Tài liệu QUÁ TRÌNH HÔ HẤP CỦA VI SINH VẬT doc

TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT • Trao đổi chất là tổng các phản ứng hóa học do tế bào thực hiện: các p/ư giải phóng năng lượng tỏa nhiệt và các p/ư thu năng lượng thu nhiệ

QUÁ TRÌNH HÔ HẤP CỦA

VI SINH VẬT

TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Ở VI SINH VẬT

• Trao đổi chất là tổng các phản ứng hóa học do tế bào thực hiện: các p/ư giải phóng năng lượng (tỏa nhiệt) và các p/ư thu năng lượng (thu nhiệt)

• Quá trình trao đổi chất ở cơ thể VSV: tổng hợp các phản ứng hóa học diễn ra trong tế bào:

(1) Các phản ứng giải phóng năng trao đổi năng lượng

(2) Các phản ứng sử dụng năng trao đổi kiến tạo, (tổng hợp)

lượng-• Quá trình trao đổi năng lượng nhằm cung

cấp năng lượng cho mọi hoạt động của tế

bào là một quá trình sinh lý quan trọng còn gọi là quá trình hô hấp.

Sơ đồ trao đổi chất của vi sinh vật

TẾ BÀO VSV

CÁC SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG

SP DỊ HÓA

SỰ TĂNG SINH KHỐI

CHẤT DỰ TRỮ

CÁC CHẤT

DINH DƯỠNG

QT trao đổi Năng lượng

QT dị hóa

Táii Tổng Hợp

Trao đổi Xây dựng

Sự dinh dưỡng

Hô hấp tế bào và tích lũy năng

lượng hóa học

QUÁ TRÌNH HÔ HẤP CỦA VI SINH VẬT

6H 2 O + 6CO 2 + Energy

C 6 H 12 O 6 + 6O 2

- BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH HÔ HẤP

• Là quá trình oxi hoá khử được thực hiện

bằng sự khử hydrro của cơ chất và chuyển H này cho chất nhận, hoàn thành giai đoạn oxi hoá khử giải phóng ra năng lượng;

• Sự hô hấp khác nhau ở VSV là chất nhận H cuối cùng, có thể là O2, chất vô cơ hoặc hữu cơ

• Năng lượng giải phóng được dự trữ ở dạng ATP (Adenozin triphosphate), axyl

phosohate, Acetyl – CoA…

- PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ

Một phản ứng hóa học mà trong đó một hoặc nhiều hơn electron được chuyển từ chất này đến chất Khác

- Oxy hóa là mất đi electron

- khử là thêm vào một hoặc nhiều

electron

• Vì vậy, chuỗi chuyền điện tử đòi hỏi một chất cho và một chất nhận Quá trình oxh- khử luôn song hành

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + H2O

OXH

Khử

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energy

Kết quả của quá trình hô hấp:

Năng lượng được giải phóng khỏi các liên kết hóa học trong các chất hữu cơ phức tạp

(thức ăn)

CHU TRÌNH ATP CỦA TẾ BÀO

• Các hợp chất hữu cơ dự trữ năng lượng

trong liên kết các nguyên tử của chúng;

• Các chất béo, hydratcarbon, protein được

sử dụng như các nguyên liệu Quá trình hô hấp tế bào được nghiên cứu việc sử dụng glucose như nguồn

• Có 2 con đường cung cấp năng lượng

trong tb vi sinh vật

– Hô hấp triệt để (có oxy)

– Lên men (Không có oxy)

- QUÁ TRÌNH HÔ HẤP Ở VI SINH VẬT

(1) Không có bộ máy hô hấp chuyên trách,

sự hô hấp xảy ra trên toàn bộ tế bào

(2) Hô hấp có thể cần oxi như động vật

nhưng cũng có thể không cần oxi (hô hấp

yếm khí)

