Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.6: Оцет та оцтова кислота Бродіння

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    26090

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Виробництво оцту

    6pic1.PNG

    Оцтова кислота Бродіння

    Перший опис мікробного оцтового бродіння було зроблено Пастером в 1862 році. Він визнав, що оцет виробляється живим організмом.

    Огляд метаболізму оцтової кислоти

    Оцтово-кислі бактерії (AAB), рід Acetobacter, є групою грамнегативних бактерій, які окислюють цукру або етанол і виробляють оцтову кислоту під час бродіння. У сімействі Acetobacteraceae існує кілька різних пологів. AAB містяться в солодких, алкогольних та кислих нішах, таких як фрукти, квіти та особливо ферментовані напої. З огляду на достатню кількість кисню, ці бактерії виробляють оцтову кислоту (оцет) з етанолу.

    6pic2.PNG

    Кілька видів оцтово-кислих бактерій використовуються в промисловості для виробництва певних харчових продуктів і хімічних речовин. Зазвичай використовуються корми включають яблучний сидр, вино та ферментовані зернові пюре. AAB також беруть участь у виробництві інших продуктів харчування, таких як какао-порошок і чайний гриб. Однак їх також можна вважати організмами псування.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Перерахуйте 2-3 місця/рази, що оцтово-кислі бактерії вважатимуться організмами псування.

    Розташування окислень етанолу

    AAB роблять оцтову кислоту двома послідовними каталітичними реакціями спиртово-дегідрогенази (АДГ) та пов'язаної з мембраною альдегіддегідрогенази (АЛДГ), які пов'язані з периплазматичною стороною цитоплазматичної мембрани.

    6pic3.PNG

    Етанол, ацетальдегід, оцтова кислота можуть бути досить токсичними для живих організмів. Однак AAB здатні жити як в алкогольному, так і в кислому середовищі через кілька пристосувань.

    1. Розташування спиртово-дегідрогеназ. Чи токсичні сполуки коли-небудь потрапляють в цитоплазму клітин?
    2. ALDH і ADH є одним комплексом у багатьох видів AAB, таким чином ніколи не виділяючи ацетальдегід.
    3. Ацетобактер мають насоси H +, які активно видаляють протони з клітин.
    4. Відбуваються зміни в складі мембранних фосфоліпідів, що допомагають підтримувати плинність мембрани при низькому рН.
    5. Багато клітинних білків показують підвищений негативний поверхневий заряд, який стабілізує їх при низькому рН.

    Розташування метаболізму оцтової кислоти з PQQ

    AAB здатні окислювати етанол до оцтової кислоти за допомогою мембранних комплексів АДГ і АЛДГ з кофактором PQQ.

    6pic4.PNG

    Цей фермент здатний окислювати кілька первинних спиртів (С2 до С6), але не метанол або вторинні спирти.

    Механізми реакції PQQ:

    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Додайте механізм вигнутої стрілки для окислення етанолу до ацетальдегіду за допомогою цього кофактора PQQ.

    6pic5.PNG

    Скільки електронів переноситься від молекули етанолу до PQQ на цьому етапі?

    Механізми реакції PQQ

    Вправа\(\PageIndex{3}\)

    На другому етапі ацетальдегід утворює гідрат. Покажіть механізм для цього кроку.

    6pic6.PNG

    Потім гідрат ацетальдегіду вступає в реакцію з іншим PQQ з утворенням оцтової кислоти. Запропонуйте механізм вигнутої стрілки для цієї трансформації.

    6pic8.PNG

    • Скільки електронів переноситься від молекули гідрату ацетальдегіду до молекули PQQ?
    • Скільки сумарних електронів беруть участь в цьому двоступеневому перетворенні?

    PQQ прив'язаний до процесу транспортування електронів

    Електрони переносять електрони в убихінон (UQ), які щільно пов'язані з дихальним ланцюгом (окислювальне фосфорилювання).

    6pic8.PNG

    Вправа\(\PageIndex{4}\)
    • Для кожної молекули eToH, яка двічі окислюється до оцтової кислоти:
    1. Скільки електронів рухається по ланцюгу транспорту електронів?
    2. Як атоми кисню перетворюються в воду?
    3. Скільки протонів перекачується через мембрану?
    4. Якщо припустити, що приблизно 3-4 протони дають 1 АТФ, скільки вироблено АТФ?
    • Чому цей процес вважається необхідним кисню? Тобто чому цей організм - облігатний аероба?
    • Яка мета перетворення етанолу в оцтову кислоту для цих бактерій?

    Асиміляція оцтової кислоти

    Деякі штами Acetobacter і Gluconacetobacter можуть метаболізувати оцтову кислоту до вуглекислого газу і води за допомогою ферментів циклу Кребса. Наприклад, в оцті види Acetobacter демонструють двофазну криву росту, де перша відповідає окисленню eToH з виробництвом AcoH. Другий сплеск зростання обумовлений «асиміляцією оцтової кислоти», де бактерії переміщують етанол та/або оцтову кислоту в цитоплазму для метаболізму за допомогою циклу TCA та окислювального фосфорилювання.

    6pic9.PNG

    Вправа\(\PageIndex{5}\)
    • У чому перевага використання асиміляції оцтової кислоти?
    • Чому бактерії не використовують цей шлях з самого початку?
    • При оцтовому бродінні виробники намагаються запобігти цьому процесу. Поясніть чому.

    Механізми дегідрогеназ, керованих NAD + в ацетобактері

    Загальна хімічна реакція, яку сприяють ці бактерії, становить:

    \[\ce{C2H5OH + O2 → CH3COH → CH3COOH + H2O} \nonumber\]

    Вправа\(\PageIndex{6}\)

    Запропонуйте механізм перетворення етанолу в ацетальдегід (зворотне відновлення, здійснене дріжджами) з використанням NAD +.

    6pic10.PNG

    На другому етапі ацетальдегід утворює гідрат, який потім перетворюється в оцтову кислоту.

    Вправа\(\PageIndex{7}\)

    Запропоновано механізм перетворення ацетальдегіду в оцтову кислоту з використанням NAD +.

    6pic11.PNG

    На третьому етапі оцтова кислота перетворюється в ацетил-КоА для використання в циклі TCA.

    Вправа\(\PageIndex{8}\)

    Запропонуйте відсутні біологічні «реагенти» для цього перетворення.

    6pic12.PNG

    Джерела

    1. Крістофер Ентоні, Хінопротеїнові каталізовані реакції, Biochem J., 1996, 320, 697-711
    2. Гомес-Манцо та ін., Окислювальне бродіння етанолу, Int J Mol Sci. 2015, 16 (1), 1293—1311.
    3. Mamlouk and Gullo, Бактерії оцтової кислоти: фізіологія та окислення джерел вуглецю, Індійська J. Мікробіологія, 2013, 53 (4) 377-384.
    4. Mas, et. al., Оцтово-кислотні бактерії та виробництво та якість винного оцту, Науковий світовий журнал, 2014; 2014, 1-6