Маслянокисле і ацетоно-бутилове бродіння.
Масляна кислота (бутират), н-бутанол, ацетон, 2-пропанол і ряд інших органічних кислот і спиртів є типовими продуктами зброджування вуглеводів анаеробними спороутворюючими бактеріями (клостридіями – Род Clostridium відноситься до сімейства Васillасеає). Тому клостридії, а також деякі спеціалізовані види, що зброджують лише етанол, амінокислоти або інші речовини, розглядаються тут у зв'язку з маслянокислим бродінням, яке вони викликають.
Біохімія бродіння і його продукти.
При бродінні утворюються в різних співвідношеннях кислоти (масляна, оцтова, молочна), спирти (бутанол, етанол, 2-пропанол), а також ацетон і газоподібні продукти (Н2 і С02).
Клостридії розщеплюють глюкозу за фруктозодисфосфатним шляхом. Водень, що звільняється при дегідруванні гліцеральдегід-3-фосфату, переноситься, як правило, на органічні кислоти або кетони, що утворюються з пірувату або ацетил-КоА.
Прототипом бродіння, що здійснюється клостридіями, можна вважати зброджування глюкози Clostridium butyricum і С. acetobutylicum; при цьому утворюються бутират, ацетат, бутанол, етанол, ацетон, 2-пропанол, С02 і Н2. Вихід продуктів варіює залежно від умов.
Масляна кислота (бутират) - продукт конденсації двох молекул ацетил-КоА за участю тіолази з утворенням ацетоацетил-КоА і його подальшим відновленням (рис. 8.4).
Ацетоацетил-КоА відновлюється за рахунок НАДН2 за участю -гідроксибутирил-КоА-дегідрогенази до 3-гідроксибутирил-КоА.
Від останнього за допомогою кротонази відщеплюється вода.
Кротоніл-КоА під дією флавінового ферменту бутирил-КоА-дегідрогенази відновлюється до бутирил-КоА.
Від бутирил-КоА за допомогою КоА-трансферази КоА може переноситися на ацетат; при цьому звільняється масляна кислота, яка виходить в середовище.
З ацетил-КоА за участю фосфотрансацетилази і ацетаткінази може бути отриманий вільний ацетат, що супроводжується синтезом АТФ з AДФ.
При чистому маслянокислому бродінні водень, що утворюється при окисленні пірувату, виділяється в газоподібному вигляді. Коли глюкоза зброджується згідно рівнянню
Глюкоза Бутират + 2С02 + 2Н2
баланс водню сходиться; на одну молекулу глюкози утворюються три молекули АТФ.
Бутанол, бутират, ацетон і 2-пропанол утворюються при зброджуванні глюкози клітинами Clostridium acetobutylicum. При цьому спочатку виділяється також масляна кислота; проте по мірі підкислення середовища починають синтезуватися ферменти (у тому числі ацетоацетатдекарбоксилаза), дія яких призводить до накопичення ацетону і бутанолу.
Процеси утворення цих речовин тісно пов'язані між собою. В результаті декарбоксилювання частини ацетоацетату втрачається потенційний акцептор водню, який при відновленні в бутират міг би двічі приєднати 2[Н]. Цей водень так чи інакше має бути переданий іншим акцепторам, у тому числі і бутирату, що тільки що утворився.
Для відновлення до бутанолу бутират має бути спочатку активований шляхом перетворення в бутирил-КоА.
Реакції, що відбуваються при утворенні бутирату, ацетону і бутанолу, представлені на рис. .
При бродінні в лужному середовищі (наприклад, у присутності СаСО3) С. acetobutylicum поводиться як С. butyricum. Деякі штами відновлюють ацетон і виділяють 2-пропанол.
Етанол утворюється в результаті відновлення ацетил-КоА.
Молекулярний водень може походить з НАДН2, що утворюється як при розкладі пірувату, так і при дегідруванні гліцеральдегід-3-фосфату.
Чим більше водню може бути утворений при цьому, тим менше потрібно синтезувати акцепторів водню (ацетоацетил-КоА). Таким чином, енергія зв'язку ацетил-КоА може бути збережена у формі АТФ. Значить, якщо при зброджуванні глюкози С. butyricum на одну молекулу глюкози утворюється більше двох молекул Н2 і тому менше бутирату і відповідно більше ацетату, тому вихід АТФ може перевищувати 3 молекули (див. нижче про Ruminococcus).
