6. Конечные продукты метаболизма в клетках продуцентов. Продукты анаэробного метаболизма (брожения) в клетках продуцентов

Клетки выделяют в среду множество различных соединений. Во многих случаях эти соединения образуются в результате про­цессов, сопровождающихся выделением энергии. По отношению к процессам роста низкомолекулярные продукты метаболизма живых клеток делятся на первичные и вторичные метаболиты.

Первичные метаболиты – это низкомолекулярные соединения (молекулярная масса менее 1500 Да), необходимые для роста микроорганизмов. Одни из них являются строительными блоками макромолекул, другие участвуют в синтезе коферментов. Среди наиболее важных для промышленности метаболитов можно выделить аминокислоты, органические кислоты, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды, растворители и витамины. Типичными примерами конечных продуктов метаболизма являются спирты и органические кислоты. Другие продукты метаболизма, напри­мер антибиотики, токсины, алкалоиды и факторы роста, пред­ставляют собой более сложные соединения, выполняющие опре­деленные функции в жизнедеятельности клетки. Такие соеди­нения, наличие которых не является необходимым для роста культуры клеток в чистой питательной среде, называют вторич­ными метаболитачи.

Прежде всего, рассмотрим различные конечные продукты анаэробного метаболизма глюкозы. Многие организмы перера­батывают глюкозу в пируват по путям Эмбдена —Мейерго-фа — Парнаса, Энтнера—Дудорова или по пентозофосфатному шунту. Дальнейшие пути от пирувата к конечным продук­там метаболизма могут существенно различаться. Экономиче­ски наиболее важен процесс превращения пирувата в этанол (спиртовое брожение), осуществляющийся по следующей схеме:

пируватдекарбоксилаза

П ируват Ацетальдегид + СО₂

алкогольдегидрогеназа

Ацетальдегид + NADH + Н⁺ Этанол + NAD⁺

Далее в таблице перечислены другие типы анаэробного метабо­лизма углеводов, начинающиеся с превращения в пируват по пути ЭМПЮ, а на рисунке приведены соответствующие последовательности реакций

Следует подчеркнуть, что при­рода и относительные количества конечных продуктов брожения зависят как от самого организма, так и от условий его культивирования. Например, при спиртовом брожении 5%-ного раствора глюкозы в присутствии дрожжей Saccharomyces се-revisiae изменение рН от 3,0 до 7,0 приводит к снижению вы­хода этанола от 171,5 до 149,5 ммоль (в расчете на 100 ммоль исходной глюкозы) и к повышению выхода глицерина с 6,16 до 22,2 ммоль (также из 100 ммоль глюкозы). При добавлении к питательной среде сульфита выход глицерина повышается еще больше.

Следует отметить, что некоторые организмы способны превращать находящиеся в питательной среде аминокислоты в другие органические соединения. Подобные процессы метаболизма играют важную роль в производстве спиртных напитков, посколь­ку образующиеся из азотсодержащих соединений высшие али­фатические спирты придают напиткам соответствующие вкус и аромат.