воздуха процесс спиртового брожения ингибируется и активируется дыхание. Это явление получило название «эффекта Пастера» . «Эффект Пастера» есть результат определенного взаимодействия между различными энергетическими путями, существующими у дрожжей.
1 -я форма брожения по Нойбергу Брожение предполагает строгое равновесие процессов окисления и и восстановления. Поэтому НАДН+Н+, восстановленный на одном из этапов брожения, должен окисляться на другом. окисление НАДН+Н+ происходит одновременно с восстановлением ацетальдегида в этанол. суммарная реакция: глюкоза → 2 СО 2 + 2 С 2 Н 5 ОН
К. Нойберг обнаружил, что в зависимости от условий процесс спиртового брожения может идти с образованием продуктов, которые в норме не образуются. Если к дрожжам, сбраживающим глюкозу, добавить бисульфит, то основным продуктом брожения будет глицерин. бисульфит образует комплекс с ацетальдегидом, и последний не может больше функционировать как акцептор электронов
2 форма брожения по Нойбергу в таких условиях акцептором электронов (водорода) от НАДН+Н+ становится: Дигидрооксиацетон → глицерин-3 -фосфат → глицерин суммарная реакция соответствует уравнению: Глюкоза → глицерин + ацетальдегид (связанный) + СО 2
2 форма брожения по Нойбергу суммарное количество синтезированной АТФ при такой форме брожения равно нулю, такой процесс не может обеспечить рост клеток, его используют в промышленности для производства глицерина.
3 форма брожения по Нойбергу сходный вариант спиртового брожения наблюдается при выращивании дрожжей в щелочной среде. ацетальдегид окисляется НАД-зависимой дегидрогеназой в уксусную кислоту. образовавшийся НАДН+Н+ используется для восстановления эквивалентного количества ацетальдегида в этанол. одновременно НАДН+Н+ , получающийся при окислении 3 -фосфоглицеринового альдегида, используется для восстановления дигидроксиацетонфосфата.
3 форма брожения по Нойбергу 3 -фосфоглицериновый альдегид НАД дигидроксиацетонфосфат 3 -фосфогли→ цериновая НАДН+Н+ кислота НАДН+Н+ → НАД → ПВК глицерин 3 -фосфат → глицерин
3 форма брожения по Нойбергу Процесс брожения в щелочной среде можно представить в виде следующего уравнения: 2 С 6 Н 12 О 6 → 2 С 3 Н 8 О 3 + СН 3—СООН + глюкоза глицерин уксусная кислота + СН 3—СН 2 ОН + 2 СО 2 этиловый спирт
3 форма брожения по Нойбергу такой химизм процесса благоприятен для клеток, т. к. образующаяся уксусная кислота снижает р. Н среды, после чего вновь возобновляется спиртовое брожение и глицерин/ пировиноградное брожение тесно связаны. наряду со спиртом обнаруживаются вторичные продукты: уксусная, молочная, янтарная, пропионовая и другие кислоты, ацетон, диацетил
при сбраживании дрожжами сахаров обычно накапливается небольшое количество D-молочной кислоты. Исключение Sacch. veronae, синтезирующий L-молочную кислоту. побочные продукты при спиртовом брожении: сивушные масла – 3 метилбутанол-1, 2 -метилбутанол-1, изобутиленовый, н-бутиловый, нпропиловый, ароматические спирты; а также серусодержащие вещества – сероводород и сульфиты, в незначительном количестве меркаптаны.
Бактерии Sarcina ventriculi, Erwinia amylovora, Zymomonas mobilis дрожжи
гетеротрофная ассимиляция углекислоты третья возможность связана с синтетическим процессом – усложнением молекулы пирувата, в результате которого создается более окисленная молекула акцептора, способная принять больше электронов с восстановленных переносчиков. присоединение к пирувату углекислого газа приводит к формированию четырехуглеродного скелета.
гетеротрофная ассимиляция углекислоты впервые была обнаружена в 1936 году Х. Вудом и К. Веркманом при изучении сбраживания глицерина пропионовокислыми бактериями. Карбоксилирование пирувата, приводящее к образованию ЩУК, получило название реакции Вуда-Веркмана. такие реакции имеют место у всех гетеротрофных прокариот, в клетках всех эукариотных организмов.
