Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Молочнокислые бактерии распространены там, где они могут обеспечить свои высокие потребности в питательных веществах и где имеются большие количества углеводов, переработка которых дает им необходимую для роста энергию. Их много в молоке и молочных продуктах, на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков; обнаружены они в пищеварительном тракте и на слизистых, оболочках животных и человека.
Молочнокислым бактериям принадлежит главная роль в осуществлении ряда процессов, используемых с давних времен для получения различных молочнокислых продуктов, в процессах соления и квашения: овощей, силосования кормов. Кефир — продукт совместной деятельности молочнокисых бактерий и дрожжей. Известно много национальных кисломолочных продуктов (кумыс, йогурт и др.), Для приготовления' которых используют кобылье, верблюжье, овечье, козье молоко, а в-, качестве закваски — естественно возникшие и сохраняемые комплексы молочнокислых бактерий и дрожжей. Молочнокислые бактерии играют также большую роль в процессе приготовления сыров и сливочного масла. Первый этап производства сыров (створаживание белков-молока) осуществляется молочнокислыми бактериями.
Скисание сливок, необходимое для получения сливочного масла,, также вызывают бактерии рода Streptococcus. Помимо молочной кислоты некоторые из них образуют ацетоин и диацетил, придающие сливочному маслу характерный запах и вкус. Субстратом служит лимонная кислота, содержание которой в молоке может достигать 1 г/л. Реакции, ведущие к образованию этих веществ, начинаются с расщепления лимонной кислоты, катализируемого цитратлиазой:
лимонная кислота-*~ уксусная кислота + щавелевоуксусная кислота.
Уксусная кислота выделяется в среду, а щавелевоуксусная кислота (ЩУК) декарбоксилируется, что приводит к образованию пирувата:
Дальнейшее метаболизирование пирувата осуществляется по трем различным путям: часть молекул восстанавливается до молочной кислоты; другая часть подвергается декарбоксилированию, приводящему к. возникновению разных Сг-интермедиатов (ацетил-КоА и «активный» ацетальдегид) и взаимодействию между ними, заканчивающемуся синтезом молекулы диацетила. Восстановление последнего с помощью ацетоиндегидрогеназы приводит к образованию ацетоин а:
CH3-C-C-CH3 + НАД • H2 CH3-CH-C-CH3 + НАД+. (2)
ЩУК
*? пировиноградная кислота + CO2 ?
(1>
O О диацетил
OH О
ацетоин
188
Эта последовательность реакций не связана с получением клеткой энергии. Смысл ее, возможно, в дополнительном своеобразном решении «акцепторной проблемы», так как, во-первых, образование пиру-вата в реакции (J) не сопровождается синтезом НАД •H2, и, во-вторых, синтез ацетоина из диацетила (реакция 2) требует дополнительных молекул НАД • H2.
Использующие мальтозу молочнокислые бактерии участвуют в квашении овощей. В мелко нарезанные овощи добавляют 2—3% соли и создают условия, исключающие свободный доступ воздуха. Начинается спонтанное молочнокислое брожение. Аналогичный процесс протекает при силосовании кормов. Предназначенная для силосования растительная масса плотно загружается в силосные башни или ямы. Чтобы повысить питательные свойства среды, добавляют мелассу, а с целью создания более благоприятных условий для молочнокислых бактерий растительную массу подкисляют.. В этих условиях также' протекает спонтанное молочнокислое брожение.
Спиртовое брожение
Выше мы разобрали наиболее простой способ решения донор-акцепторной проблемы, который реализуется в виде молочнокислого брожения у группы гомоферментативных молочнокислых бактерий. Дальнейшие поиски на путях эволюции привели к формированию других метаболических возможностей для решения этой проблемы. Одна из них заключается в том, что из пировиноградной кислоты в результате ее окислительного декарбоксилирования образуется ацетальде-гид, который становится конечным акцептором водорода. В итоге из-1 молекулы гексозы образуются 2 молекулы этилового спирта и 2 молекулы углекислоты. Процесс получил название спиртового брожения. Спиртовое брожение распространено среди прокариотных (различные облигатно и факультативно анаэробные бактерии) и эукариотных (дрожжи) форм. В анаэробных условиях у высших растений также отмечено накопление этилового спирта.
Процесс спиртового брожения, осуществляемый дрожжами, до последней реакции идет по тому же пути, что и описанный выше процесс-молочнокислого брожения, но последняя реакция заменена двумя другими ферментативными реакциями. Сначала пируват с помощью пиру-ватдекарбоксилазы, ключевого фермента спиртового брожения, декар-боксилируется до ацетальдегида и CO2:
CH3-C-COOH О
пировиноградная кислота
Особенность реакции заключается в ее полной необратимости. Кофер-ментом пируватдекарбоксилазы является тиаминпирофосфат — эфир-тиамина (витамина Bi) и пирофосфорной кислоты, выполняющий функцию кофермента во многих реакциях декарбоксилирования а-ке-токислот.
Образовавшийся ацетальдегид восстанавливается до этанола с участием НАД+-зависимой алкогольдегидрогеназы:
CO3-Cf +CO2 4H
ацетальдегид
