Окисление ПВК

ГОСТ 3.1115-79 Форма 5

ГОСТ 3.1105-84 Форма 7

Дубл.

Зам.

Оригінал

01102.05215

13

12

Розробив

Сімченко О

ГЕМК

ГЕМК.ДП0515.355.1005

ГЕМК 20102.05215

Перевірив

Гайдук М.В.

Зубчасте колесо

ДП

Н.контроль

Гайдук М.В.

   

ке

73

ГОСТ 3.1404-86 Форма 1

Дубл.
Зам.
Оригінал
		01102.05215
Розробив	Сімченко О.Е.			ГЕМК	ГЕМК.ДП0515.355.1005		ГЕМК 01102.05215
Перевірив	Гайдук М.В.
					Зубчасте колесо	ДП
Н.контроль	Гайдук М.В.
М 01	Сталь 40Х ГОСТ 4543-71
М 02	Код	ОВ	МД	ОН	Н.витр.	КВМ	Код загот.	Профіль та розміри	КД	МЗ
	кг					Готовий виріб	Ø220 х 85	1	14,3
А	Цех	Дільн	РМ	Опер.	Код, назва операції	Позначення документа
Б	Код, назва обладнання	См.	Проф.	Р	УП	КВ	КОВД	ОН	ОП	Кшт	Тпз	Тшт
03 А				005	Свердління
04 Б						2	18340	412	2Р	1	1	1	1	1	8	16
05				010	4114 Токарно-гвинторізна
06 А					1К616	2	19149	412	1Р	1	1	1	1	1	15	27
07 Б	Патрон трикулачковий ГОСТ 2675-80
08 Т				015	4261 Зубофрезерна
09 А					6Р12	2	19479	412	1Р	1	1	1	1		24	87
10 Б				020	Долбильна
11 А					7А412	2		412	1Р	1	1	1	1		21	74
12 Б				025	4131 Шліфувальна
11 А					3А164	2	19630	412	2Р	1	1	1	1		9	39
14 Б	Патрон повідковий ГОСТ 2571-80
15 Т				030	0200 Контроль
16					Стіл ВТК	4	12970	322	1Х	1	1	1	1		2	3
МК

ПВК занимает центральное положение в промежуточном метаболизме и может служить предшественником различных продуктов. Многие микроорганизмы окисляют большую часть ПВК до ацетил-КоА:

-ПВК + КоА + НАД⁺ ® ацетил-КоА + НАД×Н₂ + СО₂ (пируватдегидрогеназа);

-ПВК + КоА + 2Fd ® ацетил-КоА + 2Fd×Н + СО₂ (пируват: ферредоксин-оксидоредуктаза) – клостридии;

-ПВК + КоА ® ацетил-КоА + формиат (пируват: формиат-лиаза) – энтеробактерии и муравьинокислое брожение;

-ПВК ® ацетальдегид + СО₂ (пируватдекарбоксилаза) – дрожжи и спиртовое брожение.

Субстратное фосфорилирование (типы жизни, основанные на нём). Брожение – способ получения энергии при котором АТФ образуется в процессе анаэробного окисления органических субстратов в реакциях субстратного фосфорилирования. Проходит без участия молекулярного кислорода (брожение – жизнь без доступа воздуха). Из трёх возможных способов получения энергии (дыхание, фотосинтез и брожение) брожение является наиболее древним и простым. Это метаболический процесс при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления субстрата могут служить как донорами, так и акцепторами электронов.

Рисунок (схема брожения):

Таким образом, при брожении протекают два процесса: окисление и восстановление.

1. Окисление – отрыв электронов от определённых метаболитов с помощью определённых ферментов – дегидрогеназ и акцептирование их другими молекулами, образующимися из сбраживаемого субстрата.

2. Восстановление. Основной проблемой является проблема акцептора электронов. Это органические соединения – метаболиты, образующиеся из субстрата (ПВК, ацетальдегид) или вещества, содержащиеся в среде культивирования (аминокислоты и т.д.). Если конечным акцептором электронов является ацетальдегид образуется этанол, ПВК – молочная кислота, СО₂ – формиат, ацетат, атомарный водород – молекулярный водород. Круг веществ, которые могут сбраживаться, широк. Это могут быть углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты, пурины, пиримидины. Основное условие – вещество не должно содержать полностью окисленных или полностью восстановленных углеродных атомов.

