Mikrobiologia przemysłowa W03

Przemiana glukozy w szlaku fosfoketolazy pentozowej:

Glukoza

Glukozo-6-P

dehydrogenaza glukozo-6-P

kwas 6-P-glukonowy

dehydrogenaza 6-P-glukonianowa

CO₂ rybulozo-5-P

epimeraza P-rybozowa

ksylulozo-5-P

aldehyd 3-P-glicerynowy acetylofosforan

pirogronian kwas octowy,

aldehyd octowy, etanol

Szlak typowy dla bakterii hetero fermentacji mlekowej.

Warunki bardziej lub mniej tlenowe wpływają na powstałe produkty.

Proces generujący 2 x C3 z C6 - homofermentacja.

Proces generujący C2 i C3 z C6 - heterofermentacja.

W biotechnologii głównie wykorzystuje się homofermentację.

W produkcji żywności dla uzyskania odpowiednich cech sensorycznych, różnorodności korzystne jest aby poza szczepami homofermentującymi, wykorzystywać te heterofermentujące - uzyskiwanie mieszaniny produktów.

Przemiana glukozy w szlaku Entnera-Doudorffa:

Występuje głównie u bakterii gram(-): Acetobacter, Pseudomonas, Rhizobium, Serratia, Zymomonas.

Rzadziej u gram(+): Enterococcus, Nocardia.

Szlak prowadzi do homofermentacji - zgodnych produktów końcowych fermentacji.

glukoza → 2 CH₃COCOOH + ATP + (NADH + H⁺) + (NADP + H⁺)

Glukoza

Glukozo-6-P

dehydrogenaza glukozo-6-P

6-P-glukonian

dehydrataza 6-P-glukonianowa

2-keto-3-deoksy-6-P-glukonian (KDPG)

aldolaza KDPG

aldehyd 3-P-glicerynowy pirogronian

pirogronian

Udział różnych szlaków katabolicznych w metabolizmie heksoz. (%)

Gatunek	Szlak EMP	Szlak HMP	Szlak ED
Escherichia coli Pseudomonas areuginosa Bacillus subtilis Gluconobacter oxydans Zymomonas mobilis Bradyrhizobium japonicum Pelomonas saccharophila Streptomyces griseus	72 0 74 0 0 0 0 97	28 29 26 100 0 0 0 3	0 71 0 0 100 100 100 0
Candida utilis Penicillium chrysogenum Saccharomyces cerevisiae Fusarium lini	70-80 77 83-100 83	30-20 23 17-0 17	0 0 0 0

Co się dalej dzieje z pirogronianem?

Substraty organiczne są przekształcane w procesie katabolizmu do pirogronianu.

Pirogronian
Utlenianie	Fermentacja
-Produkty utlenione (org i nieorg.) -CO2 -H2O -ENERGIA -Biomasa	-Produkty zredukowane (kw. org., aldehydy, alkohole) -CO2 -Energia -Biomasa

Mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe

Mikroorganizmy zdolne do wykorzystywania tlenu jako końcowego akceptora elektronów (z udziałem oksydaz) nazywamy tlenowcami, a te które nie potrafią wykorzystać tlenu - beztlenowcami.

Mikroorganizmy, które wykorzystują tlen i dobrze rosną w jego obecności, lecz zdolne są także do wzrostu bez obecności tlenu nazywamy względnymi (warunkowymi) beztlenowcami/tlenowcami. Przykładem są bakterie z rodzaju Enterobacteriaceae, które mogą zmieniać metabolizm z oddechowego na fermentacyjny, w zależności od warunków środowiska.

Bezwzględne beztlenowce nie tylko nie potrafią wykorzystywać tlenu jako końcowego akceptora, lecz również jest on dla nich toksyczny, nawet w małych ilościach, gdyż w jego obecności dochodzi do nagromadzenia reaktywnych form tlenu, których nie potrafią neutralizować. Energię uzyskują w procesie oddychania beztlenowego (np. bakterie redukujące siarczany, bakterie acetogenne) lub wyniku fermentacji (Clostridium).

Po co im (mikroorganizmom) ta fermentacja?

Fermentacja - beztlenowy proces redoks, w którym związki organiczne są zarówno donorami jak i akceptorami elektronów.

Zregenerowany NAD (utleniony) umożliwia dalszy katabolizm sacharydów.

Fermentacje prowadzone przez mikroorganizmy

Glukoza przekształcana do pirogronianu, który ulega fermentacji:

1. Mlekowa (kwas mlekowy - bakterie mlekowe)

2. Alkoholowa (etanol - drożdże, Zymomonas)

3. Masłowa i acetonowo-butanolowa (kw. masłowy, butanol, aceton, CO₂, izopropanol - Clostridium)

4. Propionowa (kw. propionowy, kw. szczawiooctowy, kw. bursztynowy, CO₂ - bakterie propionowe)

5. Mieszana (kw. mrówkowy, kw. octowy, etanol, acetoina, butandiol, CO₂, H₂ - Enterobacteriaceae) (np. różne dehydrogenazy)

---