Получение лимонной кислоты

Рассмотрим кратко производство органических кислот на примере получения лимонной кислоты. Эта кислота является интермедиатом в цикле Кребса и поэтому концентрация ее в клетках очень незначительна. Следовательно, чтобы получать лимонную кислоту в больших количествах необходимо нарушить нормальное функционирова­ние цикла Кребса в клетке, блокировав процесс ее превращения в изолимонную кислоту. Тем самым мы предотвращаем полное окисление питательного субстрата до СО₂ и Н₂О и бурный рост биомассы продуцента. Оставшись на "голодном пайке" клетки продуцента дляподдержания жизнедея­тельности вынуждены интенсивно метаболизировать субстрат, что и приводит к сверхсинтезу лимонной кислоты.

Рассмотрим схему синтеза лимонной кислоты.

Лимонная кислота образуется в цикле Кребса в результате конденсации щавелевоуксусной кислоты и ацетил-КоА, катализируемой ферментом цитрат-синтазой. Для того чтобы обеспечить накопление избыточных количеств лимонной кислоты необходимо заблокировать процесс ее дальнейшего превращения в следующие кислоты цикла Кребса.

Механизм ингибирования превращения лимонной кислоты в этом процессе заключается в подавлении активности ферментов аконитазы и изоцитратдегидрогеназы в специфических условиях культивирования. Аконитаза-фермент-ферропротеид: для ее активации необходим ион Fе^+2. Поэтому процесс культивирования проводят в средах бедных ионом Fе⁺². При этом накапливающаяся в Fe⁺² -дефицитных клетках перекись водорода дополнительно ингибирует этот фермент. В среду культивирования так же добавляют гексацианоферрат калия, который, как было показано, является ингибитором другого фермента изоцитратдегидрогеназы. Кроме того, активность обоих ферментов угнетается при низких значениях рН, т.е. при накоплении кислоты в клетке. Низкое значения рН помимо ингибирования ферментов подавляет так же и развитие посторонней микрофлоры и обеспечивает асептические условия процесса.

Необходимая для синтеза щавелевоуксусная кислота при нормальном функционировании цикла Кребса присутствует в нем и регенерируется в конце каждого цикла. В условиях синтеза лимонной кислоты цикл Кребса блокирован и поэтому наряду с ацетил - КоА необходим постоянный подвод и щавелевоуксусной кислоты. Необходимые дляреакции ацетил-КоА и щавелевоуксусная кислота образуются в клетках из двух молекул пирувата: при этом одна молекула пирувата декарбоксилируется с образованием ацетил-КоА, а вторая карбоксилируется, давая щавелевоуксусную кислоту. Пируват образуется по классическому фруктозобисфосфатному пути (гликолиз).

В качестве продуцента лимонной кислоты чаще всего используют A.niger.