Таким образом, продуктами брожения могут быть органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этанол, бутанол, пропанол), ацетон, а также СО₂ и Н₂. Обычно образуется несколько продуктов, но в зависимости от основного: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое брожение и т.д. Продукты брожения накапливаются в среде, что используется в биотехнологических производствах.

Молочнокислое брожение. Осуществляют бактерии семейства Lactobacillaceae. Это грамположительные бактерии, не образующие спор (за исключением Sporolactobacillus inulinus), неподвижные. Используют в качестве источника углерода и энергии глюкозу (углеводы). Они способны осуществлять только брожение, т.к. не имеют гемапротеинов (цитохромы и каталаза). Анаэробы, но аэротолерантны. Большинство нуждается в тиамине, биотине, пантотеновой, никотиновой и фолиевой кислотах, а также пуринах, пиримидинах и аминокислотах. Способны использовать молочный сахар (галактоза после фосфорилирования превращается в глюкозофосфат).

Молочнокислые бактерии встречаются:

-молоко и молочные продукты (Lactobacillus lactis, L. bulgaricus, L. casei, L. fermentum, Streptococcus lactis);

-на растениях (Lactobacillus plantarum, L. fermentum, Streptococcus lactis);

-в кишечнике и на слизистых (L. acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Streptococcus faecalis, Str. рyogenes, Str. рneumoniae).

Гомоферментативное молочнокислое брожение. Под действием лактатдегидрогеназы из ПВК образуется молочная кислота, которая составляет до 90% продуктов брожения:

СН₃-СО-СООН + НАД×Н₂ ® СН₃-СНОН-СООН + НАД⁺

Гетероферментативное молочнокислое брожение. У представителей, которые его осуществляют нет альдолазы и триозофосфатизомеразы, поэтому катаболизм углеводов идёт по пентозофосфатному пути. Ксилулозо-5-фосфат с помощью пентозофосфаткетолазы расщепляется на глицеральдегидфосфат и ацетилфосфат. Ацетилфосфат восстанавливается через ацетил-КоА и ацетальдегид в этанол (некоторые бактерии переводят его в уксусную кислоту с образованием АТФ). Глицеральдегидфосфат через ПВК – в молочную кислоту.

Некоторые сбраживают глюкозу по гомоферментативному пути, а пентозы с образованием молочной и уксусной кислот (Lactobacillus plantarum, L. casei).

Leuconostoc mesentoroides сбраживает глюкозу с образованием молочной кислоты, этанола и СО₂.

Bifidobacterium bifidum – гетероферментативные молочнокислые бактерии сбраживают глюкозу до молочной и уксусной кислот (усваивает N-ацетилглюкозамин, строгий анаэроб – не переносит О₂, необходимо присутствие до 10% СО₂).

Молочнокислые бактерии подкисляют среду до рН < 5. Это свойство используется при:

-приготовлении силоса;

-приготовлении кислой капусты (Leuconostoc, а на более поздних стадиях – Lactobacillus plantarum);

-молочнокислых продуктов:

-творог и мягкий сыр – Streptococcus lactis, Str. thermophilus, L. bulgaricus;

-твёрдые сорта сыра – L. casei, Streptococcus lactis на стадиях созревания вместе с пропионовокислыми бактериями;

-йогурт – Str. thermophilus, L. bulgaricus;

-биогурт – Lactobacillus acidophilus, Str. thermophilus;

-кефир – лактобациллы, стрептококки, микрококки и дрожжи.

Спиртовое брожение. Продуценты облигатно и факультативно анаэробные бактерии, а также дрожжи. Этот процесс отмечен и для растений в анаэробных условиях.

