混合酸発酵

解糖によって生成されたピルビン酸は乳酸に変換される。この反応は乳酸脱水素酵素（LDHA）によって触媒される。^{[ 1 ]}

ピルビン酸 + NADH + H ⁺ →乳酸+ NAD ⁺

ピルビン酸はピルビン酸デヒドロゲナーゼという酵素によってアセチル補酵素A （アセチルCoA）に変換される。このアセチルCoAはその後、大腸菌内で基質レベルリン酸化によってATPを生成しながら酢酸に変換される。酢酸の生成にはリン酸アセチルトランスフェラーゼと酢酸キナーゼという2つの酵素が必要である。^{[ 1 ]}

アセチルCoA + リン酸 → アセチルリン酸 + CoA

アセチルリン酸 + ADP →酢酸+ ATP

エタノールは、大腸菌内でNADHを用いてアセチル補酵素Aを還元することによって生成される。この2段階の反応には、アルコール脱水素酵素（ADHE）という酵素が必要である。^{[ 1 ]}

アセチル-CoA + NADH + H ⁺ → アセトアルデヒド + NAD ⁺ + CoA

アセトアルデヒド + NADH + H ⁺ →エタノール+ NAD ⁺

ギ酸はピルビン酸の分解によって生成される。この反応はピルビン酸-ギ酸リアーゼ（PFL）という酵素によって触媒され、大腸菌の嫌気性発酵の調節において重要な役割を果たしている。^{[ 8 ]}

ピルビン酸 + CoA → アセチルCoA +ギ酸

コハク酸は、大腸菌内でいくつかの段階を経て生成される。

解糖経路の中間体であるホスホエノールピルビン酸（PEP）は、酵素PEPカルボキシラーゼによってカルボキシル化されてオキサロ酢酸を形成する。^{[ 9 ]}続いて、酵素リンゴ酸デヒドロゲナーゼによってオキサロ酢酸がリンゴ酸に変換される。次に、フマル酸ヒドラターゼがリンゴ酸の脱水を触媒してフマル酸を生成する。^{[ 10 ]}

_{ホスホエノールピルビン酸}+ HCO₃⁻ → オキサロ酢酸 + リン酸

オキサロ酢酸 + NADH + H ⁺ → リンゴ酸 + NAD ⁺

リンゴ酸 → フマル_酸+ H₂O

コハク酸生成における最終反応は、フマル酸の還元である。この反応は、フマル酸還元酵素によって触媒される。

フマル酸 + NADH + H ⁺ →コハク酸+ NAD ⁺

この還元は、NADHデヒドロゲナーゼと電子伝達系に関連する電子を使用するため、大腸菌における嫌気呼吸反応です。ATPは、電気化学的勾配とATPシンターゼを使用して生成されます。これは、混合酸発酵経路において、基質レベルリン酸化を介してATPが生成されない唯一のケースです。^{[ 1 ] [ 2 ]}

ビタミンK2 _（メナキノンとも呼ばれる）は、大腸菌におけるフマル酸への電子伝達に非常に重要である。^{[ 11 ]}

大腸菌では、ギ酸は水素ガスと二酸化炭素に変換される。この反応にはギ酸水素リアーゼという酵素が必要である。この酵素は、細胞内の環境が過度に酸性になるのを防ぐために利用できる。^{[ 1 ]}

ギ_酸→ H₂_とCO₂

エタノールは最も一般的に使用されているバイオ燃料であり、発酵によって大規模に生産することができます。エタノール生産の理論上の最大収量は約20年前に達成されました。 ^{[ 14 ] [ 15 ]}科学者たちは、細菌Z. mobilis由来のピルビン酸デカルボキシラーゼ遺伝子とアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子を運ぶプラスミドを使用しました。これをE. coliに挿入すると、エタノールの収量が増加しました。このE. coli株KO11のゲノムは、最近になって配列決定され、マッピングされました。^{[ 16 ]}

大腸菌株W3110は、発酵を受けるグルコース1モルごとに酢酸2モルを生成するように遺伝子操作された。これはホモ酢酸経路として知られている。^{[ 17 ]}

乳酸は、ポリ乳酸（PLA）と呼ばれるバイオプラスチックの製造に使用できます。PLAの特性は、乳酸の2つの光学異性体（D-乳酸とL-乳酸）の比率に依存します。D-乳酸は、大腸菌の混合酸発酵によって生成されます。^{[ 18 ]}初期の実験では、大腸菌株RR1を遺伝子操作して、乳酸の2つの光学異性体のいずれかを生成するようにしました。^{[ 19 ]}

その後の実験では、もともとエタノール生産を強化するために開発された大腸菌株KO11が改変された。科学者たちは、いくつかの欠失を行うことで発酵からのD-乳酸の収量を増やすことができた。^{[ 20 ]}

混合酸発酵によるコハク酸の収率を高めることは、最初に酵素PEPカルボキシラーゼを過剰発現させることによって行われた。^{[ 21 ]}これにより、通常の約3倍のコハク酸収率が得られた。同様のアプローチを用いたいくつかの実験がそれに続いた。

代替アプローチでは、コハク酸収率を最適化するために酸化還元バランスとATPバランスを変更した。^{[ 22 ]}