Неполное окисление
Г
рибы:
А. oryzae
niger неполно окисляют углеводы
Бактерии: Pseudomonos
В среде накапливаются продукты цикла Кребса (трикарбоновые кислоты). Процесс ближе к дыханию, т.к. участвует кислород. Энергии образуется всего на несколько процентов меньше, чем при аэробном дыхании. С энергетической точки зрения неполное окисление выгодно. Используется в биотехнологии для получения лимонной и других органических кислот.
Анаэробное дыхание
Т
ип
метаболизма, при котором водород от
органического субстрата переносится
не на кислород воздуха, а на так называемый
«связанный» кислород. Это может быть
кислород нитратов, сульфатов, карбонатов.
Происходит достаточно полное окисление
углеводов и образуется энергия.
Например: Pseudomonos дышат за счет нитратов
Bacillus (NO3ˉ→NO2ˉ→NO→NO2→N2)
Сульфатредуцирующие бактерии Desulfovibrion дышат за счет сульфата, который восстанавливается до Н2S или ионов SO4.
Выход энергии всего на 10% ниже, чем при аэробном дыхании..
V. Типы брожения: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, смешанного типа. Химизм, характеристика возбудителей.
Из трех возможных способов регенерации АТФ (дыхание, фотосинтез, брожение) брожение наиболее простой Это окисление субстратов без кислорода. Выход энергии ≈ в 30 раз меньше, чем в аэробных условиях.
Начинается брожение с превращения глюкозы в ПВК (при анаэробных условиях). Брожение характерно для строгих и факультативных анаэробов. Различают несколько видов брожения:
Спиртовое брожение. Основные возбудители данного типа брожения – культурные дрожжи Saccharomyces cerevisiae
Это эукариотные микроорганизмы, одноклеточные немицелиальные грибы, факультативные анаэробы мезофилы, хемоорганотрофы, прототрофы. В зависимости от условий проявляют бродильный или окислительный типы обмена. Кроме спирта накапливаются сивушные масла: амиловый, изоамиловый, изобутиловый спирты.
Образование ПВК из глюкозы идет по ЭМП –пути. Затем, с участием специфических ферментов (пируватдекарбоксилазы и алкогольдегидрогеназы) образуется этанол:
С Н3СОСООН СН3СОН + СО2
С Н3СОН С2Н5ОН
С 6Н12ОН 2СО2 + 2С2Н5ОН
В анаэробных условиях брожение очень интенсивно, но роста дрожжей не происходит. При аэрировании (подаче кислорода воздуха) процесс брожения подавляется кислородом – эффект Пастера.
Молочнокислое брожение.
Возбудители – молочнокислые бактерии (МКБ) – Lactobacillus, Lactococcus – это кокки и палочки, соединенные в короткие или длинные цепочки (стрептобактерии). Они не образуют спор, большинство неподвижны, способны только к брожению, т.к. не имеют ферментов каталазы и цитохромов, т.е. они факультативные анаэробы, но аэротолерантны; хемоорганотрофы, ауксотрофы, мезо- и термофилы.
В зависимости от продукта брожения различают гомоферментативные и гетероферментативные МКБ. Первые сбраживают глюкозу по ЭМП пути до ПВК, затем под действием лактатдегирогеназы получается молочная кислота. Вторые окисляют глюкозу по пентозофосфатному пути с образованием молочной кислоты, этилового спирта и углекислого газа.
Способностью образовывать молочную кислоту характеризуются и бифидобактерии – раздвоенные палочки, анаэробы. Бифидобактерии сбраживают глюкозу по ПФ и по КДФГ путям с образованием уксусной и молочных кислот в соотношении 3 : 2.
МКБ широко используются в пищевой биотехнологии. МКБ – антогонисты гнилостной микрофлоры.
МКБ относятся к пробиотикам – нормализуют микрофлору ЖКТ. Вещества, которые способствуют развитию пробиотиков (углеводы, глюкоза, инсулин) называются пребиотиками.
Маслянокислое брожение.
Возбудители маслянокислого брожения – бактерии рода Clostridium – палочки, Г+, подвижные, образуют споры, строгие анаэробы. Не имеют цитохромов и каталазы, в присутствии кислорода в клетке накапливается Н2О2 и отравляет ее. Хемоорганотрофы, делятся на сахаролитические – усваивающие углеводы (Clostridium pasterianum) и пептолитические – сбраживают белки (Clostridium sporogenes). Глюкоза образуется по пути ЭМП, а затем через НS – фермент превращается в коэнзим А.
Продуктами брожения является масляная, уксусная и молочная кислоты, этиловый и бутиловый спирты, ацетон, водород и углекислый газ. Используется в биотехнологии для получения органических растворителей. Характер конечных продуктов определяется видом микроорганизма, составом питательной среды, рН и температурой.
Некоторые - ауксотрофы, например, Clostridium acetobutylicum, синтезируют α–амилазу, являются возбудителями ацетонобу-тилового брожения.
Брожение смешанного типа (муравьинокислое брожение).
Возбудители – кишечная микрофлора (семейство Entherobacteriaceae) – это палочки, подвижные, не образуют споры, все Г-, не требовательны к питанию, хемоорганотрофы, факультативные анаэробы. Наиболее важные виды – Escherichia coli (кишечная палочка) и БГКП, которые относятся к санитарно-показательным микрооорганизмам. Близкий к кишечной палочке Enterobacter aerogenes по всем свойствам сходен с ней, образует много газов, вызывает протеолиз. К этим же бактериям относятся Salmonella, Shigella, Proteus. Сбраживают глюкозу по ЭМП-пути до ПВК, а затем превращают ее в разные продукты: янтарную ,молочную, уксусную, муравьиную кислоты, этанол. Преобладает муравьиная кислота.