Fermentación butírica
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 29 de mayo de 2020; la verificación requiere 1 edición .La fermentación butírica es una vía metabólica para la conversión de sustancias orgánicas por bacterias anaerobias obligadas , cuyos productos finales son ATP , así como ácido butírico , butanol, acetona , isopropanol , etanol , ácido acético , dióxido de carbono e hidrógeno . Este tipo de metabolismo es característico principalmente de bacterias del género Clostridium , como C. pasteurianum , C. buryricum , C. acetobutylicum , C. pectinovorum [1] , así como de habitantes del rumen de rumiantes , protistas Butyrivibrio y bacterias de la microflora intestinal humana Eubacterium y Fusobacterium [2 ] [3] .. La fermentación butírica fue descubierta por Louis Pasteur en 1861 [3] .
Reacciones de fermentación butírica
Las bacterias del ácido butírico descomponen la glucosa y otras hexosas a lo largo de la vía glucolítica . El piruvato , después de la descarboxilación , se convierte en acetil-CoA , este proceso va acompañado de la liberación de dióxido de carbono y la reducción de ferredoxina , que interactúa con la enzima hidrogenasa, dando como resultado la formación de hidrógeno . Acetil-CoA es un compuesto de alta energía, y su energía es suficiente para fosforilar ADP , por lo que, en algunas de estas moléculas, el residuo de coenzima A es reemplazado por un grupo fosfato , que posteriormente se transfiere a ADP. Esta rama de la fermentación butírica es energéticamente beneficiosa, ya que permite obtener 4 mol de ATP por mol de glucosa (2 mol en reacciones de glucólisis, dos más durante la formación de ácido acético), pero presenta dos importantes inconvenientes: en primer lugar, la el metabolismo de la glucosa a lo largo de esta vía conduce a una acidificación muy aguda del medio ambiente, como resultado de lo cual se puede inhibir el crecimiento de bacterias; en segundo lugar, esta vía no permite que la célula oxide los transportadores de electrones NADH reducidos formados durante la glucólisis [2] .
La acetil-CoA se puede metabolizar de otra manera: cuando dos de sus moléculas interactúan, se forma acetoacetil-CoA, que en el curso de una serie de reacciones se convierte en butiril-CoA. Este compuesto también tiene suficiente energía para la síntesis de ATP, por lo que el residuo de coenzima A puede ser reemplazado por un grupo fosfato, después de lo cual este grupo se usa en la reacción de fosforilación del sustrato ADP . El producto final de esta rama es el ácido butírico. La formación de ácido butírico le permite reducir la disminución del pH (solo se forma 1 mol de ácido por 1 mol de glucosa ), así como "deshacerse" de una cierta cantidad de NAD reducido, pero su rendimiento energético es inferior a durante la formación de ácido acético, solo tres moles de ATP por mol de glucosa.
Si, como consecuencia de la liberación de ácidos orgánicos durante la fermentación butírica, el pH desciende por debajo de 4,4, se activa la vía metabólica en las bacterias, cuyos productos finales son etanol , acetona y butanol. Cada una de estas vías utiliza NADH, pero ninguna produce más de dos moles de ATP por mol de glucosa [1] .
El uso de la fermentación butírica
El uso de la fermentación butírica a escala industrial comenzó durante la Primera Guerra Mundial . Los británicos necesitaban una gran cantidad de disolventes orgánicos: butanol (para la producción de caucho artificial ) y acetona (como disolvente de la nitrocelulosa en el proceso de fabricación de cordita, un polvo explosivo sin humo). Estas sustancias se extraían por pirólisis de la madera , y la producción de una tonelada de acetona requería el costo de 80 a 100 toneladas de abedul , haya o arce . En 1915, un joven científico, Chaim Weizmann , desarrolló un método de fermentación utilizando la bacteria Clostridium acetobutylicum , que hizo posible convertir 100 toneladas de melaza en 12 toneladas de acetona y 24 toneladas de butanol. Más tarde, mejoró este método al encontrar una cepa de bacterias que producía una cantidad particularmente grande de los solventes deseados. La acetona y el butanol se obtuvieron por fermentación butírica hasta las décadas de 1940 y 1950, cuando este método fue reemplazado por uno más económico [4] .
Fuentes
- ↑ 1 2 3 Gudz SP, Kuznetsova R.O., Kucheras R.V. Fundamentos de microbiología (neopr.) . - Kiev: UMK VO, 1991. - ISBN 5-7763-0670-1 .
- ↑ 1 2 3 Wang, Tay, Ivanov, Hung. Biotecnología Ambiental (neopr.) . - Springer, 2010. - ISBN 978-1-58829-166-0 .
- ↑ 1 2 Barton L. Relaciones estructurales y funcionales en procariotas . - Springer, 2005. - ISBN 0-387-20708-2 .
- ^ Prescott LM Microbiología (indefinido) . — 5to. - McGraw-Hill, 2002. - ISBN 0-07-282905-2 .
Literatura
- Glosario de términos en química // J. Opeida, A. Schweika. Instituto de Química Orgánica Física y Química del Carbón im. L.M. Litvinenko Academia Nacional de Ciencias de Ucrania, Universidad Nacional de Donetsk - Donetsk: "Weber", 2008. - 758 p. — ISBN 978-966-335-206-0
- Netrusov A.I., Kotova IB Microbiología. - 4ª ed., revisada. y adicionales .. - M . : Centro Editorial "Academia", 2012. - 384 p. - ISBN 978-5-7695-7979-0 .
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