- תהליך התסיסה של בוטיר
- אורגניזמים המבצעים תסיסה בוטירית
- מוצרים
- שימושים ויישומים של חומצה בוטירית
- דלקים ביולוגיים
- תעשיית המזון והתרופות
- מחקר הסרטן
- סינתזה כימית
- הפניות
תסיסת בוטירית מתרחשת כאשר גלוקוז מן חומצה בוטירית מתקבל כתוצר הסוף הגדול. זה מבוצע על ידי חיידקים מסוימים בתנאים של היעדר מוחלט של חמצן והתגלה על ידי לואי פסטר, על פי הערתו בדוח בשנת 1861 על ניסויים שנערכו בשנת 1875.
תסיסה היא תהליך ביולוגי שבאמצעותו חומר הופך לתהליך פשוט יותר. זהו תהליך קטבולי, של השפלה של חומרים מזינים כדי להשיג תרכובת אורגנית כמוצר סופי.
לואיס פסטר
תהליך זה אינו זקוק לחמצן, הוא אנאירובי והוא מאפיין כמה מיקרואורגניזמים כמו חיידקים ושמרים. תסיסה מתרחשת גם בתאי בעלי חיים, במיוחד כאשר אספקת החמצן התאית אינה מספיקה. זהו תהליך מניב אנרגטית.
ממולקולת הגלוקוזה, באמצעות מסלול Embden-Meyerhof-Parnas (מסלול הגליקוליזה הנפוץ ביותר), נוצר פירובט. תסיסה מתחילה מפירובאט, שמתוסס למוצרים שונים. בהתאם למוצרי הקצה, ישנם סוגים שונים של תסיסה.
תהליך התסיסה של בוטיר
תסיסה בוטירית מוגדרת כשפלת הגלוקוזה (C6H12O6) לייצור חומצה בוטירית (C4H8O2) וגז, בתנאים אנאירוביים ועם תפוקת אנרגיה נמוכה. זה מאפיין לייצור ריחות לא נעימים ובלתי רגילים.
תסיסה בוטירית מתבצעת על ידי חיידקים המייצרים נבכי גראם חיוביים מהסוג Clostridium, בדרך כלל Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, בנוסף ל- Clostridium kluyveri ו- Clostridium pasteurianum.
עם זאת, דיווחו גם על חיידקים אחרים המסווגים בסוגות Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera ו- Sarcina כמפיקים של butyrate.
בתהליך התסיסה, הגלוקוז מחולל לפירובט, ומייצר שני שומות של ATP ו- NADH. לאחר מכן תוסס פירובאט למוצרים שונים, תלוי בזן החיידקי.
מלכתחילה, פירובט הופך לקטט וזה הופך לאצטיל-CoA עם שחרורו של CO2. בהמשך, שתי מולקולות אצטיל-CoA יוצרות acetoacetyl-CoA, שמופחת לאחר מכן ל butyryl-CoA, דרך שלבי ביניים מסוימים. לבסוף, קלוסטרידיום תוסס את בוטיריל-CoA לחומצה בוטירית.
האנזימים phosphotransbutyrylase ו- butyrate kinase הם האנזימים העיקריים לייצור בוטיראט. בתהליך היווצרות בוטיראט נוצרים 3 שומות של ATP.
בתנאי גידול מעריכיים, התאים מייצרים יותר אצטט מאשר בוטיראט, שכן נוצר שומה אחת נוספת של ATP (4 בסך הכל).
בסוף הצמיחה המעריכית ונכנסים לשלב הנייח, חיידקים מפחיתים את ייצור האצטט ומגדילים את ייצור הבוטיראט, ומפחיתים את הריכוז הכולל של יוני מימן, מאזנים את החומציות החומצית של המדיום.
אורגניזמים המבצעים תסיסה בוטירית
המיקרואורגניזם המבטיח ביותר ששימש לייצור ביו של חומצה בוטירית הוא C. tyrobutyricum. מין זה מסוגל לייצר חומצה בוטירית עם סלקטיביות גבוהה ויכול לסבול ריכוזים גבוהים של תרכובת זו.
עם זאת, הוא יכול לתסוס רק ממעט מאוד פחמימות, כולל גלוקוז, קסילוז, פרוקטוז ולקטט.
C. butyricum יכול לתסוס מקורות פחמן רבים, כולל hexoses, pentoses, glycerol, lignocellulose, מולסה, עמילן תפוחי אדמה, ומחלח מי גבינה.
עם זאת, תשואות הבוטיראט נמוכות בהרבה. ב- C. thermobutyricum, טווח הפחמימות התוססות הוא בינוני, אך הוא אינו מטבוליזם של סוכרוז או עמילן.
