Ацетогенез — это процесс, посредством которого ацетат образуется либо за счет восстановления CO 2 , либо за счет восстановления органических кислот , а не за счет окислительного распада углеводов или этанола, как у уксуснокислых бактерий . [1]
Различные виды бактерий, способные к ацетогенезу, называются ацетогенами . Восстановление CO 2 до ацетата анаэробными бактериями происходит по пути Вуда-Люнгдала и требует источника электронов (например, H 2 , CO , формиата и т. д.). Некоторые ацетогены могут автотрофно синтезировать ацетат из углекислого газа и газообразного водорода. [2] Восстановление органических кислот до ацетата анаэробными бактериями происходит посредством ферментации .
В 1932 году были открыты организмы, способные превращать газообразный водород и углекислый газ в уксусную кислоту . Первый вид ацетогенных бактерий, Clostridium aceticum , был открыт в 1936 году Клаасом Таммо Вирингой. Второй вид, Moorella thermoacetica , привлек широкий интерес из-за его способности, о которой сообщалось в 1942 году, превращать глюкозу в три моля уксусной кислоты. [3]
Предшественником уксусной кислоты является тиоэфир ацетил-КоА . Ключевыми аспектами ацетогенного пути являются несколько реакций, которые включают восстановление углекислого газа до монооксида углерода и присоединение монооксида углерода к метильной группе . Первый процесс катализируется ферментами, называемыми дегидрогеназой окиси углерода . Соединение метильной группы (обеспечиваемой метилкобаламином ) и CO катализируется ацетил-КоА-синтазой. [4]
Уникальный метаболизм ацетогенов имеет значение для биотехнологических целей. При ферментации углеводов реакции декарбоксилирования приводят к потере углерода в диоксид углерода . Эта потеря является проблемой, связанной с повышенными требованиями к минимизации выбросов CO 2 , а также с успешной конкуренцией за ископаемое топливо, при этом производство биотоплива ограничивается денежной стоимостью. Ацетогены могут ферментировать глюкозу без каких-либо выбросов CO2 и превращать одну молекулу в три молекулы уксусной кислоты, увеличивая выход продукта на 50%. Ацетогенез не заменяет гликолиз другим путем, а скорее захватывает CO 2 из гликолиза и использует его для ацетогенеза. Хотя таким способом можно получить три молекулы уксусной кислоты, для производства трех молекул этанола потребуется восстановитель, такой как газообразный водород. [5]