Fermentația butirică

Fermentația butirică este o cale metabolică de conversie a substanțelor organice de către bacterii anaerobe obligatorii , ai căror produse finale sunt ATP , precum și acid butiric , butanol, acetonă , izopropanol , etanol , acid acetic , dioxid de carbon și hidrogen . Acest tip de metabolism este caracteristic în principal bacteriilor din genul Clostridium , precum C. pasteurianum , C. buryricum , C. acetobutylicum , C. pectinovorum [1] , precum și locuitorilor din rumenul rumegătoarelor , Butyrivibrio protists și bacterii din microflora intestinală umană Eubacterium și Fusobacterium [2 ] [3] .. Fermentația butirică a fost descoperită de Louis Pasteur în 1861 [3] .

Reacții de fermentație butirică

Bacteriile cu acid butiric descompun glucoza și alte hexoze de-a lungul căii glicolitice . Piruvatul , după decarboxilare , se transformă în acetil-CoA , acest proces este însoțit de eliberarea de dioxid de carbon și reducerea ferredoxinei , care interacționează cu enzima hidrogenază, ducând la formarea hidrogenului . Acetil-CoA este un compus de înaltă energie, iar energia sa este suficientă pentru fosforilarea ADP , prin urmare, în unele dintre aceste molecule, reziduul de coenzimă A este înlocuit cu o grupare fosfat , care este ulterior transferată în ADP. Această ramură a fermentației butirice este benefică din punct de vedere energetic, deoarece vă permite să obțineți 4 moli de ATP per mol de glucoză (2 moli în reacțiile de glicoliză, încă doi în timpul formării acidului acetic), dar are două dezavantaje semnificative: în primul rând, metabolismul glucozei de-a lungul acestei căi duce la o acidificare foarte puternică a mediului, în urma căreia creșterea bacteriilor poate fi inhibată; în al doilea rând, această cale nu permite celulei să oxideze purtătorii de electroni NADH redusi formați în timpul glicolizei [2] .

Acetil-CoA poate fi metabolizat într-un alt mod: atunci când două dintre moleculele sale interacționează, se formează acetoacetil-CoA, care în cursul unei serii de reacții se transformă în butiril-CoA. Acest compus are, de asemenea, suficientă energie pentru sinteza ATP, astfel încât reziduul de coenzimă A din el poate fi înlocuit cu o grupare fosfat, după care această grupă este utilizată în reacția de fosforilare a substratului ADP . Produsul final al acestei ramuri este acidul butiric. Formarea acidului butiric vă permite să reduceți scăderea pH-ului ( se formează doar 1 mol de acid pentru 1 mol de glucoză ), precum și să „scăpați” de o anumită cantitate de NAD redus, dar randamentul său energetic este mai mic decât în timpul formării acidului acetic - doar trei moli de ATP pe mol de glucoză.

Dacă, ca urmare a eliberării acizilor organici în timpul fermentației butirice, pH-ul scade sub 4,4, calea metabolică este activată în bacterii, ai căror produse fini sunt etanolul , acetona și butanolul. Fiecare dintre aceste căi utilizează NADH, dar niciuna dintre ele nu produce mai mult de doi moli de ATP per mol de glucoză [1] .

Utilizarea fermentației butirice

Utilizarea fermentației butirice la scară industrială a început în timpul Primului Război Mondial . Britanicii aveau nevoie de o cantitate mare de solvenți organici - butanol (pentru producția de cauciuc artificial ) și acetonă (ca solvent pentru nitroceluloză în procesul de fabricare a corditei, o pulbere explozivă fără fum). Aceste substanţe erau exploatate prin piroliza lemnului , iar producerea unei tone de acetonă presupunea costul a 80-100 tone de mesteacăn , fag sau artar . În 1915, un tânăr om de știință, Chaim Weizmann , a dezvoltat o metodă de fermentație folosind bacteria Clostridium acetobutylicum , care a făcut posibilă transformarea a 100 de tone de melasă în 12 tone de acetonă și 24 de tone de butanol. Mai târziu, el a îmbunătățit această metodă prin găsirea unei tulpini de bacterii care a produs o cantitate deosebit de mare din solvenții doriti. Acetona și butanolul au fost obținute prin fermentație butirică până în anii 1940 și 1950, când această metodă a fost înlocuită cu una mai ieftină [4] .

Surse

1. ↑ 1 2 3 Gudz S.P., Kuznetsova R.O., Kucheras R.V. Fundamentele microbiologiei  (neopr.) . - Kiev: UMK VO, 1991. - ISBN 5-7763-0670-1 .
2. ↑ 1 2 3 Wang, Tay, Ivanov, Hung. Biotehnologia mediului  (neopr.) . - Springer, 2010. - ISBN 978-1-58829-166-0 .
3. ↑ 1 2 Barton L. Relații structurale și funcționale la  procariote . - Springer, 2005. - ISBN 0-387-20708-2 .
4. ↑ Prescott LM Microbiologie  (nedefinită) . — al 5-lea. - McGraw-Hill, 2002. - ISBN 0-07-282905-2 .

Literatură

• Glosar de termeni în chimie // J. Opeida, A. Schweika. Institutul de Chimie Organică Fizică și Chimia Cărbunelui im. Academia Națională de Științe L.M. Litvinenko din Ucraina, Universitatea Națională Donețk - Donețk: „Weber”, 2008. - 758 p. — ISBN 978-966-335-206-0
• Netrusov A.I., Kotova I.B. Microbiologie. - Ed. a IV-a, revizuită. și suplimentare .. - M . : Centrul de Editură „Academia”, 2012. - 384 p. - ISBN 978-5-7695-7979-0 .

Dicționare și enciclopedii	Marele Soviet (1 ed.)
În cataloagele bibliografice	GND : 4704965-0