Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы биотехнологии»
|
Скачать 4.4 Mb.
|
Гетероферментативиое молочнокислое брожение. У гетероферментативных молочнокислых бактерий нет главных ферментов фруктозобисфосфатного пути - альдолазы и триозофосфатизомеразы. Начальное превращение глюкозы идет у них исключительно по пентозофосфатному пути, т.е. через глюкозо-6-фосфат, 6-фосфоглюконат и рибулозо-5-фосфат. Рибулозо-5-фосфат под действием эпимеразы превращается в ксилулозо-5-фосфат, который в результате тиаминпирофосфатзависимой реакции, катализируемой пентозофосфокетолазой,  Нерастущие, отмытые клетки Leuconostoc mesenteroides сбраживают глюкозу почти стехиометрически согласно уравнению  в лактат, этанол и двуокись углерода. Таким образом, у этих бактерий ацетилфосфат восстанавливается через ацетил-СоА и ацетальдегид в этанол (Рис. 13). Другие гетероферментативные молочнокислые бактерии переводят ацетилфосфат частично или целиком в уксусную кислоту, что сопровождается переносом высокоэнергетической фосфатной связи на ADP с образованием АТР. Избыток водорода передается в этом случае глюкозе, из которой образуется маннитол. Глицеральдегидфосфат через пируват превращается в лактат. Рибозу Leuconostoc mesenteroides сбраживает в лактат и ацетат. При сбраживании фруктозы гетероферментативными бактериями образуются лактат, ацетат, СО2 и маннитол: Фруктоза Лактат + Ацетат + СО2 + Маннитол Фруктоза при этом служит акцептором избыточных восстановительных эквивалентов: Фруктоза + NADH2 Маннитол + NAD Lactobacillus plantarum (= pentosus или arabinosus) сбраживает глюкозу по гомоферментативному пути, а пентозы расщепляет с помощью фосфокетолазы, превращая в лактат и ацетат. Следует отметить, что даже такая типичная гомоферментативная бактерия, как Lactobacillus casei, хотя и сбраживает глюкозу по гомоферментативному. пути, но рибозу превращает в ацетат и лактат гетероферментативным путем. Рибоза индуцирует у нее синтез фосфокетолазы. Если клетки, выросшие на среде с рибозой, отмыть, то после этого они и глюкозу будут сбраживать как гетероферментативные бактерии. Брожение, осуществляемое Bifidobacterium bifidum. Гетероферментативная молочнокислая бактерия В. bifidum получила это название за свою V- или Y-образную форму (лат. bifidus-раздвоенный). Она известна тем, что преобладает в кишечнике грудных детей, особенно детей, вскармливаемых грудью. Эту зависимость ее распространения от способа кормления грудного ребенка можно было связать с потребностью бактерии в углеводах, содержащих N-ацетилглюкозамин, которые имеются только в молоке человека, но не коровы.  Рис. 13. Гетероферментативное молочнокислое брожение, осуществляемое Lactobacillus brevis и Leuconostoc mesenteroides. Участвующие ферменты (цифры в кружках): 7-глюкозо-б-фосфатдегидрогеназа; 2-фосфоглюконатдегидрогена-за; 3-эпимераза; 4 - фосфокетолаза. Ацетилфосфат либо расщепляется под действием ацетаткиназы с фосфорилированием ADP (L. brevis), либо восстанавливается до этанола (L. mesenteroides). Окисление глицеральдегидфосфата происходит обычным путем. ФК-фосфокетолаза; ТА-трансальдолаза; ТК-транскетолаза; Ац - Р-ацетил-фосфат ; ГА-З-Р - глицеральдегид-3-фосфат. Все представители рода Bifidobacterium-строгие анаэробы; они не переносят присутствия кислорода, и для их роста нужна атмосфера, содержащая 10% СО2. С тех пор как стали известны эти необычные для молочнокислых бактерий особенности, бифидобактерии были обнаружены и в кишечной флоре взрослых людей, и во многих других местах, даже в гниющем иле, и теперь различают много видов этого рода. Бифидобактерии расщепляют глюкозу согласно уравнению 2С6Н1206 2СН3 СНОН-СООН + ЗСН3-СООН т.е. сбраживают ее по фосфокетолазному побочному пути. Они не имеют ни альдолазы, ни глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, но содержат активные фосфокетолазы, расщепляющие фруктозо-6-фосфат и ксилуло-зо-5-фосфат на ацетилфосфат и эритрозо-4-фосфат или глицеральде-гид-3-фосфат. Гексозы претерпевают следующие превращения:  Применение молочнокислых бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления пищевых продуктов. Если нестерильный раствор, содержащий наряду с сахарами также сложные источники азота и факторы роста, оставить без доступа воздуха или просто налить в сосуд достаточно большое количество такого раствора, то вскоре в нем появятся молочнокислые бактерии. Они снижают рН до значений < 5 и тем самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться в столь кислой среде. Какие именно молочнокислые бактерии вырастут в таких накопительных культурах, зависит от прочих условий. Благодаря своему стерилизующему и консервирующему действию, основанному на подкислении среды, молочнокислые бактерии используются в сельском и домашнем хозяйстве и в молочной промышленности. Приготовление силоса. Молочнокислые бактерии, обитающие на растениях, играют большую роль при запасании впрок кормов для скота. Для приготовления силоса используют листья сахарной