(3) Cơ chất để oxi hoá có thể là chất hữu cơ

và cũng có thể là chất vô cơ

(4) Một phần năng lượng của quá trình oxi

hoá được chuyển thành nhiệt năng làm nóng môi trường

- PHÂN LOẠI HÔ HẤP VI SINH VẬT

(1) Hô hấp hiếu khí: là quá trình hô hấp xảy

ra nơi có hiện diện oxy, sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước, năng lượng giải

phóng được tích lũy trong ATP

(2) Hô hấp kị khí (yếm khí): Quá trình hô

hấp xảy ra nơi ko có oxy, sản phẩm cuối cùng là các sản phẩm trao đổi chất

(ethanol, acid lactic, …), CO2 và nước, ATP

- QUÁ TRÌNH HÔ HẤP VI SINH VẬT

- PHÂN LOẠI VI SINH VẬT THEO KIỂU HÔ

QUÁ TRÌNH HÔ HẤP HIẾU KHÍ

CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH HÔ HẤP HIẾU KHÍ

- Vsv sử dụng oxy của không khí để oxy hóa các

hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ: giải phóng năng

lượng

- Sự oxi hóa trong điều kiện hiếu khí thực chất là

quá trình vận chuyển hydro từ cơ chất đến chất

tiếp nhận cuối cùng là oxy thông qua hệ thống vận chuyển cytochrome H + được vận chuyển đến O -

để tạo thành nước và năng lượng phục vu cho

hoạt động sống của vsv

6H 2 O + 6CO 2 + Energy

C 6 H 12 O 6 + 6O 2

CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH HÔ HẤP

HIẾU KHÍ

(1) Glycosis (Đường phân)

(2) Oxy hóa pyruvate

(3) Chu trình acid tricarboxilic

(4) Chuỗi hô hấp và quá trình phosphoryl hóa

oxy hóa

(1) GLYCOLYSIS (ĐƯỜNG PHÂN)

-Biến đổi 1 phân tử

glucose = 2 phân tử 3 Carbon PYRUVATE PYRUVATE

- Xảy ra trong tế bào

chất

Các sp: 2 ATP, NADH and pyruvate

* Glycosis = quá trình đường phân có thể xảy ra theo 3 cách

- Con đường Embden – Meyerhoff – Parnas

- Con đường Pentose - Phosphate

- Con đường Entner - Doudoroff

- Con đường Embden – Meyerhoff – Parnas

- Con đ ườ ng Pentose - Phosphate

- Con đ ườ ng Pentose - Phosphate

- Con đường Entner – Doudoroff 3deoxy-6-phosphogluconat)

(2-keto-(2) OXY HÓA PYRUVAT

Pyruvat → Acetyl CoA

C C

CO2

Các sp: CO 2 , Acetyl CoA and NADH

Acetyl CoA được tạo thành khi piruvate từ glucosis kết hợp với Coenzyme A… Quá trình này xảy ra bên trong chất nền ty thể

(3) KREBS CYCLE (CHU TRÌNH KREBS) (Citric Acid Cycle or Tricarboxylic Acid Cycle)

• Chức năng: Oxy hóa acid pyruvate → CO2

• Sàn phẩm: 3NADH, 1FADH2 and 1ATP

• Vị trí: Chất nền của ty thể

Các sp: CO 2 ATP,

NADH, FADH

Chu trình Krebs

SẢN PHẨM TỪ CHU TRÌNH KREBS

(4) QUÁ TRÌNH OXY HÓA PHOSPHORYL HÓA

• Quá trình thu nhận năng lượng từ NADH và FADH2 để hình thành ATP

• Chức năng : biến đổi NADH và FADH2 thành ATP

• Vị trí: mào ti thể

CÁC YẾU TỐ CỦA QT OXH PHOSPHORYL HÓA

• NADH or FADH2 (các chất giàu điện tử)

• ADP : tiền chất hình thành ATP; Pvc tự do

• O2: chất nhận điện tử cuối cùng

• Chuỗi vận chuyển điện tử: gồm tập hợp các protein gắn ở màng trong ty thể được sử dụng để vận

chuyển các electron từ NADH và FADH2

• Cytochrome c, Ubiquinon: Các protein của chuỗi

vận chuyển điện tử (có mặt trong all cơ thể sống)

có nhiệm vụ vận chuyển electron từ dạng khử dang oxy hóa và chuyển đến O2

ATP Synthase

-Sử dụng dòng chảy H + để hình thành ATP.

- Hoạt động giống 1 bơm ngược chiều or bánh xe nước H +

CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRÊN MÀO

TY THỂ

-Sản lượng ATP

1 NADH → 3 ATP

1 FADH2 → 2 ATP -Thuyết Hóa thẩm:

Hoạt động của chuỗi vận chuyển điện tử (ETC) được sử dụng để vận chuyển H + qua màng

mào ti thể.

