3.2 Розпад гліцерину в дріжджах

3.2.1.Розпад гліцерину через гліцерин-3-фосфат

В клітинах дріжджів S. cerevisiae розпад гліцеролу каталізується ферментом гліцери кіназою GUT1 [28] та ФАД-залежною, локалізованою в мітохондріях гліцеро-3-фосфат дегідрогеназою (Gut2p). GUT1 або GUT2 не здатні утилізувати гліцерин як джерело вуглецю [28]. Продукт, що утворюється гліцеролкіназою, гліцерол-3-фосфат може також використовуватись як попередник біосинтезу ліпідів або для конверсії дигідроксиацетонфосфату. Останній інтермедіат також може бути перетворений до гліцеральдегід-3-фосфату тріозофосфат ізомеразою у центральний метаболічний шлях, що може слугувати як субстрат для синтезу іних метаболітів. Gpd1p, Gpd2p та Gut2p також включаються у «гліцерол-3-фосфатний шатл» дріжджів, який може відігравати важливу роль протягом аеробного росту S.cerevisiae . Цей шлях розпаду гліцеролу також спостерігався у багатьох інших видів дріжджів, таких як D. hansenii, Z. rouxii [29], C. glycerinogenes [31] та S. pombe.

3.2.2. Розпад гліцерину через дигідроксиацетонфосфат

Певна кількість видів дріжджів дисимілюють ацетон через дигідроскиацетонфосфат. Спочатку гліцерол окислюється до дигідроксиацетону ферментом гліцерол дегідрогеназою, а потім фосфорилюється до дигідроксиацатоне фосфату ферментом дигідроксиацатон кіназою. У S.cerevisiae гени GCY1 та DAK1 або DAK2 кодують два кроки цього шляху, хоча остаточне значення цього шляху є невизначеним [23]. Припускають, що він відіграє роль у регуляції концентрації гліцеролу протягом гіперосмотичного стресу [10]. Гени DAK у S.cerevisiae та Z. rouxii були клоновані та секвеновані. Останні дані, отримані разом з даними по активності ферментів гліцерол дегідрогенази та дигідроксиацетон кінази у різних видах дріжджів, вказують на те, що цей шлях такоє наявний у бугутьох видах.

3.2.3. Рух гліцерину через мембрану

Рух гліцеролу через плазматичну мембрану S.cerevisiae контролюється як пасивною дифузією, так і шляхом активного транспорту, зокрема білками-переносниками (Fps1p)[4] або активним механізмом поглинання (Gup1p, Gup2p). У той час, як проникнення гліцеролу шляхом пасивної дифузії проходить у двох напрямах, канал, що представлений білком Fps1p у першу чергу є важливим для експорту гліцеролу з клітини, особливо в умовах ферментації. Наявність білкового каналу для експорту гліцеролу не описана в інших видів дріжджів на даний час, але присутній механізм активного поглинання гліцерину, опосередкованого білками Gup1p та Gup2p [2].

4 . Процеси продукції гліцерину

Процеси продукції гліцерину класифікуються як аеробні, анаеробні та автотрофні і визначаються вихідним субстратом, оксиними взаємодіями, а також додаванням керуючих агентів. Істотна надпродукція гліцерину дріжджами S.cerevisiae з моносахаридів досягається шляхом об’єднання ацетальдегіду з бісульфіт-іоном (відомий як керуючий агент) або при рості клітин при значеннях рН близьких до 7 або вище. Перший метод, заснований на захопленні ацетальдегіду бісульфіт іонами , дає такі реакції:

гексоза + бісульфіт ацетальдегід-бісульфіт + СО₂ + Н₂О + гліцерин

Ацетальдегід нездатний слугувати в якості електронного акцептора для цитозольного НАДН і акумульований НАДН замість цього окислюється за рахунок відновлення дигідроксиацетонфосфату до гліцерол-3-фосфату. Ряд солей, такі як натрій сульфат, натрій сульфіт, натрій бісульфіт,амоній сульфат і магній/кальцій сульфіт також були використані в якості керуючих агентів. В деяких випадках процес ферментації з використанням керуючих агентів був адаптований для покращення ефективності продукції гліцеролу. Прикладами є ферментація в умовах постійного вакууму з розпилюванням CO₂ з використанням іммобілізованих клітин у напівбезперервних або безперервних процесах [8]; а також комбінований осмотичний та сульфітний стрес.

Другий метод, керований значеннями рН близько 7 або вище, базується реакцією з такою стехіометрією:

2 гексоза 2 гліцерин + етанол + оцтова кислота + 2СО₂ +2Н₂О

Дана реакція проходить паралельно з процесом алкогольної ферментації. Оцтова кислота синтезується з ацетальдегіду за рахунок підвищеної активності альдегіддегідрогенази, оптимум рН для якої складає 7.8. В результаті такого окиснення відбувається генерація молекули НАДН, що вимагає повторного окиснення для підтримання відновного потенціалу клітини. За відсутності кисню цей процес відбувається шляхом відновлення дигідроксиацетонфосфату до гліцерол-3-фосфату і далі до гліцеролу. Натрій/магній карбонат використовуються для керування процесами в дріжджах, як проходять в лужному середовищі [19].