свеклы, кукурузу, картофель, травы и люцерну. Растительную массу прессуют и прибавляют к ней мелассу, чтобы повысить отношение C/N, и муравьиную или какую-либо неорганическую кислоту, чтобы заранее обеспечить преимущественный рост лактобацилл и стрептококков. В таких условиях происходит контролируемое молочнокислое брожение. Приготовление кислой капусты. Кислая капуста тоже представляет собой продукт, в приготовлении которого участвуют молочнокислые бактерии. В мелко нарезанной, посыпанной солью (2-3%) и спресованной белокочанной капусте при исключении доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в котором принимает участие сначала Leuconostoc (с образованием СО2), а позднее Lactobacillus plantarum. Молочные продукты. Молочнокислые бактерии, образующие кислоту и придающие продуктам определенный вкус, находят широкое применение в молочной промышленности. Стерилизованное или пастеризованное молоко или же сливки сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые («стартовые») культуры молочнокислых бактерий. Кисломолочное масло готовят из сливок, сквашенных с помощью Streptococcus lactis, S. cremoris и Leuconostoc cremoris. Образующийся в процессе брожения диацетил (см. стр. 289) придает маслу специфический аромат. Закваски, содержащие Streptococcus lactis или Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus, вызывают свертывание казеина при приготовлении творога и немецких сыров (гарцского и майнцского). При изготовлении твердых сыров (в отличие от сыров из кислого молока) для свертывания казеина пользуются сычужным ферментом. Молочнокислые бактерии (Lactobacillus casei, Streptococcus lactis) вместе с пропионовокислыми участвуют лишь на стадии созревания сыров. Для приготовления молочнокислых продуктов (табл. 4) в качестве заквасок тоже используются стартовые культуры молочнокислых бактерий, образующих кислоту и некоторые вещества, придающие продукту характерный запах. Ароматное пахтанье получают с помощью упомянутых выше заквасок, применяемых для приготовления кисломолочного масла. Пахтанье наряду с молочной кислотой содержит также уксусную кислоту, ацетоин и диацетил. Йогурт получают из пастеризованного гомогенизированного цельного молока, инокулированного Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus (после внесения закваски молоко выдерживают 2-3 ч при 43-45°С). Под названием биогурт в продажу поступает кислое молоко, сквашенное Lactobacillus acidophilus и Streptococcus thermophilus. Кефир принадлежит к молочнокислым продуктам, содержащим кислоты и этанол; его получают из молока (коровьего, овечьего или козьего). Закваску готовят на так называемых кефирных зернах, которые состоят из пока еще не полностью изученного сообщества организмов, включающего лактобациллы, стрептококки, микрококки и дрожжи. Сквашивание молока ведут при 15-22°С в течение 24-36 ч. Для приготовления кумыса используют ослиное молоко , которое инокулируют культурой, содержащей Lactobacillus bulgaricus и дрожжи рода Torula. Таблица 6. Выпускаемые в продажу молочнокислые продукты и соответствующие микробные закваски  Чистую молочную кислоту, которая используется для различных промышленных целей и как добавка к пищевым продуктам, получают в результате брожения. Молоко или сыворотку сбраживают при помощи lactobacillus casei или L. bulgaricus. Для сбраживания глюкозы и мальтозы применяют L. delbruckii, L. leichmannii или Sporolactobacillus inulinus. Источником необходимых факторов роста служат меласса и солод. Образование кислоты в кислом тесте, используемой для его подъема, тоже обеспечивается молочнокислыми бактериями, в частности Lactobacillus plantarum и L. coryneformis. Стартовые культуры лактобацилл и микрококков применяются также для приготовления сырокопченых колбас (салями, сервелат). Образуя молочную кислоту и снижая рН, молочнокислые бактерии предохраняют от порчи те виды колбас, которые не подвергаются варке. Пропионовокислое брожение и пропионовокислые бактерии Распространение, методы выделения и систематика. Пропионовокислые бактерии обитают в рубце и кишечнике жвачных животных (коров, овец); они участвуют там в образовании жирных кислот, главным образом пропионовой и уксусной. Благодаря им образующаяся в рубце в результате различных видов брожения молочная кислота превращается главным образом в пропионовую. Пропионовокислые бактерии не встречаются в молоке, и их не удается выделить из почвы или природных вод. Для получения накопительной культуры этих бактерий питательную среду с лактатом и дрожжевым экстрактом инокулируют швейцарским сыром и инкубируют в анаэробных условиях. В швейцарский сыр, в созревании которого пропионовокислые бактерии играют важную роль (определяя также его вкус), они попадают с сычужным ферментом, применяемым в процессе приготовления сыра для свертывания молока. Сычужный фермент добавляют в виде водного экстракта из телячьих желудков, содержащего множество жизнеспособных про-пионовокислых бактерий. Различают несколько видов таких бактерий, из