ATP được sinh ra khi H + (proton) khuyếch tán trở lại chất nền ti thể nhờ ATP synthase.

Chuỗi vận chuyển e - hô hấp

TỔNG ATP TRONG HÔ HẤP HIẾU KHÍ

• Glycolysis: 2 ATPs, 2 NADHs

• Krebs: 2 ATPs, 8 NADHs, 2 FADH2

• 10 NADH x 3 = 30 ATPs

• 2 FADH2 x 2 = 4 ATPs

• 2 ATPs (Gly) = 2 ATPs

• 2 ATPs (Krebs) = 2 ATPs Max = 38 ATPs / 1 phân tử glucose

TUY NHIÊN

• Một số ATP đã được sử dụng trong việc chuyển pyruvate từ cytosol vào matrix ti thể (Prokaryote ko có điều này)

• Thực tế tổng ATP ~ 36/glucose

QUÁ TRÌNH LÊN MEN

(FERMENTATION)

• Phương thức sử dụng NADH vì Glycolysis vẫn có

thể thực hiện

• Cung cấp ATP cho tế bào ngay cả khi không có O2.

• Đối với các vi sinh vật yếm khí (= kị khí)

• Quá trình oxi hóa sinh năng lượng không kèm theo việc liên kết với oxi của không khí.

• Trong điều kiện kị khí, cơ chất hữu cơ vừa là chất nhận vừa là chất cho electron Kết quả một phần cơ chất bị khử, một phần khác bị oxy hóa.

- Tùy nghi (Facultative): Thực hiện được cả 2 kiểu

hô hấp phụ thuộc vào điều kiện O2 (ví dụ: nấm

men)

- LÊN MEN RƯỢU

VI SINH VẬT LÊN MEN RƯỢU

• Saccaromyces cerevisiae, Sac Vinii, Sac

Uvarum v.v …

• Trong công nghiệp bia: Sac bergensis

• Rượu rum: Sac Schizo, …

CƠ CHẾ LÊN MEN RƯỢU

ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG LÊN MEN

RƯỢU

• Cơ chất: glucose, tinh bột, cellulose

• Nếu cơ chất là tinh bột hoặc cellulose quá trình lên men rượu sẽ xảy ra 2 giai đoạn:

– (1) Tinh bột hoặc cellulose bị các vsv khác phân giải thành các dung dịch đường (gđ đường hóa = hồ hóa) – (2) Dưới tác dụng của nấm men đường biến thành rượu

• pH= 4-6 (môi trường chua) Nếu pH=8 ngoài

rượu còn có a.acetic hoặc một số acid hữu cơ khác

• Nhiệt độ 3-45 0 C Nếu dưới 10 0 : lên men lạnh;

trên 10 0 : lên men nóng

ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH LÊN MEN RƯỢU

Lên men bia

Sugar Cane GinBarley SakiGrapes TequilaJuniper Cones VodkaAgave Leaves BeerRice WinePotatoes Rum

- LÊN MEN ACID LACTIC

• Vi khuẩn lên men lactic

• Quá trình oxy hóa không hoàn toàn –

năng lượng vẫn còn trong sản phẩm (acid lactic)

• Chỉ có gđ glycosis

• Không có sự hiện diện O2

CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC

LÊN MEN LACTIC ĐỒNG HÌNH

• Glucose được chuyển hóa theo con

đường Emden-Meyerhof để tạo thành a.pyruvic, NADH và H+ A.pyruvic bị khử

để tạo thành a.lactic

• Vi sinh vật: Lactobacterium,

Themobacterium, Streptobacterium và Streptococcus.

LÊN MEN LACTIC DỊ HÌNH

• Ngoài a.lactic còn tạo thành các sp khác như: acid acetic, CO2, ethanol, glyceryl

• Vi sinh vật: streptocpccaceae,

Lactobacillaccae

ĐIỀU KIỆN LÊN MEN LACTIC

• Nhiệt độ: 20-450C (thường nhiệt độ cao thì tốt cho quá trình lên men)

• pH: 4-8

• Vi khuẩn lactic thường phát triển những

nơi có chất hữu cơ phức tạp, xác thực

vật, sữa, …

ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC

• Sản xuất acid lactic

• Chế biến sữa chua

• Ủ thức ăn cho gia súc

Lên men s a chua ữ

Lên men acetic