Пропионовокислое брожение в пропионовокислом брожении происходит карбоксилирование пирувата, донором СО 2 группы служит метилмалонил. Со. А в результате чего образуются ЩУК и пропионил. Со. А. образование пропионовой кислоты из ПВК результат взаимосвязанного функционирования циклов: цикла переноса одноуглеродного фрагмента и цикла переноса Со. А.
Пропионовокислое брожение
Пропионовокислое брожение сложный процесс, поскольку наряду с пропионовой кислотой образуются уксусная, янтарная кислоты и углекислый газ
Пропионовокислое брожение кроме основных продуктов в разных количествах в культуральной жидкости пропионовых бактерий обнаружены молочная, муравьиная, изовалериановая кислоты, этиловый и пропиловый спирты, уксусный и пропионовый альдегиды, ацетоин, диацетил. теоретически пропионовокислое брожение должно приводить к образованию 4 АТФ при сбраживании 1, 5 молекул глюкозы. практически выход АТФ выше. Возможно, дополнительный источник АТФ - этап восстановления фумаровой кислоты до янтарной.
Пропионовокислые бактерии В эту группу, объединяемую в род Propionibacterium, входят грамположительные, неподвижные, не образующие спор палочковидные бактерии, размножающиеся бинарным делением. В зависимости от условий культивирования и цикла развития форма клетки может меняться до кокковидной, изогнутой или булавовидной. Типовой вид — P. freudenreichii
Пропионовокислые бактерии аэротолерантные анаэробы (наличие полностью сформированной ферментной системы защиты от токсических форм кислорода). получение энергии путем брожения, ПФпуть, реакции ЦТК, активное «флавиновое дыхание» , окислительное фосфорилирование, обнаружен «эффект Пастера» . в клетках обнаружены цитохромы.
Пропионовокислые бактерии местообитание – кишечный тракт жвачных животных, молоко, твердые сыры. используют для получения сыра, в биотехнологической промышленности в качестве продуцента витамина В 12.
Маслянокислое брожение превращение углеводов с образованием масляной кислоты СН 3 СН 2 СООН – известно давно. в первой половине XIX века ее получали в промышленном масштабе и использовали в виде эфиров в парфюмерной промышленности. в природе масляная кислота встречается в соединениях с глицерином, образуя с ним эфиры (глицериды), входящие в состав растительных и животных жиров.
маслянокислое брожение количество глицеридов масляной кислоты в сливочном масле достигает 6%. Расщеплением глицерида с появлением масляной кислоты в свободном состоянии объясняется прогоркание сливочного масла. в технике масляная кислота применяется в кондитерском и парфюмерном деле в виде эфиров (соединений со спиртами). Эти производные являются ценными ароматическими веществами, своим запахом в небольших концентрациях напоминают некоторые фрукты.
применение масляной кислоты метиловый эфир масляной кислоты – по запаху напоминает ранеты; этиловый – груши; амиловый – ананасы. в технике приготовления фруктовых вод и конфет применение их дает более ощутимый эффект, чем применение экстрактов из соответствующих фруктов. масляная кислота – летучая жидкость с неприятным запахом практического использования не имеет.
маслянокислое брожение природа маслянокислого брожения была установлена Пастером в 1861 году. возбудители брожения строго анаэробные споровые палочки рода Clostridium. все виды рода Clostridium объединены в группы в зависимости от их способности сбраживать органические соединения. 1 группа – сахаролитические виды, которые сбраживают растворимые углеводы, крахмал или пектин, с образованием масляной и уксусной кислот, СО и Н.
маслянокислое брожение типичные представители клостридиев, осуществляющие маслянокислое брожение, - C. butyricum, C. pasteurianum. превращение глюкозы до пирувата осуществляется по гликолитическому пути. разложение пирувата до ацетил. Со. А и СО 2 сопровождается образованием восстановленного ферродоксина. Реакция катализируется ферментом: пируват: ферродоксин-оксидоредуктазой – и является ключевой в маслянокислом. особенности реакции – участие белков, содержащих кислотолабильную серу и негемовое железо (Fе. S-белки).
