fermentación de ácidos mixtos

El piruvato producido por la glucólisis se convierte en lactato . Esta reacción es catalizada por la enzima lactato deshidrogenasa (LDHA). ^{[ 1 ]}

piruvato + NADH + H ⁺ → lactato + NAD ⁺

El piruvato se convierte en acetil-coenzima A (acetil-CoA) por acción de la enzima piruvato deshidrogenasa . Este acetil-CoA se transforma posteriormente en acetato en E. coli , produciendo ATP mediante fosforilación a nivel de sustrato . La formación de acetato requiere dos enzimas: la fosfato acetiltransferasa y la acetato quinasa. ^{[ 1 ]}

acetil-CoA + fosfato → acetil-fosfato + CoA

acetilfosfato + ADP → acetato + ATP

El etanol se forma en E. coli mediante la reducción de la acetil coenzima A utilizando NADH. Esta reacción de dos pasos requiere la enzima alcohol deshidrogenasa (ADHE). ^{[ 1 ]}

acetil-CoA + NADH + H ⁺ → acetaldehído + NAD ⁺ + CoA

acetaldehído + NADH + H ⁺ → etanol + NAD ⁺

El formato se produce por la escisión del piruvato. Esta reacción es catalizada por la enzima piruvato-formato liasa (PFL), que desempeña un papel importante en la regulación de la fermentación anaeróbica en E. coli . ^{[ 8 ]}

piruvato + CoA → acetil-CoA + formiato

El succinato se forma en E. coli en varias etapas.

El fosfoenolpiruvato (PEP), un intermediario de la vía glucolítica , es carboxilado por la enzima PEP carboxilasa para formar oxalacetato . ^{[ 9 ]} Posteriormente, la enzima malato deshidrogenasa convierte el oxalacetato en malato . La fumarato hidratasa cataliza la deshidratación del malato para producir fumarato . ^{[ 10 ]}

fosfoenolpiruvato + HCO ₃ → oxalacetato + fosfato

oxaloacetato + NADH + H ⁺ → malato + NAD ⁺

malato → _fumarato + H₂O

La reacción final en la formación de succinato es la reducción del fumarato. Esta reacción es catalizada por la enzima fumarato reductasa .

fumarato + NADH + H ⁺ → succinato + NAD ⁺

Esta reducción es una reacción de respiración anaeróbica en E. coli , ya que utiliza electrones asociados con la NADH deshidrogenasa y la cadena de transporte de electrones . El ATP se genera mediante un gradiente electroquímico y la ATP sintasa . Este es el único caso en la vía de fermentación de ácidos mixtos donde el ATP no se produce mediante fosforilación a nivel de sustrato. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La vitamina K2 _, también conocida como menaquinona, es muy importante para el transporte de electrones al fumarato en E. coli . ^{[ 11 ]}

El formato puede convertirse en hidrógeno gaseoso y dióxido de carbono en E. coli . Esta reacción requiere la enzima formato-hidrógeno liasa . Puede utilizarse para evitar que las condiciones dentro de la célula se vuelvan demasiado ácidas. ^{[ 1 ]}

_formato → H₂ y CO₂_​

El etanol es el biocombustible más utilizado y puede producirse a gran escala mediante fermentación. El rendimiento teórico máximo para la producción de etanol se alcanzó hace aproximadamente 20 años. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Los científicos utilizaron un plásmido que contenía los genes de la piruvato descarboxilasa y la alcohol deshidrogenasa de la bacteria Z. mobilis . Este plásmido se insertó en E. coli , lo que resultó en un mayor rendimiento de etanol. El genoma de esta cepa de E. coli , KO11, se ha secuenciado y mapeado más recientemente. ^{[ 16 ]}

La cepa de E. coli W3110 fue modificada genéticamente para generar 2 moles de acetato por cada mol de glucosa que se somete a fermentación. Esto se conoce como vía del homoacetato. ^{[ 17 ]}

El lactato se puede utilizar para producir un bioplástico llamado ácido poliláctico (PLA). Las propiedades del PLA dependen de la proporción de los dos isómeros ópticos del lactato (D-lactato y L-lactato). El D-lactato se produce mediante fermentación ácida mixta en E. coli . ^{[ 18 ]} En experimentos iniciales, se modificó genéticamente la cepa de E. coli RR1 para que produjera uno u otro de los dos isómeros ópticos del lactato. ^{[ 19 ]}

Experimentos posteriores modificaron la cepa de E. coli KO11, desarrollada originalmente para mejorar la producción de etanol. Los científicos lograron aumentar el rendimiento de D-lactato a partir de la fermentación mediante la realización de varias deleciones . ^{[ 20 ]}

El aumento del rendimiento de succinato en la fermentación de ácidos mixtos se logró inicialmente mediante la sobreexpresión de la enzima PEP carboxilasa . ^{[ 21 ]} Esto produjo un rendimiento de succinato aproximadamente tres veces mayor de lo normal. Posteriormente se realizaron varios experimentos utilizando un enfoque similar.

Se han adoptado enfoques alternativos para alterar el equilibrio redox y de ATP y optimizar el rendimiento de succinato. ^{[ 22 ]}