Получение кетокислот (пировиноградной и кетоглутаровой)

Как известно тиамин (витамин В₁) в форме пирофосфатного производного является простетической группой ферментов, осуществляющих реакции расщепления и синтеза углерод-углеродных связей, находящихся между карбоксильной и карбонильной группами в молекулах α- кетокислот. Примерами таких процессов являются реакции окислительного декарбоксилирования ПВК и α-кетоглутаровой кислоты в цикле Кребса.

Большинство природных микроорганизмов способны самостоятельно синтезировать всю молекулу тиамина, однако методом мутагенеза и селекции получены виды неспособные к этому – тиамингетеротрофы или более правильно тиаминауксотрофы, нуждающиеся в добавлении тиамина к питательным средам.

При этом в зависимости от субстрата, на котором проводится культивирование, дефицит тиамина по разному отражается на обмене веществ у тиамингетеротрофов, поскольку может происходить избирательное блокирование тех или иных процессов карбоксилирования и декарбоксилирования.

Так, при окислении глюкозы тиамингетеротрофными дрожжами рода Candida промежуточным продуктом ее превращения в ацетил-КоА является пировиноградная кислота, окислительное декарбоксилирование которой осуществляется полиферментным комплексом, включающим ТПФ-зависимую

пируватдекарбоксилазу.

Дрожжи, выращиваемые на глюкозной среде с дефицитом по тиамину, не могут нормально осуществлять реакцию декарбоксилирования ПВК, что приводит к торможению или блокированию образования ацетил-КоА. Следствием дефицита тиамина является выделение ПВК в культуральную среду, нарушение функционирования цикла Кребса, снижение биосинтетических процессов в клетке, приводящее к прекращению роста культуры.

При росте на среде с н-алканами ацетил - КоА образуется в результате

β-о кисления алифатических жирных кислот, образующихся из н-алканов, минуя стадию образования ПВК. Если в культуральной среде создается лимит по тиамину, то процессы окисления в цикле Кребса прекращаются на стадии образования α- кетоглутаровой кислоты. Это связано с тем, что блокируется функционирование другого тиаминзависимого ферментного комплекса - α -кетоглутаратдегидрогеназы, катализирующей окислительное декарбоксилиро-вание α-кетоглутаровой кислоты и образование сукцинил-КоА. Следствием дефицита тиамина является накопление α -кетоглутаровой кислоты в клетке, ее выделение в среду и замедление роста клеток. Однако зависимость клеток от тиамина в данном случае гораздо меньше. Даже при глубоком дефиците тиамина в среде - 3-4 · 10^-4 мкг/мл, что соответствует его содержанию в водопроводной воде - дрожжи растут и выделяют в среду α -кетоглутаровую кислоту до полного потребления н-алканов. Это объясняется тем, что в клетках часть молекул ацетил-КоА метаболизируется по глиоксилатному циклу. Глиоксилатный цикл позволяет клетке не только получать энергию (АТФ), и самое главное, обеспечивает расширенный ресинтез (2 молекулы на цикл) щавелевоуксусной кислоты, восполняя ее утечку с α -кетоглутаровой кислотой из ЦТК.

α -Кетоглутаровая кислота - ценный химический реагент, используемый для производства глутаминовой кислоты и некоторых гетероциклических соединений. Промышленное производство α -кетоглутаровой кислоты микробиологическим путем налажено во многих странах.