Аэробные процессы
Все аэробные процессы окисления, протекающие в клетках, можно разделить на две группы:
а). Завершающиеся неполным окислением субстрата
б). Завершающиеся полным окислением (до СО2 и Н2О)
Наиболее распространенная схема полного окисления глюкозы и других углеводов включает в себя расщепление глюкозы до 2 молекул ПВК, их окислительное декарбоксилирование до 2 молекул ацетил-КоА и полное их окисление в цикле Кребса (цикле трикарбоновых кислот, ЦТК). Суммарно процесс можно представить следующим уравнением:
С6Н12О6 + 6О2 6CO2 + 6H2O + 38 АТФ
По похожей схеме (через образование ацетил-КоА) протекает полное окисление органических кислот, углеводородов, глицерина, ряда аминокислот.
При неполном окислении процесс останавливается на стадии образования какого ни будь промежуточного соединения (чаще всего кислоты).
Для получения целевых продуктов в аэробных процессах используют два основных подхода:
а). Если целевой продукт является конечным продуктом неполного окисления, то стараются создать оптимальные условия для его максимального и быстрого накопления (подбор значений рН, температуры, концентрации питательных веществ, добавление активаторов ферментов, отвечающих за синтез продукта, отвод, удаление избыточных количеств продукта).
б). Если целевой продукт является промежуточным метаболитом (кислоты цикла Кребса), то в любой момент времени его концентрация в клетке ничтожно мала. Чтобы обеспечить его сверхсинтез и накопление проводят целенаправленное вмешательство в нормальный процесс метаболизма, заключающееся в избирательном блокировании (ингибировании) одной или нескольких последующих стадий превращения этого целевого продукта. При этом в клетках обязательно должны функционировать альтернативные механизмы ресинтеза некоторых, ключевых жизненно важных промежуточных метаболитов, например щавелевоуксусной кислоты для ЦТК. Часто, для уменьшения эффекта ретроингибирования, целевой продукт стараются вывести из клеток, например, за счет увеличения проницаемости клеточных оболочек или из культуральной жидкости (высаждение в осадок, удаление в виде газа).
Процессы с неполным окислением.
Классическими примерами таких процессов, нашедших применение в биотехнологии являются процессы получения уксусной, глюконовой и итаконовой кислот.
1.Получение уксусной кислоты и столового уксуса.
Микробиологический способ получения уксусной кислоты состоит в частичном окислении этанола до уксусной кислоты при участии бактерий штаммов Acetobacter и Gluconobacter иммобилизованных (закрепленных) на различных носителях (буковая стружка). Таким способом в настоящее время получаю только пищевой уксус.
Техническую уксусную кислоту получают химическим способом по реакции Кучерова или сухой перегонкой древесины.
2.Получение глюконовой кислоты.
3.Получение итаконовой кислоты.
Итаконовая кислота является ценным сырьем для для производства химических волокон и пластмасс.