Xem mẫu
- SỰ TRAO ĐỔI CHẤT CỦA
VI SINH VẬT
- MỤC TIÊU
1. Trình bày được các con đường thu nhận năng
lượng
2. Phân biệt được hô hấp hiếu khí và kỵ khí
3. Hiểu được oxy hóa không hoàn toàn
4. Kết nối được các quá trình lên men chủ yếu
- ĐẠI CƯƠNG
TRAO ĐỔI CHẤT NĂNG LƯỢNG
vsv (ATP, UTP, acetylcoenzym A)
- ĐẠI CƯƠNG
Lieân keát cao naêng
NH2
O O O
N
N
CH2 O P O ~ P O ~ P OH
N O OH OH OH
N
Phosphat
HO OH
Phosphat
Ribose
Phosphat
Adenosin Triphosphat
H2O
Adenosin-triphosphat Adenosin-diphosphat + Ion phosphat + 7300 cal/m
ATPase
CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH CỦA ATP
- NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE
2.1. Đường phân (glycosis) hay con đường Embden-Meyerhof
(EM), hay con đường fructose -1,6-diphosphat (FDP)
Enterobacteriaceae
Glucose acid pyruvic
Glucose + 2ATP +2 NAD 2CH3COCOOH + 4ATP + 2NADH+H+
- NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE
Cần 2 ATP
1 pt glucose fructose-1, 6-diphosphat
2 pt triosephotphat
Tạo ra 4 ATP
Acid pyruvic
Như vậy quá trình EM tạo ra được 2 ATP
S. cerevisae, sự lên men tạo sản phẩm cuối cùng là rượu.
Vi khuẩn khac lên men lactic tạo acid lactic.
́
Động vật là aicd pyruvic và acid lactic
- NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE
2.2. Con đường hexosomonophosphat (HMP) hay là con đường oxy
hóa pentophosphat (PP) hoặc Warburg-Dicken, Horecker-Racker
Phương trình chung :
3 hexose-6-phosphat + 6NADP 2 hexose-6-phosphat + trio-3-phosphat
• + 3CO2 + 6NADPH+H+
• cedoheptulose-7-phosphate fructose-6-phosphate
• Transaldolase
• chuyển gốc dioxyaceton
• 3-phospho- glyceraldehyd erythro-4-phosphate
• xylulose-5-phosphate xylulose-5-phosphate
Transketolase
chuyển nhóm ceton
ribo-5-phosphate erythro-4-phosphate
- NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE
oxy hóa
glucose-6-phosphate các hợp chất 5 carbon
glucose-6-phosphate
HMP có chức năng :
- Bổ sung đường ribo cho tế bào
- Cung cấp NADP. H+H+ cần cho phản ứng sinh tổng hợp khử.
Hiệu suất của HMP chỉ 1/2 EM, vì khi biến đổi một phân tử
đường glucose thành acid pyruvic thì chỉ tạo một phân tử ATP.
- NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE
- Penicillium chrysogenum có khoảng 2/3 số lượng glucose
được chuyển hóa qua con đường HMP
- E. coli thường chỉ có 1/3 glucose được chuyển hóa qua HMP.
- S. cerevisiae lên men kỵ khí glucose được chuyển hóa theo
EM, ở điều kiện thoáng khí 30% glucose được chuyển hóa theo
HMP.
- Propionibacterium arabinosum chuyển hóa theo EM.
- Acetobacter suboxydans chỉ 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 là 2-aceto-3-desoxy-6-
phosphogluconic acid, nên còn gọi là con đường CDPG.
Cần 1 ATP
glucose glucose-6-phosphate
3-phosphoglyceraldehyd
Tạo 2 ATP
CH3COCOOH
• Phương trình chung :
• Glucose + ATP + NADP + NAD 2CH3COCOOH +
2ATP + NADPH+H+ + NADH+H+
- NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE
• - ED phổ biến ở vi khuẩn gram âm và ít gặp ở vi khuẩn kỵ khí.
• - Chuyển E. coli từ môi trường glucose sang gluconat (acid
gluconic) thì sẽ tạo enzym gluconokinase phosphoryl hóa acid
gluconic thành acid 6- P -gluconic và chuyển hóa theo ED.
- Pseudomonas phân giải glucose qua gluconat vì có enzym
glucodehydrogenase biến glucose thành gluconat.
- NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE
2.4. Vi sinh vật sử dụng các hợp chất glucid khác
Lactobacillus và Neisseria meningitidis có chứa enzym
maltophosphorylase, có khả năng phosphoryl hóa
disaccharid
mà không tiêu tốn ATP.
Maltose + H3PO4 Glucose-1-phosphat + Glucose
- HÔ HẤP
3. Hô hấp
• Hie á u kh í b a é t b u o ä c (Obligate Aerobes).
• Oxy phaân töû laø yeáu toá caàn thieát cho hoaït ñoäng soáng.
• Oxy là chaát nhaän hydro.
• Khoâng coù oxy vi khuaån khoâng taêng tröôûng vaø cheát.
• Hydro töø cô chaát → O2 → H2O
Vi hieáu khí (Microaerophile).
Caàn noàng ñoä oxy thaáp ñeå hoaït ñoäng soáng.