Образующийся в реакции восстановленный Фд поставляет электроны для восстановления N 2, протонов (Н+), НАДФ+ последующее превращение ацетил-Со. А приводит к синтезу АТФ в реакции субстратного фосфорилирования путь, ведущий к синтезу масляной кислоты начинается с реакции конденсации двух молекул ацетил-Со. А с образованием ацетоацетил-Со. А, который восстанавливается в β-оксибутирил-Со. А. источником электронов в этой реакции и далее служат молекулы НАД·Н 2, образующиеся при окислении 3 ФГА в 1, 3 -ФГК
далее от 3 -оксибутирил-Со. А отщепляется молекула воды, что приводит к образованию соединения с двойной углеродной связью – кротонил. Со. А. масляная кислота образуется в реакции переноса Со. А с молекулы бутирил-Со. А на ацетат. эта реакция «выгодна» для клетки, т. к. не приводит к потере энергии, а образующийся ацетил-Со. А возвращается в метаболический поток и может быть использован для синтеза АТФ или же участвовать в синтезе масляной кислоты
Маслянокислое брожение
маслянокислое брожение Этот путь не связан с получением клеткой энергии, поскольку ни на одном из этапов не происходит образования АТФ. единственное назначение метаболических превращений ацетил-Со. А – акцептирование электронов, переносимых НАД+ в процессе гликолитического метаболизирования глюкозы: две молекулы НАД·Н 2 образуются на этапе гликолиза, и на двух этапах превращений ацетил-Со. А до масляной кислоты происходит потребление водорода с НАД·Н 2
в связи с этим особо важное значение приобретает превращение ацетил-Со. А, ведущее к синтезу ацетата, поскольку именно с этим путем связано дополнительное получение клостридиями энергии в процессе маслянокислого брожения. последние две реакции аналогичны таковым при образовании уксусной кислоты в пропионовокислом брожении
гидрогеназы клостридиев основная функция – избавление от избытка образующихся в катаболических реакциях восстановительных эквивалентов (электронов), которые переносятся на Н+ и удаляются из клетки в виде молекулярного водорода. вероятно, гидрогеназы возникли в результате усложнения структуры ферродоксинов.
маслянокислое брожение выведение уравнения маслянокислого брожения и определение его энергетического выхода затруднительно из-за лабильности процесса, состоящего из двух основных ответвлений: окислительного – ведущего к образованию ацетата и АТФ; восстановительного – функция которого: акцептирование водорода, образовавшегося в процессе гликолиза. количественное соотношение между обоими процессами зависит от многих внешних факторов (состав среды, стадия роста и др. )
маслянокислое брожение в целом на 1 моль сбраживаемой глюкозы образуется 3, 3 моля АТФ. это наиболее высокий энергетический выход брожения из всех рассмотренных типов брожения. некоторые клостридии (C. acetobutyricum, C. bejerinckii, C. cellobioparum и др. ) при сбраживании сахаров наряду с кислотами накапливают в среде нейтральные продукты – бутиловый, изопропиловый, этиловый спирты и ацетон.
ацетоно-бутиловое брожение Особенно много нейтральных продуктов образуется культурой C. acetobutyricum, что дало основание выделить как вариант маслянокислого брожения ацетоно-бутиловое. у клостридий, осуществляющих ацетоно -бутиловое брожение, образование масляной кислоты происходит на первом этапе брожения. по мере подкисления среды (р. Н ниже 5) и повышения концентрации жирных кислот индуцируется синтез ферментов, приводящих к накоплению нейтральных продуктов – бутанола и ацетона.
образование н-бутанола н-бутанол образуется из бутирил-Со. А, предшественника масляной кислоты, в результате 2 -х последовательных реакций. 1 – отщепление Со. А и одновременное гидрирование, приводящее к образованию масляного альдегида. 2 – последующее его восстановление с помощью НАД·Н 2 приводит к появлению н-бутанола.
образование ацетона и этанола образование ацетона начинается с переноса от ацетоацетил-Со. А кофермента А на ацетат. декарбоксилирование ацетоуксусной кислоты приводит к образованию ацетона. образование этанола происходит в результате двухступенчатого восстановления ацетил-Со. А.
физиологический смысл дополнительных ферментативных реакций накопление в среде н-бутанола, этанола, ацетона – это механизм борьбы с нарастающей кислотностью, который свидетельствует об активном противодействии бактерий неблагоприятным условиям. изучение физиологии группы клостридиев, осуществляющих ацетонобутиловое брожение, привело к открытию Шапошниковым явления двухфазности процесса.
