TRAO DOI CHAT o VSV

SỰ TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI SINH VẬT Trình bày được các con đường thu nhận năng lượng Phân biệt được hô hấp hiếu khí và kỵ khí Hiểu được oxy hóa không hoàn toàn Kết nối được các quá trình lên men chủ yếu

SỰ TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI SINH VẬT MỤC TIÊU Trình bày đường thu nhận lượng Phân biệt hô hấp hiếu khí kỵ khí Hiểu oxy hóa khơng hồn tồn Kết nối q trình lên men chủ yếu ĐẠI CƯƠNG vsv TRAO ĐỔI CHẤT NĂNG LƯỢNG (ATP, UTP, acetylcoenzym A) ĐẠI CƯƠNG Liên kết cao NH2 O N N N N O CH2 O O P O ~ P O ~ P OH O OH OH OH Phosphat HO OH Phosphat Ribose Phosphat Adenosin H2O Adenosin-triphosphat ATPase Triphosphat Adenosin-diphosphat + Ion phosphat + 7300 cal/m CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH CỦA ATP NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE 2.1 Đường phân (glycosis) hay đường Embden-Meyerhof (EM), hay đường fructose -1,6-diphosphat (FDP) Enterobacteriaceae Glucose Glucose + 2ATP +2 NAD acid pyruvic 2CH3COCOOH + 4ATP + 2NADH+H+ NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE Cần ATP pt glucose fructose-1, 6-diphosphat pt triosephotphat Tạo ATP Acid pyruvic Như trình EM tạo ATP S cerevisae, lên men tạo sản phẩm cuối rượu Vi khuẩn khác lên men lactic tạo acid lactic Động vật aicd pyruvic acid lactic NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE 2.2 Con đường hexosomonophosphat (HMP) đường oxy hóa pentophosphat (PP) Warburg-Dicken, Horecker-Racker Phương trình chung : hexose-6-phosphat + 6NADP hexose-6-phosphat + trio3-phosphat • + 3CO2 + 6NADPH+H+ • cedoheptulose-7-phosphate fructose-6phosphate • Transaldolase • chuyển gốc dioxyaceton • 3-phospho- glyceraldehyd erythro-4phosphate • xylulose-5-phosphate xylulose-5-phosphate Transketolase chuyển nhóm ceton ribo-5-phosphate erythro-4-phosphate NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC Q TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE oxy hóa glucose-6-phosphate carbon hợp chất glucose-6phosphate HMP có chức : - Bổ sung đường ribo cho tế bào - Cung cấp NADP H+H+ cần cho phản ứng sinh tổng hợp khử Hiệu suất HMP 1/2 EM, biến đổi phân tử đường glucose thành acid pyruvic tạo phân tử ATP NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE - Penicillium chrysogenum có khoảng 2/3 số lượng glucose chuyển hóa qua đường HMP - E coli thường có 1/3 glucose chuyển hóa qua HMP - S cerevisiae lên men kỵ khí glucose chuyển hóa theo EM, điều kiện thoáng khí 30% glucose chuyển hóa theo HMP - Propionibacterium arabinosum chuyển hóa theo EM - Acetobacter suboxydans chuyển hóa theo HMP NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE 2.3 Entner-Doudoroff (ED) Sản phẩm trung gian đặc trưng 2-aceto-3desoxy-6-phosphogluconic acid, nên gọi Cần ATP đường CDPG glucose glucose-6-phosphate 3-phosphoglyceraldehyd Tạo ATP CH3COCOOH • Phương trình chung : • Glucose + ATP + NADP + NAD 2CH3COCOOH + 2ATP + NADPH+H+ + NADH+H+ LEÂN MEN 5.2.2 Quá trình lên men đặc trưng cho Ecoli, Shigella, Salmonella tạo loại acid chủ yếu không tạo butandiol (acid