Giáo trình Vi sinh vật học part 5 ppt

123
NH
3
, các chất này có thể tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất và
trao đổi năng lượng của tế bào.
Urea là chất hữu cơ chủ yếu trong nước tiểu của người và động.
Trong urea có chứa 47% nitơ nhưng nếu không được vi sinh vật phân giải
thành NH
3
thì nguồn nitơ lớn lao này cũng trở thành vô ích đối với mọi
thực vật.
Rất nhiều vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm sợi sống trong đất có khả năng
phân giải mạnh mẽ urea. Đáng chú ý là các loài như Planosarcina urea,
Micrococcus urea, Bacillus pasteurii, Proteus vulgaris Quá trình phân
giải urea xẩy ra rất đơn giản với sự xúc tác của urease:
H
2
N- CO- NH
2
+ 2H
2
O (NH
4
)
2
CO
3
(NH
4
)

2
CO
3
ít bền vững do đó dễ dàng phân giải tiếp:
(NH
4
)
2
CO
3
2NH
3
+ CO
2
+ H
2
O
NH
3
sinh ra do sự phân giải hợp chất hữu cơ thường được ôxy hóa
thành NO
2
-
và tiếp tục ôxy hóa đến NO
3
-
. Phân đạm ((NH
4
)
2

SO
4
hoặc
NH
4
Cl) sau khi bón ruộng cũng nhanh chóng chuyển thành NO
3
-
. Quá
trình chuyển hoá này gọi là quá trình nitrate hóa. Quá trình này bao gồm 2
giai đoạn:
- Quá trình nitrite hóa được biểu thị bằng phương trình phản ứng
sau:
2NH
3
+ 3O
2
2HNO
2
+ 2H
2
O + Q
Năng lượng sinh ra trong phản ứng này cũng được vi khuẩn nitrite
sử dụng để đồng hóa CO
2
của không khí. Thực ra quá trình này trải qua
nhiều phản ứng trung gian và tạo nhiều sản phẩm trung gian, trong đó sản
phẩm trung gian quan trọng nhất là hydroxilamin (NH
2
OH). Enzyme xúc

tác cho việc chuyển hydro là các enzyme của quá trình hô hấp hiếu khí. Vi
khuẩn nitrite là bọn tự dưỡng bắt buộc với các chi đại diện là
Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira và Nitrosocystis.
- Quá trình nitrate hóa được biểu thị bằng phương trình sau:
NO
2
-
+ O
2
NO
3
-
+ Q

Cũng như các vi khuẩn tự dưỡng hóa năng khác, năng lượng sinh
trong phản ứng ôxy hoá NO
2
-
được sử dụng để đồng hóa CO
2
không khí.
Vi khuẩn nitrate hóa điển hình là các loài thuộc giống Nitrobacter. Đây là
những tế bào hình bầu dục, kích thước khoảng 0,8-1,0μm, thuộc loại G
-
,
không tạo bào tử, khuẩn lạc nhỏ bé và trong suốt. Ngoài ra còn có một số
giống khác như Nitrococcus, Nitrospira

124
6.2. Sự tổng hợp protein

Ba quá trình chủ yếu trong việc biến đổi và truyền đạt thông tin di
truyền ở trong cơ thể là:
- Sự nhân đôi DNA tạo ra 2 phân DNA giống nhau và giống với
phân tử DNA “mẹ”.
- Quá trình sao mã theo đó thông tin di truyền từ DNA được sao
sang RNA, sau đó được chuyển đến ribosome.
- Quá trình dịch mã cho phép chuyển dịch thông tin di truyền thành
các axit amin cấu trúc nên protein. Công nghệ di truyền cho phép giải mã
trật tự các nucleotide thành trật tự các axit amin đã được xác lập (h. 5.9).

Hình 5.9 Sơ đồ sinh tổng hợp
axit amin
(
theo Lehnin
g
er
)

