5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.4. Sinh tổng hợp BC
- Sinh tổng hợp BC là một tiến trình bao gồm nhiều bước được điều hịa một cách chuyên biệt và chính xác, liên quan đến một số lớn enzyme, các phức hợp xúc tác và các protein điều hịa.
- Cellulose được tổng hợp từ A.xylinum là sản phẩm cuối cùng của sự
biến dưỡng carbon, phụ thuộc vào trạng thái sinh lý của tế bào bao gồm cả chu trình pentose phosphate hoặc chu trình Krebs, kết hợp với quá trình tạo glucose. Sự thủy phân glucose khơng hoạt động ở vi khuẩn acid acetic bởi vì chúng khơng tổng hợp được enzyme quan trọng của con đường này đĩ là
phosphofructose kinase. Ở A.xylinum, sự tổng hợp cellulose liên hệ chặt chẽ
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 11
những phản ứng dị hĩa. Sự tổng hợp BC khơng gây trở ngại cho các quá trình đồng hĩa khác, bao gồm sự tổng hợp protein.
- A.xylinum biến đổi nhiều phức hợp carbon như: hexose, glycerol,
pyruvate, dihydroxyacetone và các dicarboxylic acid thành cellulose với hiệu suất 50%.
- Ngày nay con đường tổng hợp cellulose ở A.xylinum đã được hiểu rất
rõ. Đĩ là một quá trình tổng hợp gồm nhiều bước liên tiếp nhau, gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn polymer hĩa, giai đoạn kết tinh.
Giai đoạn polymer hĩa: trong đĩ cĩ sự tham gia của enzyme tổng hợp cellulose xúc tác. Đầu tiên enzyme glucokinase (GK) xúc tác phản ứng phosphoryl hĩa glucose thành glucose-6-phosphate (Glc-6-P). Tiếp theo Glc- 6-P bị isomer hĩa tạo thành glucose-1-phosphate (Glc-1-P) nhờ enzyme phosphoglucosemutase (PGM). Sau đĩ enzyme UDP-glucose pyrophosphorylase (UGP) xúc tác chuyển Glc-1-P thành UDPGlc, trong đĩ cĩ sự hiện diện của UTP. Cuối cùng cellulose được tạo thành từ UDPGlc nhờ enzyme cellulose synthase và cyclic-di-GMP là yếu tố giúp hoạt hĩa enzyme này.
Giai đoạn kết tinh: các chuỗi bắt đầu được tổng hợp nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glucan. Các chuỗi glucan kết hợp với nhau bằng liên kết Van der Waals tạo nên lớp các chuỗi glucan. Lớp này chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn, sau đĩ các lớp này sẽ kết hợp với nhau bằng liên kết hydro tạo thành các sợi cơ bản thường gồm 16 chuỗi glucan. Các sợi cơ bản tiếp tục kết hợp với nhau tạo thành vi sợi, rồi sau đĩ tạo thành các bĩ và thành các sợi. Kích thước, hình dạng, độ trong suốt, tỷ lệ các dạng của cellulose tùy thuộc vào vị trí xúc tác của phức chất enzyme.
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 12
Hình 2.4: Con đường dự đốn của quá trình sinh tổng hợp và tiết
ra cellulose khi glucose được tế bào A. xylinum hấp thụ từ bên ngồi [43]
Hình 2.5: Con đường sinh tổng hợp BC ở Acetobacter xylinum [44]
1PFK Fru-bi-P FBP Con đường sinh glucose Chu trình Pentose phosphate Chu trình Krebs PGI FK Fru-6-P Fructose PTS Fru-1-P ATP ADP PGA G6PDH (NAD, NADP) Glucose Glc-6-P GK ADP ATP Cellulose CS UDP-Glc UGP Glc-1-P PGM
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 13
- UDPGlc pyrophosphorylase là enzyme quyết định sự tổng hợp cellulose vì vài kiểu hình đột biến khơng tổng hợp cellulose thiếu enzyme này (Valla et al.,1989).
- Hơn nữa, hoạt tính pyrophosphorylase khác nhau giữa những lồi A.
xylinum khác nhau và hoạt tính cao nhất thì được phát hiện trong những lồi
sản xuất cellulose hiệu quả nhất như là A. xylinum ssp. sucrofermentans
BPR2001.
- Ngồi ra cĩ vài lồi thích sử dụng fructose như là nguồn cacbon và thể hiện hoạt tính phosphoglucoisomerase cao và cĩ hệ enzyme trao đổi phosphor và phụ thuộc vào phosphoenolpyruvate. Hệ này xúc tác biến đổi fructose thành fructose-1-phosphate và thành fructose-1,6-biphosphate [7][6].