hỗn hợp) • Acid pyruvic sinh trình đường phân EM khử thành acid lactic nhờ enzym lactatdehydrogenase phần chuyển thành acetylphosphate (hay acetylCoA) acid formic • Các cofactor phản ứng TPP (ThiaminPyroPhosphat) CoA • CO2 H2 sinh trình phân giải HCOOH Acetylphosphate phần tiếp tục phân giải thành ethanol, phần phân giải thành acid acetic Acid succinic sinh oxy hóa acetylCoA theo chu trình Krebs LÊN MEN 5.2.3 Loại đặc trưng cho Aerobacter, Serratia số loài Bacillus, sản phẩm chủ yếu butandiol loại acid sản phẩm thứ yếu acid pyruvic phân giải theo chế E coli, song phần lớn acid pyruvic lại tập trung để tạo acetylmetylcarbinol (acetoin) sau khử trở thành 2, 3-butandiol oxy hóa để trở thành diacetyl LÊN MEN 5.3 Lên men lactic 5.3.1 Tác nhân Vi khuẩn họ Lactobactericeae, Không có cytochrom catalase, sống điều kiện có oxy không khí có peroxydase phân giải H2O2 thành H2O oxy Vì người ta gọi chúng vi khuẩn vi hiếu khí Dựa vào sản phẩm sinh trình lên men glucose, người ta chia vi khuẩn lactic thành nhóm : nhóm lên men lactic đồng hình (homofermentative) nhóm lên men dò hình (heterofermentative) LÊN MEN 5.3.2 Cơ chế • Lên men lactic đồng hình • Streptococcus lactis, L casei, L bulgaricus tích lũy đến 90% acid sản phẩm lên men, phân giải glucose theo đường EM • Lên men đồng hình gồm hai giai đoạn : • Giai đoạn : thời kỳ sinh trưởng lũy thừa vi khuẩn, từ hexose tạo acid phosphoglycerinic nhờ oxy hóa phosphoglyceraldehyd kèm theo việc khử NAD : CH2 C6H12O6 O CH OH CHO P CH2 + 2H2O + 2NAD + O CH OH COOH P + 2NADH + H+ LÊN MEN Giai đoạn : Do NADH+H+ tăng, nên oxy hóa khử môi trường giảm xuống, dẫn tới nhường hydro từ NADH+H+ cho acid phosphoglycerinic để khử thành acid lactic : CH2 O CH OH P + NADH + H + + CH3CHOHCOOH + H3PO4 + NAD + H2O COOH Một phần acid pyruvic khử carboxyl thành acid acetic, ethanol, CO2 aceton Vi khuẩn sử dụng glucose, galactose, levulose đường kép lactose, saccharose maltose LÊN MEN Sự lên men lactic dò hình L brevis, L fermenti, Bif bifidum thực phân giải đường glucose theo đường HMP C6H12 O6 HMP Ribose P Epimerase Xilulose Phosphoglyceraldehyd P Pentophosphatcetolase Acetylphosphat CH3CHO CH3COCOOH NADH + H + CH3CHOHCOOH Acid lactic +2H CO HOOCCH2COCOOH Acid oxaloacetic +2H HOOCCH2CH2COOH Acid succinic CH3CH2OH Ethanol -2H + H2O CH3COOH Acid acetic LÊN MEN 5.3.3 Ứng dụng Làm sữa chua, muối dưa, ủ thức ăn gia súc, sản xuất acid lactic (làm mềm nở da), dùng công nghiệp dệt (nhuộm, in), tổng hợp chất dẻo, công nghiệp thực phẩm Sản xuất lactate canxi, dùng để bổ sung canxi dạng dễ hấp thụ LÊN MEN 5.4 Lên men propionic 5.4.1 Tác nhân • Propionibacterium thuộc họ Lactobacteriaceae L vi khuaồn kợ khớ khoõng baột buoọc, sống dày động vật nhai lại tham gia vào trình tạo acid béo • Thường gặp : P freudrenreichii, P shermanii, P pentosaceum 5.4.2 Cơ chế • Sản phẩm trình lên men propionic acid propionic, acid acetic, CO2 H2O : • 3C6H12O6 = 4CH3CH2COOH + 2CH3COOH + 2H2O + 2CO2 + Q • Phân giải đường hexose theo đường EM Một phân tử acid pyruvic oxi hóa đến acid acetic H2O có hai phân tử pyruvat biến thành acid propionic