Ацетогенез
Ацетогенез — процесс, посредством которого 2 , либо за счет восстановления органических ацетат вырабатывается прокариотными микроорганизмами либо за счет восстановления CO кислот , а не за счет распада углеводов окислительного или этанола , как у уксуснокислых бактерий . [1]
Различные виды бактерий, способные к ацетогенезу, называются ацетогенами . Восстановление CO 2 до ацетата анаэробными бактериями происходит по пути Вуда-Люнгдала и требует источника электронов (например, H 2 , CO , формиата и т. д.). Некоторые ацетогены могут синтезировать ацетат автотрофно из углекислого газа и газообразного водорода . [2] Восстановление органических кислот до ацетата анаэробными бактериями происходит путем ферментации .
Открытие
[ редактировать ]В 1932 году были открыты организмы, способные превращать газообразный водород и углекислый газ в уксусную кислоту . Первый вид ацетогенных бактерий, Clostridium aceticum , был открыт в 1936 году Клаасом Таммо Вирингой. Второй вид, Moorella thermoacetica , привлек широкий интерес из-за его способности, о которой сообщалось в 1942 году, превращать глюкозу в три моля уксусной кислоты. [3]
Биохимия
[ редактировать ]Предшественником уксусной кислоты является тиоэфир ацетил-КоА . Ключевыми аспектами ацетогенного пути являются несколько реакций, которые включают восстановление диоксида углерода (CO 2 ) до монооксида углерода (CO) и присоединение CO к метильной группе (–CH 3 ). Первый процесс катализируется ферментами, называемыми дегидрогеназой окиси углерода . Соединение метильной группы (обеспечиваемой метилкобаламином ) и CO катализируется ацетил-КоА-синтазой . [4]
Глобальная реакция восстановления CO 2 в уксусную кислоту путем H 2 является следующим:
- 2 CO 2 + 4 H 2 → CH 3 COOH + 2 H 2 O Δ G ° = −95 кДж/моль [3]
тогда как превращение одного моля глюкозы в 3 моля уксусной кислоты соответствует ~3-кратной экзотермической реакции :
- C 6 H 12 O 6 → 3 CH 3 COOH Δ G ° = −310,9 кДж/моль [3]
восстановлении CO 2 Однако энергия, выделяемая молем уксусной кислоты, образующейся в результате каждой реакции, примерно одинакова: -95 кДж/моль при H 2 , и еще ~9 % для превращения глюкозы в уксусную кислоту (-104 кДж/моль).
Приложения
[ редактировать ]Уникальный метаболизм ацетогенов имеет важное применение в биотехнологии. При углеводов ферментации реакции декарбоксилирования заканчиваются превращением органического углерода в углекислый газ , основной парниковый газ . Этот выпуск больше не совместим с необходимостью минимизировать мировые CO 2 выбросы . Это не только экологическая проблема, но и экономически невыгодно в рамках конкуренции биотоплива с ископаемым топливом. Ацетогены способны ферментировать глюкозу без выделения CO 2 и превращать одну молекулу глюкозы в три молекулы уксусной кислоты , увеличивая выход продукции последней на 50%. Ацетогенез не заменяет гликолиз другим путем, а скорее захватывает CO 2 из гликолиза и использует его для производства уксусной кислоты. Таким способом можно получить три молекулы уксусной кислоты, тогда как для производства трех молекул этанола потребуется дополнительный восстановитель, такой как газообразный водород . [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ангелидаки И., Каракашев Д., Батстон DJ, Plugge CM, Стамс AJ (2011). «16. Биометанирование и его потенциал» . В Розенцвейге, AC, Рэгсдейле, SW (ред.). Методы энзимологии . Методы метаболизма метана, Часть A. Том. 494. Академик Пресс. стр. 327–351. дои : 10.1016/B978-0-12-385112-3.00016-0 . ISBN 978-0-123-85112-3 . ПМИД 21402222 .
- ^ Синглтон П. (2006). «Ацетогенез». Словарь микробиологии и молекулярной биологии (3-е изд.). Чичестер: Джон Уайли. ISBN 978-0-470-03545-0 .
- ^ Перейти обратно: а б с Рэгсдейл С.В., Пирс Э. (декабрь 2008 г.). «Ацетогенез и путь Вуда-Люнгдала фиксации CO 2 » . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1784 (12): 1873–98. дои : 10.1016/j.bbapap.2008.08.012 . ПМЦ 2646786 . ПМИД 18801467 .
- ^ Рэгсдейл SW (август 2006 г.). «Металлы и их каркасы для стимулирования сложных ферментативных реакций». Химические обзоры . 106 (8): 3317–37. дои : 10.1021/cr0503153 . ПМИД 16895330 .
- ^ Шухман К., Мюллер В. (июль 2016 г.). «Энергетика и применение гетеротрофии ацетогенных бактерий» . Прикладная и экологическая микробиология . 82 (14): 4056–69. Бибкод : 2016ApEnM..82.4056S . дои : 10.1128/АЕМ.00882-16 . ПМЦ 4959221 . ПМИД 27208103 .