Oxy laøm chaát nhaän electron cuoái cuøng nhöng khoâng phaùt
trieån trong ñieàu kieän hieáu khí bình thöôøng vaø m khoù
oïc
khaên trong ñieàu kieän yeámkhí
- HÔ HẤP
• Kỵ khí không bắt buộc (Faculative
Anaerobes)
• Tăng trưởng trong điều kiện có hay không có oxy.
• Oxy là độc tố của vi khuẩn và oxy sẽ tạo thành H2O2
theo phản ứng :
• 2O2- + 2H+ → O2 + H2O2
• H2O2 độc, ở vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối sẽ bị phân
hủy ngay lập tức với sự xúc tác của enzym catalase
hoặc peroxydase theo phương trình :
• H2O2 → H2O + O2
• VK kỵ khí không bắt buộc sống được khi môi trường
kỵ khí hay môi trường bình thường, thu năng lượng
bằng phản ứng oxy hóa hay sư lên men.
- HÔ HẤP
• Vi khuẩn kỵ khí bắt buộc (Obligate Anaerobes).
• Không sử dụng oxy để biến dưỡng, thu năng lượng từ phản
ứng lên men
• Không mọc được trong điều kiện hiếu khí.
• Chất nhận hydro là chất vô cơ hay hữu cơ và oxy là độc tố đối
với vi khuẩn.
• Không có enzym catalase hay peroxydase để phân hủy H2O2 vì
vậy tích lũy trong tế bào.
- HÔ HẤP
3.1. Hô hấp hiếu khí và chu trình Acid Tricarboxylic (Krebs)
Acid pyruvic hình thành bằng các con đường phân giải
hydratcarbon sẽ được VSV oxy hóa triệt để thông qua chu
trình Krebs hay còn gọi là chu trình acid tricarboxylic (ATC).
3.2. Hô hấp kỵ khí (yếm khí)
3.2.1. Hô hấp nitrat (amon hóa nitrat và phản nitrat hóa)
Gồm quá trình : amon hóa nitrat và phản nitrat hóa
Amon hóa nitrat
NH2OH → NH3
NO3 → NO2 → NO- Hô hấp nitrat
N2O → N2
Phản nitrat hóa
- HÔ HẤP
• Nhiều vi khuẩn sử dụng nitrat (nitrat hóa) là nguồn thức ăn nitơ.
• Khử nitrat qua nitrit đến NH3, sau đó NH3 sẽ tiếp tục tham gia vào hoạt
động trao đổi chất (khử đồng hóa).
• NO3 → NO2 → X → NH2OH → NH4 (sử dụng)
• Sản phẩm trong nitrat hóa được dùng
• Sản phẩm trong hô hấp nitrat (khử dị hóa) không được sử dụng trực
tiếp mà thải ra ngoài tế bào vi khuẩn.
• Hệ thống enzym của hô hấp nitrat chỉ được tạo ra trong điều kiện
yếm khí hoặc thiếu oxi.
• VK phản nitrat hóa oxy hóa chất hữu cơ nhờ oxy không khí
• Khi thiếu oxy sẽ oxy hóa các chất hữu cơ này bằng oxy của nitrat và
tiến hành khử nitrat thành nitơ phân tử. Đây là nhóm kỵ khí không bắt
buộc.
• Khi phân giải nitrat, sẽ tích lũy K, Na, Ca tạo ra KOH, NaOH hoặc
carbonat, làm kiềm hóa môi trường.
- HÔ HẤP
3.2.2. Hô hấp sulfat
Khả năng đồng hóa sulfat làm nguồn thức ăn S để tổng hợp aminoacid
và các enzym chứa lưu huỳnh, gọi là quá trình khử đồng hóa sulfat.
Nguồn hydro là acid hữu cơ, rượu và hydro phân tử.
Cơ chất hữu cơ không được oxy hóa triệt để. Sản phẩm cuối cùng của
quá trình oxy hóa thường là acid acetic
• VK tự dưỡng hóa năng khử sulfat bằng hydro phân tử và sử dụng năng
lượng sinh để đồng hóa CO2 của không khí.
• Trao đổi chất ở vi khuẩn khử sulfat có tính chất oxy hóa, nhận năng
lượng từ phosphoryl hóa trong chuỗi hô hấp.
• Đây là quá trình cần năng lượng.
- HÔ HẤP
• Dưới tác dụng của ATP-sulfurilase, gốc phosphat của ATP được
thay bằng sulfat và tạo thành Adenosin-5'-phosphosulfat (APS)
• ATP + SO4 Adenosin-5'-phosphosulfat + pyrophosphat
• Quá trình khử sulfat phải có sự tham gia của cytochrom C3.
• Khử đồng hóa sulfat tiến hành thông qua hợp chất
phosphoadenosin-phosphosulfat (PAPS).
- HÔ HẤP
• Oxi hóa một mol acid lactic thu được 2 mol ATP
• Khử sulfat sulfit cần 2 lk cao năng (ATP AMP + PPi)
• Tổng năng lượng bằng 0. Vì thế vi khuẩn phản sulfat hóa có thể
sử dụng H2 và tạo sulfit từ sulfat và H2 mà không cần thông qua
APS.
• VK phản sulfat hóa gặp ở vùng bùn lầy có khí H2S, nơi có quá
trình phân giải kỵ khí các hợp chất hữu cơ, tham gia vào quá
trình hình thành quặng lưu huỳnh, mỏ dầu.
nguon tai.lieu . vn