Saccharomyces cereviseae – сбраживает углеводы до этанола и СО₂;

С₆Н₁₂О₆ ® 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН

Превращение ПВК в этанол:

-декарбоксилирование до ацетальдегида (при участии тиаминпирофосфата);

-восстановление ацетальдегида до этанола при участии алкогольдегидрогеназы (кофермент – НАДН₂):

СН₃-СНО + НАД×Н₂ ® СН₃-СН₂ОН

С₆Н₁₂О₆ + 2Ф + 2АДФ ® 2СН₃-СН₂ОН + 2СО₂ + 2АТФ + 2Н₂О

1 моль глюкозы ® 2 моль АТФ

У бактерий иначе: Zymomonas mobilis – ПВК образуется по КДФГ-пути. Энтеробактерии и клостридии образуют этанол (как побочный продукт) путём восстановления ацетил-КоА.

Дыхание. (конечный акцептор электронов – молекулярный кислород). ПВК окисляется пируватдегидрогеназой:

ПВК + НАД⁺ + КоА ® ацетил-КоА + НАД×Н₂ + СО₂

Цикл трикарбоновых кислот. Служит для окисления двууглеродного соединения – ацетата до СО₂ с образованием водорода. При участии трёх дегидрогеназ водород переносится на НАД(Р)⁺, а под действием сукцинатдегидрогеназы на хинон. Водород с НАД(Р)⁺, как правило, передаётся в дыхательную цепь.

Рисунок (схема):

СН₃СООН ® 2СО₂ + 3НАД×Н₂ + ФАД×Н₂ + АТФ

Под действием цитратсинтазы ацетил-КоА присоединяется к оксалоацетату. При этом образуется цитрат и освобождается КоА. Хотя молекула лимонной кислоты обладает зеркальной симметрией она расщепляется ассиметрично. Аконитатгидратаза (аконитаза) катализирует взаимное превращение трёх трикарбоновых кислот:

цитрат «цис-аконитат «изоцитрат

Изоцитрат под действием изоцитратдегидрогеназы окисляется до 2-оксоглутарата. Существует одна НАД(Р)- и одна НАД-зависимая система ферментов. Оксалосукцинат остаётся связанным с ферментом.

2-оксоглутаратдегидрогеназа катализирует реакцию аналогичную пируватдегидрогеназной. В ней участвуют в качестве коферментов: тиаминпирофосфат, липоат, КоА, НАД⁺, а также ионы Мg²⁺. Сукцинат может освобождаться прямо из сукцинил-КоА под действием КоА-ацилазы или в реакции, сопряжённой с фосфорилированием АДФ:

Сукцинил-КоА + АДФ + Ф_н «сукцинат + АТФ

(Примечание: в данной реакции первоначально образуется ГТФ, который затем отдаёт высокоэнергетический фосфат на АДФ).

Сукцинатдегидрогеназа окисляет сукцинат до фумарата и передаёт водород на убихинон и Fe³⁺ и цитохром b.

Фумараза (фумаратгидратаза) присоединяет воду к фумарату (реакция специфична) с образованием малата. С помощью малатдегидрогеназы малат окисляется до оксалоацетата, т.е. происходит регенерация акцептора ацетата и цикл замыкается.

Все реакции цикла, кроме образования сукцинил-КоА, обратимы.

При окислении ацетата в цикле трикарбоновых кислотобразуется 2 моль СО₂, 1 моль АТФ, 8[Н] (6 – на уровне пиридиннуклеотидов и 2 – на уровне флавопротеинов).

Общий энергетический баланс при аэробном окислении 1 моль глюкозы составляет:

-на уровне гликролиза: 2АТФ + 2НАД×Н₂;

-на уровне окисления ПВК: 2СО₂ + 2НАД×Н₂;

-на уровне цикла трикарбоновых кислот: 4СО₂ + 6НАД×Н₂ + 2 ФАД×Н₂ + 2АТФ

В пересчёте на АТФ – 38 моль АТФ.

Цикл трикарбоновых кислот выполняет не только функцию конечного окисления органических веществ, но и обеспечивает процессы биосинтеза таких предшественников, как a -кетоглутарат, оксалоацетат и сукцинат. Их отсутствие привело бы к нехватке оксалоацетата – акцептора ацетата и тем самым к нарушению работы цикла. Восполнение потерь оксалоацетата происходит за счёт анаплеротических реакций (карбоксилирование ПВК и ФЕП) или по глиоксилатному циклу (в случае использования ацетата как субстрата) с участием ферментов изоцитратлиазы (продукты: сукцинат и глиоксилат) и малатсинтазы.

Дата добавления: 2015-07-13