Материал: Меледина Т.В., Давыденко С.Г. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм

Кроме того, после предварительного гидролиза до моносахаров дрожжи утилизируют сахарозу, мальтозу, мальтотриозу, а также внутренние углеводные резервы трегалозу и гликоген.

Гликолиз (рис. 5.1) начинается с фосфорилирования глюкозы и образования за счет макроэргической связи АТФ глюкозо-6- фосфата (Гл-6-Ф).

Источником D-глюкозы также служит гликоген, который является субстратом для фермента, отщепляющего гликозидные остатки с концов полисахаридных цепей гликогена. Следующая реакция на этом пути – изомеризация Гл-6-Ф во фруктозо-6-фосфат (Ф-6-Ф), осуществляемая глюкозофосфат изомеразой (ЕС 5.3.1.9). Эта реакция обратима.

Фр-6-Ф также образуется из фруктозы, поступающей непосредственно из питательной среды, а также при гидролизе сахарозы.

Третий фермент гликолитического пути, 6-фосфофруктокиназа, осуществляет образование Фр-1,6-дифосфата (Ф-1,6-Ф) из Фр-6-Ф и АТФ.

При этом на каждую молекулу глюкозы, вошедшую в цепь, потребляется две молекулы АТФ. Затем фруктозо-дифосфат-альдолаза

– фермент, содержащий цинк, катализирует обратимое расщепление шестиуглеродной молекулы на две трехуглеродные – дегидроацетонфосфат и D-глицеральдегид-3-фосфат. Только последняя молекула подвергается дальнейшим превращениям по пути ЭМП,

иравновесие между двумя триозофосфатами поддерживается триозофосфатизомеразой.

Далее D-глицеральдегид-3-фосфат идет на образование 1,3-дифосфоглицерата при участии фермента глицеральдегид-фосфат дегидрогеназы. Для этой реакции требуется источник неорганического фосфата. Это первая реакция в гликолитической цепи, которая включает окисление субстрата. Более того, это первая реакция, в которой образуется макроэргическая связь и свободная энергия окислительного процесса запасается в этой связи. На следующей ступени происходит перенос энергии этой связи на АДФ, так что образуется АТФ и 3-фосфо-D-глицерат, реакция катализируется фосфоглице- рат-киназой. На этом участке цепи из каждой вошедшей в нее молекулы D-глюкозы или D-фруктозы образуются две молекулы АТФ

идве молекулы НАДН2.

41

С помощью фосфоглицеромутазы 3-фосфо-D-глицерат превращается в 2-фосфо-D-глицерат. Затем энолаза (ЕС 4.2.1.11) в качестве посредника способствует удалению воды из 2-фосфо-D-глицерата, что приводит к образованию фосфоэнолпировиноградной кислоты (ФЕП). Богатая энергией связь в фосфоэнолпирувате (до = – 61,9 кДж/моль) используется затем для фосфорилирования АДФ, в результате чего образуются АТФ и пировиноградная кислота. В этой точке на каждую молекулу включенной в метаболизм глюкозы возникают две молекулы АТФ и 2 молекулы НАДН2.

Таким образом, в результате прохождения гликолитического пути образуется запас энергии в виде двух молекул АТФ.

Глюкоза 2 Пируват + 2 АТФ + 2 НАДН2

В табл. 5.1 указаны ферменты, принимающие участие в гликолизе, их коферменты, активаторы и ингибиторы. Эти данные можно использовать для регулирования гликолиза при разработке технологии дрожжей, а также в других производствах, где используются дрожжи.

Таблица 5.1

Активаторы и ингибиторы гликолиза

5.2. СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ

Гликолиз является первым этапом спиртового брожения. Образовавшаяся пировиноградная кислота декарбоксилируется при участии декарбоксилазы в ацетальдегид, который затем восстанавливается до этанола. Эта реакция осуществляется алкогольдегидрогеназой с участием НАДН2 (табл. 5.2). В ходе этой реакции НАДН2 окисляется до НАД+ (см. рис. 5.1), который далее вновь участвует в гликолизе. Именно за счет использования ацетальдегида в качестве конечного акцептора электронов клетка обеспечивает дальнейшее функционирование гликолитического пути и вследствие этого – дальнейшее образование АТФ для использования в биосинтетических реакциях.

Энергетический и химический баланс брожения:

С6 Н12 О6 + 2 АДФ + 2Фн 2СО2 + 2 СН3СН2 ОН + 2АТФ + +2 Н2О + 61 кДж

44

Таким образом, выход АТФ в пути ЭМП составляет 2 молекулы на молекулу глюкозы. Эффективность брожения составляет 26 %; 74 % энергии не удерживается клеткой и в основном рассеивается в виде тепла, поэтому следует применять охлаждение аппаратов. Скорость брожения непостоянна, и наибольшая активность наблюдается первые 24–36 ч. Затем ввиду ингибирования клеток этанолом этот процесс замедляется.

Таблица 5. 2

Активаторы и ингибиторы спиртового брожения

Для протекания спиртового брожения в питательной среде должны присутствовать тиамин (витамин В1), а также ионы Zn+2, Co+2, Mg+2 и Mn+2 (см. табл. 5.2). Например, увеличение концентрации ацетальдегида вследствие замедления его восстановления в этанол происходит из-за недостатка ионов Zn+2 в среде, в результате Ф-1,6-Ф идет на биосинтез глицерина (см. рис. 5.1). Кислород является ингибитором брожения (эффект Пастера), механизм этого процесса будет рассмотрен ниже.

Гликолитическая последовательность реакций является примером амфиболического пути, в ходе которого в биосинтетических реакциях клеткой используются различные промежуточные продукты:

–фосфорилированная глюкоза (Гл-1-Ф) является предшественником в синтезе полимеров клеточной стенки и резервных углеводов;

–триозофосфаты используются в синтезе жиров;

–фосфоенолпируват и пируват являются предшественниками некоторых аминокислот (рис. 5.2).

45