Введение
ГЛАВА 1 Микробиологическая конверсия пентоз (обзор литературы) 17
1.1 Природные источники пентоз 17
1.2 Структурно-функциональная характеристика пентоз
растительной биомассы 21
1.3 Микроорганизмы, ассимилирующие экзогенные пентозы 25
1.4 Катаболизм пентоз в микробной клетке
1.4.1 Транспорт 27
1.4.2 Начальные этапы 30
1.4.3 Метаболические циклы
1.4.3.1 Пентозофосфатный цикл (путь Варбурга-Дикенса-Хорекера) 3 5
1.4.3.2 Фосфокетолазный путь 37
1.4.3.3 Гликолиз (путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса) 38
1.4.3.4 Метаболизм пирувата
1.4.3.4.1 Окисление пирувата до ацетил-КоА 41
1.4.3.4.2 Конверсия пирувата в этиловый спирт 42
1.4.3.4.3 Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) 43
1.4.4 Продукты неполного окисления пентоз 45
1.5 Биотехнологические преимущества дрожжей 50
1.6 Теоретические расчеты продуктивности этанола и ксилита 55
1.7 Условия, влияющие на образование этанола и ксилита 57
1.8 Генетика катаболизма D-ксилозы 61
1.9 Заключение к главе 1 64
ГЛАВА 2 Материалы и методы 67
2.1 Штаммы, использованные в работе 67
2.2 Среды для культивирования дрожжей 67
2.3 Методы культивирования дрожжей 77
2.3.1 Ферментации на качалочных колбах 77
2.3.2 Ферментации на лабораторной пилотной установке
2.4 Морфологические методы исследования 80
2.5 Методы выделения и анализа мутантов P. tannophilus 81
2.6 Методы получения и анализа гибридов P. tannophilus 82
2.7 Подготовка бесклеточных экстрактов дрожжей 82
2.8 Аналитические методы исследования 83
2.8.1 Определение активности ксилозоредуктазы и ксилитдегидгидрогеназы 83
2.8.2 Определение активности цитохром с оксидазы 84
2.8.3 Определение концентрации растворенного кислорода 85
2.8.4 Хроматографическое определение этанола 86
2.8.5 Хроматографическое определение моносахаридов и ксилита 86
2.8.6 Определение летучих органических кислот 88
2.8.7 Определение веществ лигнофуранового комплекса 88
2.8.8 Анализ фурфурола и оксиметилфурфурола 89
2.9 Статистическая обработка результатов 89
Собственные исследования 90
Глава 3 Анализ биоконверсии d-ксилозы у разных видов дрожжей 90
3.1 Ферментация D-ксилозы ксилозоассимилирующими дрожами 90
3.2 Оценка продукции ксилита и этанола из D-ксилозы 93
3.3 Ферментация D-глюкозы ксилозоассимилирующими дрожжами 96
3.4 Сравнительный анализ биоконверсии D-ксилозы и D-глюкозы в условиях ограниченной аэрации 98
3.5 Биохимические особенности начальных этапов катаболизма D-ксилозы.. 100
3.5.1 Активность ксилозоредуктазы и ксилитдегидрогеназы в микроаэробных условиях 100
3.5.1.1 Общая активность ксилозоредуктазы и ксилитдегидрогеназы 101
3.5.1.2 НАДH и НАДФH специфические активности ксилозоредуктазы 103
3.5.1.3 НАДФ+ и НАД+ специфические активности ксилитдегидрогеназы 103
3.5.2 Влияние условий аэрации на активность ксилозоредуктазы и ксилитдегидрогеназы 106
3.5.2.1 Изменение общей удельной активности ксилозоредуктазы и ксилитдегидрогеназы 106
3.5.2.2 Изменение специфических удельных активностей ксилозоредуктазы и ксилитдегидрогеназы 109
3.6 Заключение к главе 3 111
ГЛАВА 4 Физиология роста ксилозоассимилирующих дрожжей c. shehatae и p. tannophilus 1 15
4.1 Потребность в макро- и микроэлементах 115
4.2 Кислород 117
4.3 Температурный режим 118
4.4 рН среды 122
4.5 Концентрация D-ксилозы 122
4.6 Концентрация этанола 125
4.7 Токсические примеси 126
4.8 Рост периодической культуры C. shehatae и P. tannophilus в ксилозосодержащих субстратах различного состава 130
4.8.1 Параметры кривой роста в D-ксилозе 130
4.8.2 Рост дрожжей P. tannophilus в промышленных субстратах 131
4.9 Заключение к главе 4 135
ГЛАВА 5 Жизненный цикл дрожжей P. Tannophilus 136
5.1 Морфологическая гетерогенность коллекционных штаммов 136
5.2 Особенности споруляции морфологических изолятов 137
5.3 Устойчивость морфологических изолятов, жизненный цикл 140
5.4 Изогенные гаплоидный и диплоидный штаммы P. tannophilus 142
5.5 Динамика жизненного цикла штаммов различной плоидности 144
5.6 Стабилизация фаз жизненного цикла дрожжей P. tannophilus 149
5.7 Поведение изогенных штаммов P. tannophilus в жидких средах 153
5.8 Заключение к главе 5 159
ГЛАВА 6 Выделение и анализ биохимических мутантов дрожжей P. Tannophilus 160
6.1 Создание коллекции мутантов P. tannophilus 160
6.1.1 Условия мутагенеза, индуцированного действием НГ 161
6.2 Ауксотрофные мутанты 1 61
6.3 Гибридологический анализ дрожжей P. tannophilus 1. 65
6.4 Мутанты с нарушениями катаболизма D-ксилозы
6.4.1 Морфологическая оценка 174
6.4.2 Микроаэробная ферментация D-ксилозы 1 77
6.4.3 Активность ксилозоредуктазы и ксилитдегидрогеназы 1 84
6.4.4 Метаболические особенности мутантов P. tannophilus, продуцирующих этанол и ксилит 187
6.5 Заключение к главе 6 191
ГЛАВА 7 Спиртовая ферментация ксилозосодержащих субстратов дрожжами p. tannophilus 193
7.1 Влияние условий аэрации на ферментацию D-ксилозы 193
7.2 Влияние концентрации биомассы P. tannophilus на ферментацию модельного гексозо-пентозного субстрата 199
7.3 Влияние ингибиторов на ферментацию промышленного субстрата 2 01
7.4 Кинетические параметры спиртовой ферментации ксилозосодержащих субстратов различного состава
7.4.1 D-ксилоза 205
7.4.2 Модельная гексозо-пентозная смесь
7.5 Промышленные источники D-ксилозы 208
7.6 Заключение к главе 7 212
ГЛАВА 8 Проблемы и перспективы микробиологической конверсии пентоз (обсуждение) 213
8.1 Комплексная методология исследования катаболизма D-ксилозы 213
8.2 Общие черты и особенности катаболизма D-ксилозы у дрожжей 215
8.3 Значение физиологического и генетического аспектов для исследования регуляции катаболизма D-ксилозы 219
8.4 Факторы, регулирующие продукцию этанола и ксилита 227
Заключение 235
Выводы 237
Список сокращений и условных обозначений 240
Список использованной литературы
