Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật

Chương 4: Quá trình trao đổi chất vi sinh vật Các khái niệm Trao đổi lượng Trao đổi glucid Trao đổi protein Trao đổi lipid Các khái niệm Các khái niệm  Trao đổi chất (metabolism):  Trao đổi vật chất bao gồm: trao đổi lượng trao đổi vật chất xây dựng tế bào  Dị hóa (catabolism):  Đồng hóa (anabolism): Các khái niệm   Sản phẩm trao đổi chất (metabolite): hợp chất sinh trình trao đổi chất  Chất trao đổi bậc (primary metabolite):  Chất trao đổi bậc (secondary metabolite): Con đường trao đổi chất (metabolite metabolite) Trao đổi lượng Trao đổi lượng  Năng lượng (ATP) tổng hợp từ:    Ánh sáng (Phototrops) Các chất hóa học (Chemotrophs) Tổng hợp lượng: trình oxy hóa khử/ trình oxy hóa phosphoryl hóa (oxydative phosphorylation) Cho điện tử/ nguyên tử hydro Chất khử ADP Chất oxy hóa ATP Trao đổi lượng  Sơ đồ:  Quá trình oxy hóa: AH2 - 2H+ Chất bị oxy hóa Chất khử (cho hydro)  Quá trình khử: B + 2H+ BH2 Chất bị khử Chất oxy hóa  A + lượng Tổng quát: AH2 + B -2H+ A + BH2 + lượng Trao đổi lượng  Có dạng trao đổi lượng:   Hô hấp (respiration) Lên men (fermentation) Hô hấp (respiration)   Chuỗi hô hấp tham gia vào trình tổng hợp ATP Thành phần chuỗi hô hấp:     Flavoprotein: enzyme chứa nhóm FAD FMN Protein Fe-S Ubiquinone (coenzyme Q) Cytochrome (a, a3, b, c, o): heteroprotein với nhóm ferroporphyrinique Dị hóa glucid  Cơ chất hexose: Trong điều kiện oxy:  Vi khuẩn lactic: CH3–CO–COOH NADH + H+ CH3–CH(OH)–COOH Phương trình lên men lactic tổng quát:  Vi khuẩn lactic đồng hình C6H12O6 2CH3-CH(OH)-COOH + 2CO2 + 2ATP C6H12O6 CH3-CH(OH)-COOH + C2H5OH + CO2 + ATP Ứng dụng:  Vi khuẩn lactic dị hình Dị hóa glucid  Cơ chất hexose: Trong điều kiện oxy:  Vi khuẩn propionic (Propionibacterium): Phương trình lên men lactic tổng quát: 3C6H12O6  CH3–CH2–COOH + 2CH3-COOH + 2CO2 + 2H20 + xATP Ứng dụng: sản xuất số loại phomai Vi khuẩn Clostridium butyricum, Clostridium perfringens… C6H12O6 Ứng + CHcơ + 11CO dụng: Csản xuất+ CH dung môi 3hữu (butanol, acetone) 4H9-OH 3-CO-CH 3COOH + 8H2 + H2O Dị hóa glucid Cơ chất hexose: Các đường chuyển hóa khác:   Con đường pentose Phosphate (Hexose-Monophosphate) Con đường 2-Keto-3-Desoxy-6-Phosphore (EntnerDoudoroft) Dị hóa glucid Cơ chất polysaccharide:  Được thủy phân để tạo thành mono- oligosaccharide  VD: tinh bột (hệ amylase), Hemicellulose (hệ hemicellulase), Cellulose (hệ cellulase), Pectin (hệ pectinase), Inuline (inulase)… Dị hóa glucid Cơ chất oligo–saccharide:  Oligo-saccharide thủy phân để tạo thành hexose  VD: maltose (maltase), Lactose (lactose), Saccharose (invertase), Raffinose (invertase melibiase)… Inuline Đồng hóa glucide  Tổng hợp glycogen từ glucose (nấm men)  Tổng hợp levan [poly-b(2-6)-fructose], dextran [poly-a(16)-glucose] với mạch nhánh α(1-3) α(1-4) từ saccharose (vi khuẩn lactic), tổng hợp cellulose (vi khuẩn Acetobacter)…   n-saccharose  n-glucose-(fructose)n n-saccharose  (glucose)n + n-fructose Trao đổi protein Dị hóa protein  Các phản ứng thủy phân protein hệ enzyme protease protein  polypeptide  peptide  acid amine Ứng dụng: sản xuất nước chấm lên men (nước mắm, nước tương), tương, chao, phô mai Đồng hóa protein  Nguyên tắc: ADN  ARN  protein   Phản ứng trao đổi amin desamin hóa ứng dụng: sản xuất sinh khối giàu protein làm giàu thức ăn Trao đổi lipid Dị hóa lipid   Phản ứng thủy phân hệ lipid (enzyme lipase) Phản ứng chuyển hóa acid béo thành ATP (ví dụ: mol acid palmitic) chuyển hóa tạo thành 129 mol ATP Đồng hóa lipid   Tổng hợp triglycerid acid béo ứng dụng: sản xuất acid béo [...]