קלסטררידיה המייצרת ביו-בוטרט מייצרת גם כמה תוצרי לוואי אפשריים, כולל אצטט, H2, CO2, לקטט ומוצרים אחרים, תלוי במין קלוסטרידיום.
תסיסה של מולקולת גלוקוזה על ידי C. tyrobutyricum ו- C. butyricum יכולה להתבטא באופן הבא:
גלוקוז → 0.85 בוטיראט + 0.1 אצטט + 0.2 לקטט + 1.9 H2 + 1.8 CO2
גלוקוז → 0.8 בוטיראט + 0.4 אצטט + 2.4 H2 + 2 CO2
המסלול המטבולי של מיקרואורגניזם במהלך תסיסה אנאירובית מושפע מכמה גורמים. במקרה של חיידקים מהסוג קלוסטרידיום, המייצרים בוטיראט, הגורמים המשפיעים בעיקר על ביצועי צמיחה ותסיסה הם: ריכוז הגלוקוזה במדיום, pH, לחץ חלקי של מימן, אצטט ו בוטיראט.
גורמים אלה יכולים להשפיע על קצב הגידול, על ריכוז התוצרים הסופיים ועל התפלגות המוצרים.
מוצרים
התוצר העיקרי של תסיסה בוטירית הוא חומצה קרבוקסילית, חומצה בוטירית, חומצה שומנית ארבע פחמנית קצרה שרשרת (CH3CH2CH2COOH), המכונה גם חומצה בוטנואית.
יש לו ריח לא נעים וטעם חריף, עם זאת הוא משאיר טעם מתוק במקצת בפה, בדומה למה שקורה עם האתר. נוכחותה אופיינית לחמאה גסה, בהיותה אחראית לריח וטעמה הלא נעים, ומכאן שמה, אשר נגזר מהמילה היוונית "חמאה".
עם זאת, לאסטרים מסוימים של חומצה בוטירית יש טעם או ריח נעימים, וזו הסיבה שהם משמשים כתוספות למזון, משקאות, קוסמטיקה ותעשיית התרופות.
שימושים ויישומים של חומצה בוטירית
דלקים ביולוגיים
לחומצה בוטירית שימושים רבים בתעשיות שונות. יש כרגע עניין רב להשתמש בו כמבשר לדלקים ביולוגיים.
תעשיית המזון והתרופות
יש לו יישומים חשובים גם בתעשיית המזון והטעם, בגלל הטעם והמרקם הדמויי החמאה שלו.
בתעשיית התרופות הוא משמש כמרכיב בתרופות שונות נגד סרטן ובטיפולים טיפוליים אחרים, ואסטרים של בוטיראט משמשים לייצור בשמים, בשל ניחוחם הפירותי.
מחקר הסרטן
לטענת בוטירט יש השפעות שונות על התפשטות תאים, אפופטוזיס (מוות תאים מתוכנת) והבחנה.
עם זאת, מחקרים שונים הניבו תוצאות מנוגדות מבחינת השפעת בוטירט על סרטן המעי הגס, והולידו את מה שמכונה "פרדוקס בוטיראט".
סינתזה כימית
ייצור מיקרוביאלי של חומצה בוטירית הוא חלופה אטרקטיבית עדיפה לסינתזה כימית. ההצלחה ביישום תעשייתי של כימיקלים מבוססי ביולוגי תלויה מאוד בעלות הייצור / הביצוע הכלכלי של התהליך.
לפיכך, הייצור התעשייתי של חומצה בוטירית בתהליכי תסיסה דורש חומר גלם לא יקר, ביצועי תהליכי יעילות גבוהה, טוהר מוצרים גבוה וחוסן חזק של הזנים המייצרים.
הפניות
- חומצה בוטירית. אנציקלופדיה עולמית חדשה. . ניתן להשיג באתר: newworldencyclopedia.org
- Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). חיידקים אנאירוביים: תהליכים המבצעים ותורמים לקיימות החיים על פני כדור הארץ. נובה, 13 (24), 55-81. . ניתן להשיג ב: scielo.org.co
- דווידר, מ., פארק, ג'.י., מיטשל, ר.ג., סאנג, ב.- אי. (2012). עתיד החומצה הבוטרית בתעשייה. כתב העת העולמי המדעי,. ניתן להשיג ב: doi.org.
- Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. סקירה על ייצור חומצות ביו בוטיריות ומיטוב שלה. בי. ג'. אגריק. ביול .16, 1019-1024.
- פורטר, ג'יי.אר (1961). לואיס פסטר. הישגים ואכזבות, 1861. ביקורות בקטריולוגיות, 25 (4), 389–403. . ניתן להשיג באתר: mmbr.asm.org.