- Pha tử vong
TT TU TT Z2“
1.2. VAI TRÒ CỦA CÁC AMINOACID TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN GLUTAMIC ACID
MEN GLUTAMIC ACID
Trong lên men giutamic acid, các amino acid đóng vai trò rất quan trọng
không thể thiếu trong cả hai khía cạnh: tăng trưởng của vi sinh vật và tổng hợp
giutamic acid. Vai trò của các amino acid có thể là nguồn định dưỡng, nguồn
năng lượng và chất sinh trưởng.
1.2.1. Nguồn định dưỡng và năng lượng
Các chất dinh dưỡng của vị sinh vật là chất được vì sinh vật hấp thụ từ môi
trường xung quanh để làm nguyên liệu cung cấp cho các quá trình sinh tổng hợp trong tế bào, tạo ra các thành phần cấu thành của tế bào hoặc để thu năng lượng [12]. Các amino acid có mặt trong môi trường được vị sinh vật lên men gÌntamnic acid sử dụng làm nguyên liện tổng hợp protein, tiễn chất của các sản phẩm trao
đổi chất, nguên cung cấp N và S, khung carbon, nguồn năng lượng. Đặc biệt một số amino acid cơ thể vị sinh vật không tự tổng hợp được. Do đó các amino acid này nếu không được cung cấp đủ thì vi sinh vật không thể phát triển được.
Các amino acid trong môi trường được vị sinh vật hấp thụ trực tiếp vào trong tế bào. Trong cơ thể vi sinh vật, các amino acid có thể được chuyển hóa bởi các
phản ứng sau đây:
(1 Khử amine: phân ứng khử amine xây ra ở điều kiện hiếu khí, NH: được tách ra khỏi phân tử amino acid và tạo thành ơ-keto acid.
R-CH-COOH + 1⁄2O; z£——— R- §H- CO0H + _NHạ
NH, Ò
Ở đây có sự tham gia của enzyme deaminase. Enzyme này hoạt động tốt
trong khoảng pH từ 6,5 ~ 7,5. Đây là kiểu khử amine rất thường gặp. Khung carbon tạo thành được sử dụng vào nhiều con đường sinh tổng hợp hoặc phân giải
tiếp để tạo năng lượng. NH¿ tạo thành có thể tham gia sinh tổng hợp các amino
acid khác qua phần ứng tổng hợp glutamine- dạng ammonia hoạt động cần cho
phần ứng amine hóa các keto acid. Tuy nhiên, NH; cũng có thể tham gia trực tiếp vào phần ứng amine hóa trong sự tổng hợp một vài amino acid đặc biệt.
amino acid hấp thụ œ-ketogiutarale
Œœ-keto acid gÌutamaie
NHạ ATP
giutamine synthase
giutamine ơ-keto acid của tế bào
gÌutamate
amino acid cần cho nhu cầu của tế bào
Sơ đề 1.6. Chuyển hóa NH; sinh ra từ khử qmine
Ngoài ra, cũng có thể xây ra sự khử amine nhờ oxygen của nước (chẳng hạn
như sự tạo thành oxaloacetic từ asparaginic acid) hoặc khử amine với sự thay thế NH; bằng 2 nguyên tử hydro và tạo ra các acid bão hòa (chẳng hạn như việc tạo thành acetic acid từ giycine hay succinic ac1d từ asparagưic acid).
(2) Khử carboxyl : phần ứng khử carboxyl diễn ra ở pH acid tạo thành các
amine và CÓa. R- CH-COOH R-CH; + CO; ị | NH¿ạ NH¿ - 27 -
(3) Kết hợp khử amine và khử carboxyl: trong cơ thể vi sinh vật có thể diễn ra đồng thời sự khử amine và khứ carboxyl, tạo thành các sản phẩm trung gian
như acid hữu cơ, rượu... và các sản phẩm này sẽ được lôi cuốn vào các quá trình
phân giải sinh năng lượng cũng như chuyển hóa thành các chất khác cần thiết cho việc xây đựng tế bào.
(4) Chuyển amine: quá trình chuyển amine được xúc tác bởi enzyme
transaminase, gốc amine được chuyển từ amino acid sang keto acid để tạo thành
amino acid khác và keto acid khác. Chức năng chính của transaminase là tạo amino nirogen cho chỉ một hoặc vài amino acid. Glutamic acid được tổng hợp
trực tiếp từ nguồn định đưỡng amino acid theo cách này.
(5) Trực tiếp sử dụng trong quá trình sinh tổng hợp protein: trong trường hợp
các amino acid không thay thế, Do vi sinh vật không có khả năng tự tổng hợp nên các armino acid này được sử dụng trực tiếp để tổng hợp protein cho nhu cầu của tế bào. Đây là lý do vì sao trong lên men giutamic acid người ta vẫn phải dùng
nguồn định đường amino acid mặc đà nguồn carbon và nirogen cũng được cung
cấp hiệu quả từ đường và khí arnrnonia (hoặc urea).
Vậy, amino acid đóng một vai trò quan trọng như là nguồn dinh dưỡng không
thể thiếu cho sự sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp glutamic acid của vị sinh
vật trong lên men glutamuc acid ƒ9, 6, 3, 30].
1.2.2. Chất sinh trưởng
Các amino acid như gÌycme, alanine, methionine, phenylalanine, histidine,
cystine, cysteine có tác dụng là chất sinh trưởng và nâng cao hiệu suất sinh tổng
hợp glutamic acid [6]. Trong đó cystine và cysteine có tác dụng rõ rệt nhất. Đối với giống Brevibacterium flavum nông độ cysteine tối thích để tổng hợp glutamic acid là 500mg/L và để cho giống phát triển tối đa thì chỉ cần 300mg/L (Lương
Đức Phẩm, 1972). Cysteine trong trường hợp này là chất hoạt hóa €nzyme - 28 -
giutamate dehydrogenasc với nhóm sulfuhydryl (-SH). Ngoài ra cysteine còn
tham gia vào cấu tạo của phân tử biotin là chất sinh trưởng không thể thiếu trong
lên men glulamic acid. Cystine cũng có tác dụng tương tự cysteine, trong tế bào
nó có thể đễ dàng biến đổi thành cysteine và ngược lại.
Phenylalanine Alanine Tyrosine Giycine Tryptophan Threonine Lysine Serine Leucine Cysteine N ⁄ \ Z N N / ` ⁄ Acetoacetyl-CoA Pyruvate N ⁄ Âsparagine \ ⁄ Aspartate Acetyl-CoA —— ửảmxẽŠ | \ $ Z N Oxaloacelate NN Ề là Chrate N ⁄ N / À Maiate À Ạ ——DỪ———ỪD \ | _ Chư trình TOA _ \ j \ / À / N / ` # Fumarate lsocitrate ‡ ị NI “ “® \ TỐ Succinyi-CoA . —” œ-Ketogluiarate Ạ Phenylalanine ị ˆ Tyrosine ị Methionine Gà Valine say lsoleucine Tn Hn
Sơ đề 1.7. Phân giải các amino acid thành các hợp chất hiểu cơ trung gian [30]