التخمر الحمضي المختلط

يتحول البيروفات الناتج عن عملية تحلل الجلوكوز إلى لاكتات . ويتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات (LDHA). ^{[ 1 ]}

بيروفات + NADH + H ⁺ → لاكتات + NAD ⁺

يُحوّل إنزيم نازع هيدروجين البيروفات البيروفات إلى أسيتيل مرافق الإنزيم أ (أسيتيل-CoA) . ثم يُحوّل هذا الأسيتيل-CoA إلى أسيتات في بكتيريا الإشريكية القولونية ، مع إنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عن طريق فسفرة الركيزة . يتطلب تكوين الأسيتات إنزيمين: أسيتيل ترانسفيراز الفوسفات وأسيتات كيناز. ^{[ 1 ]}

أسيتيل-CoA + فوسفات → أسيتيل-فوسفات + CoA

أسيتيل فوسفات + ADP → أسيتات + ATP

يتكون الإيثانول في بكتيريا الإشريكية القولونية عن طريق اختزال أسيتيل مرافق الإنزيم أ باستخدام NADH. يتطلب هذا التفاعل المكون من خطوتين إنزيم نازع هيدروجين الكحول (ADHE). ^{[ 1 ]}

أسيتيل-CoA + NADH + H ⁺ → الأسيتالديهيد + NAD ⁺ + CoA

أسيتالدهيد + NADH + H ⁺ → إيثانول + NAD ⁺

يتم إنتاج الفورمات عن طريق انشطار البيروفات. ويتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم بيروفات-فورمات لياز (PFL)، الذي يلعب دورًا مهمًا في تنظيم التخمر اللاهوائي في بكتيريا الإشريكية القولونية . ^{[ 8 ]}

بيروفات + مرافق الإنزيم أ → أسيتيل مرافق الإنزيم أ + فورمات

يتم تكوين السكسينات في بكتيريا الإشريكية القولونية على عدة مراحل.

يُكربكسل فوسفينول بيروفات (PEP)، وهو وسيط في مسار تحلل الجلوكوز ، بواسطة إنزيم كربوكسيلاز PEP لتكوين أوكسالوأسيتات . ^{[ 9 ]} يتبع ذلك تحويل الأوكسالوأسيتات إلى مالات بواسطة إنزيم نازع هيدروجين المالات . ثم يحفز إنزيم هيدراتاز الفومارات نزع الماء من المالات لإنتاج الفومارات . ^{[ 10 ]}

_{فوسفينول بيروفات} + HCO3 → أوكسالوأسيتات + فوسفات

أوكسالوسيتات + NADH + H ⁺ → مالات + NAD ⁺

مالات → _{فومارات} + H₂O

التفاعل الأخير في تكوين السكسينات هو اختزال الفومارات. ويتم تحفيزه بواسطة إنزيم مختزلة الفومارات .

فومارات + NADH + H ⁺ → سكسينات + NAD ⁺

يُعدّ هذا الاختزال تفاعل تنفس لاهوائي في بكتيريا الإشريكية القولونية ، إذ يستخدم الإلكترونات المرتبطة بإنزيم نازع هيدروجين NADH وسلسلة نقل الإلكترون . ويتم توليد ATP باستخدام تدرج كيميائي كهربائي وإنزيم ATP سينثاز . وهذه هي الحالة الوحيدة في مسار تخمير الأحماض المختلطة التي لا يُنتج فيها ATP عبر فسفرة على مستوى الركيزة. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يُعد فيتامين K2 _، المعروف أيضًا باسم ميناكينون، مهمًا جدًا لنقل الإلكترون إلى الفومارات في بكتيريا الإشريكية القولونية . ^{[ 11 ]}

يمكن تحويل الفورمات إلى غاز الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون في بكتيريا الإشريكية القولونية . يتطلب هذا التفاعل إنزيم فورمات-هيدروجين لياز . ويمكن استخدامه لمنع زيادة حموضة البيئة داخل الخلية. ^{[ 1 ]}

_{الفورمات} → الهيدروجين _وثاني أكسيد الكربون

يُعدّ الإيثانول أكثر أنواع الوقود الحيوي استخدامًا ، ويمكن إنتاجه على نطاق واسع عن طريق التخمير. وقد تحققت أعلى إنتاجية نظرية للإيثانول منذ حوالي عشرين عامًا. ^{[ 14 ] [ 15 ]} استخدم العلماء بلازميدًا يحمل جينات إنزيم بيروفات ديكاربوكسيلاز وإنزيم كحول ديهيدروجينيز من بكتيريا Z. mobilis . أُدخل هذا البلازميد إلى بكتيريا E. coli ، مما أدى إلى زيادة إنتاجية الإيثانول. وقد تم مؤخرًا تحديد تسلسل جينوم سلالة E. coli هذه ، KO11، ورسم خريطتها الجينية. ^{[ 16 ]}

تم تعديل سلالة الإشريكية القولونية W3110 وراثيًا لإنتاج مولين من الأسيتات لكل مول واحد من الجلوكوز الذي يخضع للتخمر. يُعرف هذا باسم مسار الأسيتات المتجانس. ^{[ 17 ]}

يمكن استخدام اللاكتات لإنتاج بلاستيك حيوي يُسمى حمض البوليلاكتيك (PLA). وتعتمد خصائص حمض البوليلاكتيك على نسبة المتصاوغين الضوئيين للاكتات (D-لاكتات وL-لاكتات). يُنتَج D-لاكتات عن طريق التخمر الحمضي المختلط في بكتيريا الإشريكية القولونية . ^{[ 18 ]} وقد أجريت تجارب مبكرة على سلالة الإشريكية القولونية RR1 لهندسة إنتاج أحد المتصاوغين الضوئيين للاكتات. ^{[ 19 ]}

أجرت تجارب لاحقة تعديلات على سلالة الإشريكية القولونية KO11، التي طُوّرت في الأصل لتعزيز إنتاج الإيثانول. وتمكّن العلماء من زيادة إنتاج حمض اللاكتيك D من التخمير عن طريق إجراء عدة عمليات حذف . ^{[ 20 ]}

تم في البداية زيادة إنتاج السكسينات من تخمير الأحماض المختلطة عن طريق الإفراط في التعبير عن إنزيم كربوكسيلاز PEP . ^{[ 21 ]} وقد أدى ذلك إلى إنتاج السكسينات بمعدل يزيد عن المعدل الطبيعي بثلاثة أضعاف تقريبًا. وقد تلت ذلك عدة تجارب باستخدام نهج مماثل.

وقد أدت الأساليب البديلة إلى تغيير توازن الأكسدة والاختزال و ATP لتحسين إنتاج السكسينات. ^{[ 22 ]}