в основе явления двухфазности лежит тесная связь между конструктивными и энергетическими процессами: вначале, когда имеет место активный рост культуры, сопровождающийся интенсивными биосинтетическими процессами, происходит значительный отток образующегося при брожении восстановителя для конструктивных целей. это сопровождается преобладающим синтезом более окисленных конечных продуктов брожения (1 фаза).
явление двухфазности при затухании роста и переходе культуры в стационарное состояние уменьшается потребность в восстановителе для конструктивных целей. это приводит к большему его использованию в энергетических процессах и образованию более восстановленных конечных продуктов брожения (II фаза). масштабы конструктивного метаболизма определяют характер и направление энергетического метаболизма.
ацетоно-бутиловые бактерии очень совершенные формы прокариот, способные регулировать р. Н среды и поддерживать его на благоприятном уровне. если вести брожение с добавлением мела, то среда не подкисляется, накапливаются не свободные кислоты, а соли. при этом ферментный механизм образования нейтральных продуктов отсутствует, спирты и ацетон не образуются.
применение ацетоно-бутиловое брожение используют в промышленном производстве ацетона и бутилового спирта из кукурузной муки и др. крахмалосодержащего сырья. ацетон применяют для производства искусственного шелка и кожи, фотопленок, искусственного цемента и др. продуктов. бутиловый спирт используют в производстве лаков. газы идут на синтез метилового спирта.
муравьинокислое (смешанное, бутандиоловое) брожение микроорганизмы, образующие при брожении кислоты, объединяют в одну физиологическую группу на том основании, что характерным, хотя и не главным продуктом брожения, является муравьиная кислота. некоторые типичные представители этой группы обитают в кишечнике, все семейство носит название Enterobacteriaceae. это факультативные анаэробы, Г+ и Г-, подвижные неспорообразующие палочки.
муравьинокислое (смешанное, бутандиоловое) брожение при брожении образуется большое число различных соединений с преобладанием органических кислот: уксусная, муравьиная, янтарная и молочная, а также этанол, глицерол, ацетоин, 2, 3 -бутандиол, углекислый газ и молекулярный водород. гексозы расщепляются в основном по фруктозобисфосфатному пути и только в незначительной степени по – пентозофосфатному. разложение глюконата идет по КДФГпути
различают 2 типа процессов (по типу продуктов, образующихся при брожении) - при брожении, характерном для Escherichia coli, образуются главным образом кислоты и совсем не образуется бутандиол. - при брожении, характерном для Enterobacter, основной продукт – бутандиол, кислоты занимают второе место. типы брожения различают по реакциям, связанным с превращениями пирувата.
особенности брожения, осуществляемого Escherichia coli 1. расщепление пирувата с образованием ацетил-Со. А и формиата. 2. разложение формиата на СО 2 и Н 2 (формиат: гидроген-лиаза). 3. восстановление ацетил-Со. А до этанола (нет пируватдекарбоксилазы). 4. отсутствие способности образовывать из ПВК ацетоин и 2, 3 -бутандиол. превращение ПВК в ацетил-Со. А и формиат происходит только в анаэробных условиях, его катализирует пируват: формиат-лиаза
особенности брожения, осуществляемого Escherichia coli лактат получается в результате восстановления ПВК. сукцинат является продуктом «фумаратного дыхания» , при котором происходит фосфорилирование, сопряженное с транспортом электронов.
особенности брожения, осуществляемого Enterobacter aerogenes - ацетоин образуется через 2 -ацетиллактат, который синтезируется из 2 -х молекул ПВК, фермент - ацетиллактатсинтаза. от 2 -ацетиллактата отщепляется СО 2 с образованием ацетоина, фермент - 2 ацетиллактатдекарбоксилаза. образование бутандиола конкурирует за промежуточный продукт – ПВК, подавляя синтез кислот. образование бутандиола связано с освобождением СО 2. 2, 3 -бутандиол образуется при восстановлении ацетоина бутандиолдегидрогеназой
Скачать презентацию Тема 14 Лекция 10 Брожения Термин брожение был
тема_14 лекция_13 Брожения.ppt