которых наиболее известны вид Propionibacterium freudenreichii и его подвид shermanii, а также P. acidipropionici (прежнее название-Р. pentosaceum). Возбудитель угрей - воспаления волосяных фолликулов у человека - тоже относится к пропионовокислым бактериям (P. acnes). Помимо рода Propionibacterium к бактериям, образующим пропионовую кислоту, причисляют Veillonella alcalescens (= Micrococcus lactilyticus), Clostridium propionicum, Selenomonas и Micromonospora. Пропионат как продукт брожения выделяют и многие другие бактерии. Рост и метаболизм представителей рода Propionibacterium. Этот род относят к коринеформным бактериям; он включает грам-положительные неподвижные палочки, не образующие спор. При неблагоприятных условиях роста часто появляются булавовидные формы. Пропионовокислые бактерии на твердых средах при доступе воздуха не растут. Так как они не переносят присутствия атмосферного О2, способны расти в анаэробных условиях и регенерировать АТР за счет энергии брожения, их считали организмами, облигатно осуществляющими брожение. С другой стороны, давно известно, что они обладают гемсодержащими ферментами, такими как цитохромы и каталаза. Действительно, исследованные представители рода Propionibacterium оказались способными расти как в анаэробных, так и в аэробных условиях. При достаточно слабой контролируемой аэрации урожай их клеток во много раз больше, чем в строго анаэробных условиях. В случае аэробного роста, правда, скорость диффузии кислорода из газовой фазы в бактериальную взвесь не должна превышать его потребления в процессе дыхания: кислород при измеримых парциальных давлениях оказывает токсическое действие. Виды Propionibacterium, таким образом, следует относить к микроаэротолерантным формам. В анаэробных условиях представители этого рода сбраживают глюкозу, сахарозу, лактозу и пентозы, а также лактат, малат, глицерол и другие субстраты с образованием пропионовой кислоты. Расщепление гексоз идет по фруктозо-бисфосфатному пути. В результате исследований сбраживания глицерина клетками Propionibacterium acidipropionici было обнаружено, что при этом происходит фиксация СО2, поддающаяся количественному определению. Связанный углерод можно было обнаружить в выделяемом сукцинате, что указывало на карбоксилирование пирувата с образованием дикарбоновых кислот. Такое карбоксилирование получило название реакции Вуда-Веркмана. Эта реакция свойственна не только пропионовокислым бактериям - она широко распространена у животных, растений и различных гетеротрофных микроорганизмов. Образование пропионовой кислоты (метилмалонил-СоА-путь). Пропионовая кислота образуется из молочной согласно следующему уравнению:  Восстановление лактата или пирувата до пропионата идет по пути, который по характерному промежуточному продукту был назван метилмалонил-СоА-путем (Рис. 14). Сначала пируват при участии комплекса биотин-СО2 карбоксилируется метилмалонил-СоА-карбокси трансферазой с образованием оксалоацетата, а затем восстанавливается через малат и фумарат до сукцината. Транспорт электронов на этом этапе сопряжен с фосфорилированием (фумаратное дыхание; см. разд. 9.6). Затем сукцинат с помощью СоА-трансферазы (сукцинил-СоА: пропионат-СоА-трансферазы) присоединяется к СоА и таким образом активируется. Сукцинил-СоА под действием метилмалонил-СоА-мутазы и при участии кофермента В12 (цианкобаламина) превращается в метил-малонил-СоА, и только от этого промежуточного продукта, наконец, отщепляется СО2; в результате образуется пропионил-СоА, а СО2 связывается с упомянутой выше метилмалонил-СоА-карбокситрансферазой. Из пропионил-СоА образуется пропионат, в результате того что СоА-трансфераза переносит СоА на сукцинат. Следует особо отметить, что в процессе образования пропионата две группы (СО2 и СоА) переносятся с последующего продукта на предшествующий, не освобождаясь. Заслуживает внимания и участие трех кофакторов (биотина, СоА и кофермента В12) в этом процессе. По метилмалонил-СоА-пути пропионат образуется у большинства пропионовокислых бактерий, а также у Veillonella alcalescens и Selenomonas ruminantium.   |
Похожие:
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины основы психодиагностики направление... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы культуры речи» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «основы управления проектами» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Торговое оборудование» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «организационное поведение» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Системное программное обеспечение» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методического комплекса дисциплины «Основы культуры речи»... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины архитектура ЭВМ 090104. 65... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Таможенное право» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «коммерческое право» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |