تكوين الأسيتات

عملية تكوين الأسيتات هي عملية يتم من خلالها إنتاج أسيتيل-CoA ^{[ 1 ]} أو حمض الأسيتيك بواسطة البكتيريا اللاهوائية عن طريق اختزال ثاني _أكسيد الكربون عبر مسار وود-ليونغدال . أما العمليات الميكروبية الأخرى التي تنتج حمض الأسيتيك (مثل أنواع معينة من التخمر أو التحلل التأكسدي للكربوهيدرات أو الإيثانول بواسطة بكتيريا حمض الأسيتيك ) فلا تُعتبر من عمليات تكوين الأسيتات. وتُسمى الأنواع البكتيرية المتنوعة القادرة على تكوين الأسيتات مجتمعةً بالبكتيريا المنتجة للأسيتات .

يتطلب اختزال _ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الخليك عبر مسار وود-ليونغدال مصدرًا للإلكترونات (مثل الهيدروجين ، _{أو أول} أكسيد الكربون ، أو الفورمات ، إلخ). ^{[ 2 ]} عندما تُزرع البكتيريا المنتجة لحمض الخليك ذاتيًا ، فإنها تُصنّع حمض الخليك فقط عبر مسار وود-ليونغدال؛ أما عندما تُزرع غيريًا ، فيمكنها إنتاج المزيد من حمض الخليك عن طريق أكسدة مصدر الكربون (الكربوهيدرات، أو الأحماض العضوية، أو الكحولات). ^{[ 1 ]} بمجرد إنتاجه، يمكن دمج أسيتيل-CoA في الكتلة الحيوية أو تحويله إلى حمض الخليك. ^{[ 1 ]}

في عام 1932، اكتُشفت كائنات حية قادرة على تحويل غاز الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى حمض الخليك . اكتُشف أول نوع من البكتيريا المنتجة لحمض الخليك، وهو كلوستريديوم أسيتيكوم ، عام 1936 على يد كلاس تامو ويرينغا. ثم حظي نوع ثانٍ، هو موريلا ثيرموأستيكا ، باهتمام واسع النطاق لقدرته، التي أُبلغ عنها عام 1942، على تحويل الجلوكوز إلى ثلاثة مولات من حمض الخليك، ^{[ 3 ]} وهي عملية تُعرف باسم تخمير الهوموأسيتات. ^{[ 1 ]}

يُعدّ ثيوإستر أسيتيل مرافق الإنزيم أ ₍ CoA ) المركب الأولي لحمض الأسيتيك . تتضمن الجوانب الرئيسية لمسار تكوين حمض الأسيتيك عدة تفاعلات، منها اختزال ثاني أكسيد الكربون ( CO₂ ) إلى أول أكسيد الكربون (CO)، وربط CO بمجموعة ميثيل (–CH₃ ₎ ومرافق الإنزيم أ . تُحفّز العملية الأولى بواسطة إنزيمات تُسمى نازعة هيدروجين أول أكسيد الكربون . أما عملية اقتران مجموعة الميثيل (المُوفّرة بواسطة ميثيل كوبالامين ) مع CO ومرافق الإنزيم أ، فتُحفّز بواسطة إنزيم أسيتيل مرافق الإنزيم أ سينثاز . ^{[ 4 ]}

_يكون تفاعل الاختزال العالمي _لثاني أكسيد الكربون إلى حمض الأسيتيك بواسطة الهيدروجين كما يلي:

2 CO ₂ + 4 H ₂ → CH ₃ COOH + 2 H ₂ O Δ G ° = −95 كيلوجول/مول ^{[ 3 ]}       

يُعد تحويل مول واحد من الجلوكوز إلى ثلاثة مولات من حمض الأسيتيك تفاعلاً مفضلاً من الناحية الديناميكية الحرارية:

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 3 CH ₃ COOH Δ G ° = −310.9 كيلوجول/مول ^{[ 3 ]}                         

لكن ما يهم الخلية هو كمية الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) التي يتم إنتاجها. وهذا يعتمد على الركيزة . ^{[ 1 ]}

يُعدّ التمثيل الغذائي الفريد للبكتيريا المنتجة لحمض الخليك ذا أهمية بالغة في التطبيقات البيوتكنولوجية. ففي تخمير الكربوهيدرات ، تنتهي تفاعلات إزالة الكربوكسيل بتحويل الكربون العضوي إلى ثاني أكسيد الكربون . وفي إنتاج الوقود الحيوي ، فإنّ الحاجة إلى خفض انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون ، فضلاً عن ضرورة المنافسة، تعني إمكانية التغلب على هذا القصور باستخدام البكتيريا المنتجة لحمض الخليك. لا تستبدل عملية إنتاج حمض الخليك عملية تحلل الجلوكوز بمسار مختلف، بل تستخلص _ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تحلل الجلوكوز وتستخدمه لإنتاج حمض الخليك. ورغم إمكانية إنتاج ثلاث جزيئات من حمض الخليك بهذه الطريقة، فإنّ إنتاج ثلاث جزيئات من الإيثانول يتطلب عامل اختزال إضافي مثل غاز الهيدروجين . ^{[ 1 ]}