3. Метаболізм гліцерину в дріжджах Saccharomyces cerevisiae

Як було описано вище, гліцерин може бути продукований як мікробною ферментацією з нафтової сировини або відновлений як побічний продукт виробництва мила. Як правило, гліцерол виробляється як побічний продукт гідролізу жирів у милі та інших споріднених матеріалів і таким чином цей процес вносить суттєвий вклад в теперішню світову продукцію гліцеролу, що складає 600 000 тонн на рік. Цей процес набуває все меншого значення у промислово розвинених країнах та країнах, що розвиваються, оскільки був замінений детергентами. На сьогоднішній день, приблизно 25% світової продукції гліцеролу здійснюється за рахунок окиснення та хлорування пропілену з утворенням гліцеролу, але цей метод також устарів ще у 1970х роках частково через екологічні проблеми. Як наслідок, оскільки вартість пропілену зросла та знизилася його доступність, особливо у країнах, що рохвиваються, продукція гліцеролу шляхом ферментації мікроорганізмами стала більш зручною і вигідною як альтернативний метод добування гліцерину.

Гліцерол вироблявся шляхом ферментації у світових масштабах сульфітно-керованими процесами в дріжджах протягом Першої світової війни, коли попит на гліцерин для виготовлення вибухових речовин перевищив пропозицію миловарної промисловості. Однак, технологія протягом воєнного часу ніколи не могла адаптуватися до конкуренції на ринку, що характерна для мирного часу, тобто з виготовленням гліцерину шляхом хімічного синтезу, який розвинувся після Другої світової війни, оскільки вихід гліцеролу під час ферментації цукрів був низьким та відновлення його шляхом перегонки було неефективним.

З 1858 року роботами Луї Пастера було досліджено продукцію гліцеролу шляхом ферментації дріжджів Saccharomyces cerevisiae, при якій гліцерол є побічним продуктом перетворення цукрів до етанолу в окисно-нейтральному процесі.

3.1. Синтез гліцерину через гліцерин-3-фосфат

Гліцерин синтезується в цитозолі дріжджів S. cerevisiae з гліколітичного інтермедіату дигідроксиацетон фосфату у два кроки, які каталізуються гліцерол-3-фасфат дегідрогеназою (Gpd) та гліцерол-3-фосфатазою (Gpp). Кожен фермент має свої ізоферменти: осмотично індукований Gpd1p, конститутивний Gpd2p [3], осмотично індукований Gpp1p та конститутивний Gpp2p. Гени GPD1 і/або GPD2 , що кодують гліцерин-3-фосфат дегідрогеназу були клоновані та секвеновані з S. cerevisiae [17], Saccharomyces diastaticus [30], Schizosaccharomyces pombe [24], Candida glycerinogenes [31] та Zygosaccharomyces rouxii [15,29]. Всі ці дані, разом з даними по активності гліцерол-3-фосфат дегідрогенази у Debaryomyces hansenii [22] вказують на те, що процес синтез гліцеролу через гліцерол-3-фосфат є спільним для всіх дріжджів. З двох ферментів, Gdp1p є ключовим в утворенні гліцерину у S. cerevisiae. Гліцерол-3-фосфат та дигідроксиацетон фосфат також є важливими метаболічними інтермедіатами при синтезі інших сполук, окрім гліцеролу. Наприклад, ці сполуки можуть слугувати як попередники синтезу фосфоліпідів та гліцероліпідів [27] та дигідроксиацетон фосфат є також попередником синтезу амінокислот.

Рис 5. Біохімічні шляхи метаболізму гліцерину в дріжджах:

ACS	ацетил-коА-синтетаза
ADH	алкогольдегідрогеназа
ALD	альдегіддегідрогеназа
DAK	дигідроксиацетонкіназа
FBA	фруктозо-бісфосфат альдолаза
FBP	фруктозо-бісфосфатаза
FPS	посередник гліцеролу
GCY	гліцеродегідрогеназа
GLK	глюкокіназа
GND	6-фосфоглюконат дегідрогеназа
GPD	цитоплазмачтична гліцерол-3-фосфат дегідрогеназа;
GPP	гліцерол-3-фосфатаза
GUP	білок поглинання гліцерину
GUT1	гліцеролкіназа
GUT2	мітохондріальна гліцерол-3-фосфат дегідрогеназа
HXK	гексокіназа
HXT	гексозотрансфераза
PDC	піруватдекарбоксилаза
PDH	піруватдегідрогеназа
PFK	фруктозо-6-фосфат кіназа
PGI	глюкозо-6-фосфат ізомераза
PGL	6-фосфоглюконолактоназа
PYK	піруваткіназа
TAL	транскетолаза
TKT	трансальдолаза
TDH	гліцеральдегід-3-фосфат дегідрогеназа
TPI	тріозофосфат ізомераза
ZWF	глюкозо-6-фосфат дегідрогеназа
Ac.Coa	ацетил-коА
Ac.Carn	ацетилкарнітин
DHA	дигідроксиацетон
DHAP	дигідроксиацетонфосфат
E-4-P	еритрозо-4-фосфат
F-6-P	фруктозо-6-фосфат
F-1,6-BP	фруктозо-1,6-бісфосфат
GAP	гліцеральдегід-3-фосфат
Gly-3-P	гліцерол-3-фосфат
G-6-P	глюкозо-6-фосфат
PEP	фосфоенолпіруват
R-5-P	рибулозо-5-фосфат
RI-5-P	рибозо-5-фосфат
SH-7-P	седогептулозо-7-фосфат
TCA	цикл трикарбонових кислот
XI-5-P	ксилулозо-5-фосфат

Блоки на схемі вказують на білки, активність яких регулюється осмотичним стресом.