ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ
Sự phân giải chất dinh dưỡng và giải phĩng năng lượng của tế bào vi khuẩn (sự dị hố) cĩ thể được chia thành 2 giai đoạn cơ bản:
4.2.1 Giai đoạn thuỷ phân (phân huỷ ngoại bào):
Q trình này xảy ra bên ngồi tế bào,các hợp chất cao phân tử dưới sự tác động của các enzyme ngoại bào do vi sinh vật tiết sẽ ra bị thuỷ phân thành các chất đơn giản cĩ khối lượng phân tử nhỏ hơn để cĩ thể đi qua màng vào bên trong tế bào chất.
- Hydrocacbon: (tinh bột, glucogenẦ) quá trình thuỷ phân của chất bột tương đối
đơn giản hơn chất đạm, béo, dưới tác dụng của enzyme amilaza tinh bột bị thuỷ phân thành các đường đơn giản, cụ thể theo phương trình sau:
+ Nếu cĩ nhiều oxy:
(C6H10O5)n → n C2H12O6 → 6CO2+ 6H2O + 674 Kcal + Nếu cĩ ắt oxy:
n(C6H10O5) → n C6H12O6 → 2n C2H5OH + 2n CO2 + 24 Cal Và C2H5OH → CH2COOH
- Protein: bị thuỷ phân thành các hợp chất đơn giản hơn là các polypeptit,
oligopeptit. Các chất này được tiếp tục thuỷ phân thành các acid amin nhờ men peptidaza ngoại bào hoặc được tế bào hấp thụ, sau đĩ được phân huỷ tiếp trong tế bào thành các acid amin.
- Lipid: bị thuỷ phân chậm hơn so với hydratcacbon và protein, quá trình thủy phân
tiến hành từ từ,dưới tác dụng của enzyme lipase, lipid kết hợp với 1 phân tử nước giải
Protein
Enzyme phân giải
Protein ngoại bào
Polypeptide Olygopeptid
Peptidaza
Khố Luận Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
phĩng 1 acid béo rồi kết hợp với phân tử nước thứ hai, thứ ba và giải phĩng acid béo thứ hai rồi thứ ba tạo thành glycerin và các acid béo.
CH2OOCR1 CH2OH │ │
CHOOCR2 + H2O → CHOOCR2 + HOOCR1 │ │
CH2OOCR3 CH2OOCR3
CH2OH CH2OH │ │
CHOOCR2 + H2O → CHOH + HOOCR2 │ │
CH2OOCR3 CH2OOCR3
CH2OH CH2OH │ │
CHOH + H2O → CHOH + HOOCR2
│ │
CH2OOCR3 CH2OH
Glyxerin Acid béo
Giai đoạn thuỷ phân các chất hữu cơ cĩ thể biểu diễn ngắn gọn như sau:
Hình 4.1 Tiến trình thuỷ phân của vi sinh vật trong nước thải
Các chất hữu cơ trong nước thải
Lipid
Hydratcacbon Protein
Acid béo
Khố Luận Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
4.2.2 Giai đoạn oxy hố
Quá trình oxi hố Ờ khử do hệ enzyme nội bào xúc tác Ờ Xitocrom và Xitocromoxidaza. Các enzyme oxi hố Ờ khử này gồm cĩ 2 cấu tử: nhĩm chắnh và nhĩm phụ. Nhĩm phụ - coenzyme, là flavin Ờ adenine Ờ dinucleotid (FAD). Các enzyme này tách H+ ra khỏi phân tử enzyme kết hợp với oxy tạo thành nước, nhờ cĩ oxy và nước mà các phản ứng oxy hố khử giữa các nguyên tử cacbon mới xảy ra được. Hệ thống enzyme này rất quan trọng, vì chúng xúc tác cho các phản ứng oxi hố Ờ khử đảm bảo cho đời sống và phát triển của các vi khuẩn hiếu khắ cĩ chuỗi hơ hấp nội bào.
Giai đoạn này biến những chất đơn giản thu được sau giai đoạn thuỷ phân thành những chất 2 carbon là acetyl CoA. Acetyl CoA được coi là sản phẩm thối hố của các chất glucid, lipid và protein. Nĩ được hình thành do sự β Ờ oxi hố acid béo, do sự oxy hố của khoảng một nửa số α Ờ amino acid cũng như do sự oxy hố hiếu khắ glucose.
Acetyl CoA được hình thành ở giai đoạn này sẽ bị oxy hố hồn tồn trong chu trình Krebs (chu trình citrate) để hình thành CO2, H2O và giải phĩng năng lượng. Phần lớn năng lượng được giải phĩng ở giai đoạn này (khoảng 2/3 tổng năng lượng của quá trình).
Trong giai đoạn này, khoảng 30 Ờ 40% năng lượng hố học được biến thành nhiệt và hơn 60% năng lượng được sử dụng để tổng hợp các hợp chất cao năng (ATP). Trong chu trình citrate, các hydro tách ra sẽ được oxy hố qua chuỗi hơ hấp để tạo nên năng lượng và H2O. Năng lượng giải phĩng được tắch trữ ở các phân tử ATP. Tồn bộ q trình được minh hoạ bằng sơ đồ trên hình 4.2.
Khố Luận Tốt Nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
Hình 4.2 Tiến trình oxy hố sinh học của vi khuẩn