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酢酸生成は、酢酸菌のように炭水化物やエタノールの酸化分解ではなく、CO2の還元または有機酸の還元によって原核微生物によってアセチルCoA [1]または酢酸が生成されるプロセスです。[2]アセチルCoAはバイオマス に組み込まれるか、酢酸に変換されます。[1]
酢酸生成能を持つ様々な細菌種は、総称して酢酸生成菌と呼ばれています。嫌気性細菌による二酸化炭素の酢酸への還元は、ウッド・リュングダール経路を介して起こり、電子源（例えば、H 2、CO、ギ酸など）を必要とします。一部の酢酸生成菌は、二酸化炭素と水素ガスから独立栄養的に酢酸を合成できます。 [3]嫌気性細菌による有機酸の酢酸への還元は、発酵によって起こります。
発見
1932年、水素ガスと二酸化炭素を酢酸に変換できる生物が発見されました。最初の酢酸生成細菌種であるクロストリジウム・アセティカムは、1936年にクラース・タモ・ウィアリンガによって発見されました。2番目の種であるムーレラ・サーモアセティカは、1942年にグルコースを3モルの酢酸に変換する能力が報告され、大きな注目を集めました。 [4]
生化学
酢酸の前駆体はチオエステル アセチルCoAである。酢酸生成経路の重要な側面は、二酸化炭素（CO 2）から一酸化炭素（CO）への還元と、COのメチル基（-CH 3）および補酵素Aへの結合を含むいくつかの反応である。最初のプロセスは、一酸化炭素脱水素酵素と呼ばれる酵素によって触媒される。メチル基（メチルコバラミンによって提供）、CO、および補酵素Aの結合は、アセチルCoAシンターゼによって触媒される。[5]
H 2によるCO 2から酢酸への全体的な還元反応は次のとおりです。
- 2 CO 2 + 4 H 2 → CH 3 COOH + 2 H 2 O Δ G ° = −95 kJ/mol [4]
1モルのグルコースを3 モルの酢酸に変換することも、熱力学的に好ましい反応です。
- C 6 H 12 O 6 → 3 CH 3 COOH Δ G ° = −310.9 kJ/mol [4]
しかし、細胞にとって重要なのは、どれだけのATPが生成されるかです。これは基質に依存します。[1]
アプリケーション
アセトゲンの独特な代謝はバイオテクノロジーの用途において重要な意味を持つ。炭水化物発酵では、脱炭酸反応は有機炭素を二酸化炭素に変換することで終わる。バイオ燃料の生産では、CO 2排出量を削減する必要性および競争力を維持する必要性から、この非効率性はアセトゲンを使用することで排除されるべきかもしれない。アセトジェネシスは解糖系を別の経路に置き換えるのではなく、解糖系から CO 2 を捕捉し、それを使って酢酸を生成する。この方法で酢酸 3 分子を生成できるが、エタノール3 分子を生成するには水素ガスなどの追加の還元剤が必要になる。[1]
参考文献
- ^ abcd Schuchmann K, Müller V (2016年7月). 「酢酸生成細菌における従属栄養性のエネルギー論と応用」.応用環境微生物学. 82 (14): 4056–69. Bibcode :2016ApEnM..82.4056S. doi :10.1128/AEM.00882-16. PMC 4959221. PMID 27208103 .
- ^ Angelidaki I、Karakashev D、Batstone DJ、Plugge CM、Stams AJ (2011)。「16. バイオメタン化とその可能性」。Rosenzweig AC、Ragsdale SW (編)。酵素学の方法。メタン代謝の方法、パート A。第 494 巻。Academic Press。pp. 327–351。doi :10.1016/ B978-0-12-385112-3.00016-0。ISBN 978-0-123-85112-3. PMID 21402222。
- ^ Singleton P (2006). 「酢酸生成」。微生物学および分子生物学辞典（第3版）。チチェスター：John Wiley。ISBN 978-0-470-03545-0。
- ^ abc ラグズデール SW、ピアース E (2008 年 12 月)。 「酢酸生成とCO2固定のWood-Ljungdahl経路」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - タンパク質とプロテオミクス。1784 (12): 1873 ～ 1898 年。土井：10.1016/j.bbapap.2008.08.012。PMC 2646786。PMID 18801467。
- ^ Ragsdale SW (2006 年 8 月). 「困難な酵素反応を促進する金属とその足場」. Chemical Reviews . 106 (8): 3317–37. doi :10.1021/cr0503153. PMID 16895330.