... NADH + H+ Phương trình lên men ethanol tổng quát: C6H12O6 Ứng dụng: 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP CH3–CH2–OH Dị hóa glucid 1  Cơ chất hexose: Trong điều kiện không có oxy:  Vi khuẩn lactic: CH3–CO–COOH NADH + H+ CH3–CH(OH)–COOH Phương trình lên men lactic tổng quát:  Vi khuẩn lactic đồng hình C6H12O6 2CH3-CH(OH)-COOH + 2CO2 + 2ATP C6H12O6 CH3-CH(OH)-COOH + C2H5OH + CO2 + ATP Ứng dụng:  Vi khuẩn lactic dị... có oxy: acid pyruvic sẽ đi vào chu trình Crebs (chu trình acid tricarboxylic, acid citric), sản phẩm cuối cùng là H2O, CO2, ATP Phương trình tổng quát: Glucose + O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP Glycolytic pathway Citric acid cycle Dị hóa glucid 1  Cơ chất hexose: Trong điều kiện không có oxy: mỗi loài VSV đi theo những con đường khác nhau, tùy thuộc vào loại E  Nấm men Saccharomyces cerevisiae CH3–CO–COOH... là chất cuối cùng nhận hydro/ điện tử Hô hấp kỵ khí (anaerobic respiration): chất cuối cùng nhận hydro/ điện tử không phải là oxy, có thể là hợp chất vô cơ (nitrate, sulfate, carbonate, tetrathionate…) hoặc hữu cơ (fumarate, formate, acetate…) Trao đổi glucid Dị hóa glucid 1 Cơ chất hexose: Con đường đường phân (glycolytic pathway)/ EMP (Embden-Meyerhof-Parnas) Glucose  Con đường EMP Acid pyruvic... CH3-CH(OH)-COOH + C2H5OH + CO2 + ATP Ứng dụng:  Vi khuẩn lactic dị hình Dị hóa glucid 1  Cơ chất hexose: Trong điều kiện không có oxy:  Vi khuẩn propionic (Propionibacterium): Phương trình lên men lactic tổng quát: 3C6H12O6  CH3–CH2–COOH + 2CH3-COOH + 2CO2 + 2H20 + xATP Ứng dụng: sản xuất một số loại phomai Vi khuẩn Clostridium butyricum, Clostridium perfringens… C6H12O6 Ứng + CHcơ + 11CO dụng: Csản... + 11CO dụng: Csản xuất+ CH dung môi 3hữu (butanol, acetone) 4H9-OH 3-CO-CH 3COOH 2 + 8H2 + H2O Dị hóa glucid 1 Cơ chất hexose: Các con đường chuyển hóa khác:   Con đường pentose Phosphate (Hexose-Monophosphate) Con đường 2-Keto-3-Desoxy-6-Phosphore (EntnerDoudoroft) Dị hóa glucid 2 Cơ chất polysaccharide:  Được thủy phân để tạo thành các mono- và oligosaccharide  VD: tinh bột (hệ amylase), Hemicellulose... hóa glucid 2 Cơ chất oligo–saccharide:  Oligo-saccharide được thủy phân để tạo thành hexose  VD: maltose (maltase), Lactose (lactose), Saccharose (invertase), Raffinose (invertase và melibiase)… Inuline Đồng hóa glucide  Tổng hợp glycogen từ glucose (nấm men)  Tổng hợp levan [poly-b(2-6)-fructose], dextran [poly-a(16)-glucose] với các mạch nhánh α(1-3) và α(1-4) từ saccharose (vi khuẩn lactic),...  Tổng hợp glycogen từ glucose (nấm men)  Tổng hợp levan [poly-b(2-6)-fructose], dextran [poly-a(16)-glucose] với các mạch nhánh α(1-3) và α(1-4) từ saccharose (vi khuẩn lactic), tổng hợp cellulose (vi khuẩn Acetobacter)…   n-saccharose  n-glucose-(fructose)n n-saccharose  (glucose)n + n-fructose