Распространение, методы выделения и систематика. Пропионовокислые бактерии обитают в рубце и кишечнике жвачных животных (коров, овец); они участвуют там в образовании жирных кислот, главным обра­зом пропионовой и уксусной. Благодаря им образующаяся в рубце в ре­зультате различных видов брожения молочная кислота превращается главным образом в пропионовую. Пропионовокислые бактерии не встречаются в молоке, и их не удается выделить из почвы или при­родных вод. Для получения накопительной культуры этих бактерий пи­тательную среду с лактатом и дрожжевым экстрактом инокулируют швейцарским сыром и инкубируют в анаэробных условиях. В швейцар­ский сыр, в созревании которого пропионовокислые бактерии играют важную роль (определяя также его вкус), они попадают с сычужным ферментом, применяемым в процессе приготовления сыра для сверты­вания молока. Сычужный фермент добавляют в виде водного экстракта из телячьих желудков, содержащего множество жизнеспособных про-пионовокислых бактерий. Различают несколько видов таких бактерий, из которых наиболее известны вид Propionibacterium freudenreichii и его подвид shermanii, а также P. acidi-propionici (прежнее название -Р. pentosaceum). Возбудитель угрей - воспаления волосяных фолликулов у человека - тоже относится к пропионовокислым бактериям (P. acnes). Помимо рода Propionibacterium к бактериям, образующим пропионовую кислоту,  причисляют   Veillonella  alcalescens  (= Micrococcus   lactilyticus),

Clostridium propionicum, Selenomonas и Micromonospora. Пропионат как продукт брожения выделяют и многие другие бактерии.

Рост и метаболизм представителей рода Propionibacterium. Этот род относят к коринеформным бактериям (разд. 3.6); он включает грам-по-ложительные неподвижные палочки, не образующие спор. При неблаго­приятных условиях роста часто появляются булавовидные формы. Про-пионовокислые бактерии на твердых средах при доступе воздуха не растут. Так как они не переносят присутствия атмосферного 0₂, спо­собны расти в анаэробных условиях и регенерировать АТР за счет энер­гии брожения, их считали организмами, облигатно осуществляющими брожение. С другой стороны, давно известно, что они обладают гемсо-держащими ферментами, такими как цитохромы и каталаза. Действи­тельно, исследованные представители рода Propionibacterium оказались способными расти как в анаэробных, так и в аэробных условиях. При достаточно слабой контролируемой аэрации урожай их клеток во много раз больше, чем в строго анаэробных условиях. В случае аэробного ро­ста, правда, скорость диффузии кислорода из газовой фазы в бакте­риальную взвесь не должна превышать его потребления в процессе ды­хания: кислород при измеримых парциальных давлениях оказывает токсическое действие. Виды Propionibacterium, таким образом, следует относить к микроаэротолерантным формам. В анаэробных условиях представители этого рода сбраживают глюкозу, сахарозу, лактозу и пентозы, а также лактат, малат, глицерол и другие субстраты с обра­зованием пропионовой кислоты. Расщепление гексоз идет по фруктозо-бисфосфатному пути.

Исследуя сбраживание глицерола клетками Propionibacterium acidi-propionici, Вуд и Веркман (1936) нашли, что при этом происходит фиксация СО ₂, поддающаяся количественному определению. Связанный углерод можно было обнаружить в выделяемом сукцинате, что указы­вало на карбоксилирование пирувата с образованием дикарбоновых кислот. Такое карбоксилирование получило название реакции Вуда- Веркмана. Эта реакция свойственна не только пропионовокислым бак­териям-она широко распространена у животных, растений и различных гетеротрофных микроорганизмов. Соответствующие биохимические превращения описаны в разделе 7.5-там, где речь идет о глюконеоге-незе.

Образование пропионовой кислоты (метилмалонил-СоА-путь). Пропио-новая кислота образуется из молочной согласно следующему уравне­нию:

ЗСН₃-СНОН-СООН   -*

-*  2СН₃-СН₂-СООН   +   СН₃- СООН   +   С0₂   +   Н₂0

Восстановление лактата или пирувата до пропионата идет по пути, который по характерному промежуточному продукту был назван ме-тилмалонил-СоА-путем (рис. 8.3). Сначала пируват при участии ком­плекса    биотин-С0₂    карбоксилируется   метилмалонил-СоА-карбокси-

трансферазой с образованием оксалоацетата, а затем восстанавливается через малат и фумарат до сукцината. Транспорт электронов на этом этапе сопряжен с фосфорилированием (фумаратное дыхание; см. разд. 9.6). Затем сукцинат с помощью СоА-трансферазы (сукцинил-СоА: пропионат-СоА-трансферазы) присоединяется к СоА и таким образом активируется. Сукцинил-СоА под действием метилмалонил-СоА-мутазы и при участии кофермента В₁₂ (цианкобаламина) превращается в метил-малонил-СоА, и только от этого промежуточного продукта, наконец, отщепляется С0₂; в результате образуется пропионил-СоА, а С0₂ связывается с упомянутой выше метилмалонил-СоА-карбокситрансфе-разой. Из пропионил-СоА образуется пропионат, в результате того что СоА-трансфераза переносит СоА на сукцинат. Следует особо отметить, что в процессе образования пропионата две группы (С0₂ и СоА) пере­носятся с последующего продукта на предшествующий, не освобо­ждаясь. Заслуживает внимания и участие трех кофакторов (биотина, СоА и кофермента В₁₂) в этом процессе. По метилмалонил-СоА-пути пропионат образуется у большинства пропионовокислых бактерий, а также у Veillonella alcalescens и Selenomonas ruminantium.

Реакции метилмалонил-СоА-пути могут протекать и в обратном на­правлении, как, например, при расщеплении валина, изолеицина и жирных кислот с длинной цепью и нечетным числом углеродных ато­мов. Из жирных кислот и изолеицина образуется пропионил-СоА, ко­торый карбоксилируется с образованием метилмалонил-СоА. Для пре­вращения последнего в сукцинил-СоА при участии метилмалонил-СоА-мутазы необходим витамин В₁₂ (кофермент В₁₂); это относится и к корневым клубенькам бобовых, и к клеткам Rhizobium, и к животным клеткам.

Акрилоил-СоА-путь. Образование пропионовой кислоты у Clostridium propionicum, Bacteroides ruminicola и Megasphaera elsdenii происходит бо­лее простым путем. Промежуточным продуктом здесь является СоА-производное акриловой кислоты-акрилоил-СоА: