При изучении трансформации глюкозы и пировиноградной кислоты грибами и актиномицетами, продуцентами антибиотиков, в среде были обнаружены продукты цикла трикарбоновых кислот.
Были поставлены «острые» опыты с отмытым от среды мицелием. В сферу реакции вводили вещества, входящие в цикл трикарбоновых кислот, за превращениями которых проводили наблюдения. Наличие этого цикла было также подтверждено путем введения в исследуемую среду ингибиторов ферментативных реакций. Цикл трикарбоновых кислот является главным руслом, по которому происходит окисление основной части компонентов среды. Именно посредством этого цикла продукты обмена углеводов, жиров и аминокислот окисляются до воды и углекислого газа. Метаболиты цикла трикарбоновых кислот являются полупродуктами для синтеза других веществ, образуемых микроорганизмами.
Благодаря наличию соответствующих ферментов в цикле осуществляются реакции, за счет которых происходит удлинение цепи от двух углеродных атомов уксусной кислоты до пяти у лимонной. Одновременно образуются вещества с ненасыщенными связями, имеющими кетогруппу (α-кетоглютаровая, щавелевоуксусная, пировиноградная кислоты), или с ненасыщенными связями между углеродными атомами (фумаровая и цисаконитовая кислоты). У микроорганизмов и высших растений цикл трикарбоновых кислот одинаков.
Помимо включения пировиноградной кислоты в превращения по циклу трикарбоновых кислот, из нее могут образоваться другие продукты, которые часто обнаруживаются у грибов и актиномицетов. При торможении реакции окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты происходит адаптивное переключение на ее анаэробное превращение. В результате реакции образуется ацетил-метил-карбинол.
При спиртовом брожении пировиноградная кислота подвергается расщеплению под действием карбоксилазы на углекислый газ и уксусный альдегид. Этот последний далее вступает во взаимодействие с восстановленной формой НАДФ — кофермента алкогольдегидрогеназы.
При образовании молочной кислоты происходит непосредственное восстановление пировиноградной кислоты под действием лактатдегидрогеназы.
При выращивании микроорганизмов в культуральной жидкости накапливаются органические кислоты. В зависимости от источника углерода М. Н. Бехтерева (1960) обнаружила у Act. violaceus различные кислоты. Например, при использовании яблочной кислоты были обнаружены гликолевая, молочная, янтарная, фумаровая кислоты; при введении в состав среды пировиноградной кислоты, кроме перечисленных, — яблочная; при употреблении лимонной — одна фумаровая. Количество присутствующих в среде органических кислот зависит от источника углевода, степени аэрации, а также физиологических особенностей культуры. При биосинтезе тетрациклина Act. aureofaciens наибольшее количество органических кислот обнаруживалось в период между 14 и 24 ч, к концу ферментации кислотообразование понижалось. При уменьшении аэрации у той же культуры изменился качественный состав органических кислот, преобладающими стали уксусная и пировиноградная кислоты.
Понижение кислотообразования в конце ферментации объясняется отсутствием в среде углеводов.
Вопросу о характере окислительно-восстановительных реакций, наблюдаемых в культуре, посвящено специальное исследование В. Н. Шапошникова (1949). Все биохимические процессы, происходящие в живой клетке, В. Н. Шапошников рассматривает с точки зрения окислительно-восстановительных реакций. При этом, если одно вещество восстанавливается, то другое окисляется.
В сфере реакции должен быть акцептор водорода. Таким акцептором водорода является развивающаяся культура, так как она строит свое тело из молекул, в различной степени восстановленных. В период наибольшей скорости размножения потребление водорода в конструктивном метаболизме наиболее интенсивно. В этот период культуральная жидкость характеризуется преобладанием окисленных продуктов.
По мере уменьшения скорости размножения при условии сохранения интенсивности ферментативной активности не весь водород потребляется в конструктивном метаболизме, часть его используется на образование продуктов брожения, и в конце процесс ферментации приближается к уравновешенному окислению-восстановлению. Хотя работа эта была выполнена с культурой, продуцирующей молочную кислоту (Betabacterium breve) на среде без мела, основные теоретические положения ее могут быть приложены и к другим микроорганизмам.