LÊN MEN • 5.4.3 Ứng dụng • Vi khuẩn Propionic tham gia tích cực vào trình sản xuất fomat Giai đoạn lên men propionic giai đoạn với giai đoạn lên men lactic Các acid sinh lên men propionic (acid acetic, acid propionic) tạo vò cay fomat, CO2 sinh tạo độ xốp fomat Một số loài vi khuẩn Propionibacterium (như P shermanii, P freudrenreichii, P zeae) dùng để sản xuất B12 • LÊN MEN 5.5 Lên men butyric 5.5.1 Tác nhân • Acid butyric, butanol, aceton, isopropanol số loại rượu, acid hữu khác sản phẩm trình lên men hydratcarbon thực nhóm vi khuẩn kỵ khí, sinh bào tử, thuộc chi Clostridium • Chi Clostridium VK kỵ khí bắt buộc, có khả đồng hóa polysaccharid • Vài loài Clostridium có khả cố đònh nitơ phân tử C pasteurianum, có mặt mẫu đất có ý nghóa tích cực việc nâng cao dự trữ đạm đất LÊN MEN 5.5.2 Cơ chế • Phương trình chung trình lên men butyric : • 12C6H12O6  CH3CH2CH2CH2OH + 4CH3COCH3 + CH3CH2OH + • Glucose Butanol Aceton ethanol • CH3CH2CH2COOH + 18H2 + 28CO2 + 2H2O + Q Butyric A 5.5.3 Ứng dụng Quan trọng công nghiệp Sự lên men làm hư hỏng hoa chúng phá vỡ chất gian bào (pectin) làm cho tế bào rời nhau, tạo điều kiện cho vi khuẩn gây thối xâm nhập Clostridium pectinovorum, C felsineum công nghiệp ngâm đay làm giấy LÊN MEN 5.6 Clostridium lên men acetic • Một số loài Clostridium C aceticum, C thermoaceticum, C acidiurici C cylindrosporum có khả chuyển hydro tách từ chất, đến chất nhận chất hữu mà đến CO2, để tạo acid acetic : • 8[H] + 2CO2  CH3COOH + 2H2O • Đây trình lên men kỵ khí, khác với oxy hóa không hoàn toàn biến rượu thành dấm • Những loài ưa nóng C thermoaceticum loài ưa ẩm C aceticum có khả hình thành acid acetic chủ yếu chúng lên men hexose LÊN MEN Sơ đồ tổng quát trình lên men • Quá trình lên men, hydro tách từ khử hydro chất khử hydro triophosphat chuyển đến NAD+ • Hydro đào thải dạng hydro phân tử, mà phần lớn phải chuyển đến chất nhận hợp chất hữu (hoặc đến CO2) • Khi khử chất nhận hydro NAD+ tái sinh, lại tham gia vào trình khử triophosphat Các sản phẩm khử bò thải môi trường GLUCOSE [H] ATP Acid lactic Nấm men Vi khuaån lactic CH3COCOOH [H] Vi khuaån propionic Acid oxaloacetic CO2 Nhóm vi khuẩn đường ruột Ethanol CH3CO~SCoA +HCOOH ATP CO2 Acetaldehyd [H] Acid acetic Ethanol H2 CO2 Clostridium [H] Acid succinic CO2 CO2 [H] Butandiol Acid propionic CH3CO~SCoA + H2 + CO2 Acetoin CH3COCH2CO~SCoA AcetoAcetylCoA ATP ATP [H] Acid butyric ATP [H] Butanol CO2 Acid acetic Aceton [H] Isopropanol ... ~ P O ~ P OH O OH OH OH Phosphat HO OH Phosphat Ribose Phosphat Adenosin H 2O Adenosin-triphosphat ATPase Triphosphat Adenosin-diphosphat + Ion phosphat + 7300 cal/m CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH CỦA... ĐƯỜNG HEXOSE 2.2 Con đường hexosomonophosphat (HMP) đường oxy hóa pentophosphat (PP) Warburg-Dicken, Horecker-Racker Phương trình chung : hexose-6-phosphat + 6NADP hexose-6-phosphat + trio3-phosphat... 3CO2 + 6NADPH+H+ • cedoheptulose-7-phosphate fructose-6phosphate • Transaldolase • chuyển gốc dioxyaceton • 3-phospho- glyceraldehyd erythro-4phosphate • xylulose-5-phosphate xylulose-5-phosphate