125
Phần lớn các vi sinh vật có khả năng tổng hợp 20 loại axit amin.
Con đường tổng hợp axit amin ở vi sinh vật đã được nghiên cứu khá tỉ mỉ.
Nguyên liệu dùng cho quá trình tổng hợp đó là những sản phẩm trung gian
như pyruvate, α - ketoglutarate, oxaloacetate, fumarate
Trong phần lớn trường hợp, nhóm amin được đưa vào giai đoạn
cuối cùng của sinh tổng hợp nhờ sự chuyển amin, một số acid amin được
hình thành nhờ hàng loạt biến đổi của các acid amin khác, trong trường
hợp đó không cần sự chuyển amin. Nhiều loại L - acid amin đã được sinh
tổng hợp bằng con đường lên men nhờ vi sinh vật như lysine, glutamic,
alanine, glycine
Hiện nay nhiều loại acid amin “tự nhiên” là sản phẩm của công nghệ
sinh học bằng cách thủy phân protein, tổng hợp hóa học hoặc sinh tổng
hợp nhờ vi sinh vật. Trong nhiều trường hợp người ta phối hợp giữa tổng
hợp hóa học và sinh tổng hợp, phương pháp này có nhiều ưu điểm là cho
các dạng L - acid amin là dạng thường gặp trong cơ thể.

7. Sự trao đổi lipid
7.1. Sự phân giải lipid
Lipid (ester phức tạp của glycerine và acid béo) và các chất sáp
(ester phức tạp của acid béo và rượu bậc một) được nhiều vi sinh vật dùng
làm nguồn thức ăn và năng lượng. So với các cơ chất khác thì đây là loại
cơ chất được đồng hóa với tốc độ chậm, quá trình này được thực hiện bởi
nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau như vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm
Bước đầu tiên của quá trình đồng hóa lipid là sự phân giải thành
glycerine (hoặc rượu đơn nguyên tử) và các acid béo. Quá trình này được
xúc tác nhờ lipase nội bào hoặc ngoại bào.
Sau khi được phosphoryl hóa, glycerine sẽ được chuyển hóa theo
con đường EMP, còn các acid béo đi vào chu trình β - ôxy hóa (hình
5.10).
Như vậy, cứ qua một vòng ôxy hóa hòan toàn chuỗi carbon của phân
tử acid béo lại mất đi 2C. Cứ tiếp tục như vậy thì toàn bộ chuỗi carbon sẽ
được chuyển hóa thành acetyl - CoA, chất này được chuyển hóa nhờ chu
trình TCA hoặc chu trình acid glyoxilic. Một số nấm mốc thuộc các chi
như Penicillium và Aspergillus có thể ôxy hóa acid béo một cách không
triệt để và tích lũy lại trong môi trường metylketone tạo mùi khó chịu (gặp
trong dầu mỡ bị nhiễm mốc).



126

Hình 5.10: Chu trình β- ôxy hóa axit béo
Câu hỏi ôn tập của chương 5
1. Các hình thức vận chuyển các chất qua màng?
2. Cơ chế của quá trình sinh năng lượng của hô hấp hiếu khí và kị
khí?
3. Các kiểu hô hấp ở vi sinh vật?
4. Các con đường phân giải hexose?
5. Các kiểu trao đổi chất ở vi sinh vật?
6. Cơ chế và ý nghĩa của chu trình acid tricarboxylic (ATC)?
7. Sự phân giải các hợp chất protein?
8. Vai trò của vi sinh vật trong vòng tuần hoàn nitơ?
9. Vai trò của vi sinh vật trong tuần hoàn carbon?

127
Chương 6
Hô hấp kị khí

I.Khái niệm chung

Nhiều vi khuẩn hiếu khí có thể sinh trưởng được trong điều kiện
không có oxy, lúc đó chúng dùng nitrate (hoặc sulfate) làm chất nhận điện
tử cuối cùng, vì vậy gọi là hô hấp nitrate (hoặc hô hấp sulfate).
Khả năng chuyển điện tử cho nitrate và sulfate, giúp cho vi khuẩn
thực hiện tương đối đầy đủ quá trình oxy hóa hoàn toàn cơ chất, mà không
cần có sự tham gia của oxy phân tử, nhờ đó vi sinh vật thu được nhiều
năng lượng hơn so với quá trình lên enzyme (hình 6.1)
Ngoài ra, có một số ít vi khuẩn (Clostridium aceticum) lại có thể
dùng CO
2
làm chất nhận hydro trong hô hấp kị khí.

Hình 6.1: Sơ đồ quá trình hô hấp hiếu khí, kị khí và lên enzyme

II. Hô hấp nitrate, ammonium hóa nitrate và khử nitrogen
Hô hấp nitrate hay là khử dị hoá nitrate khác với quá trình khử
đồng hoá nitrate ở chỗ, các sản phẩm khử trong trường hợp này không
được tế bào sử dụng tiếp, mà thường được tiết ra ngoài môi trường.

128
Rất nhiều vi khuẩn hiếu khí khi sống trong điều kiện kị khí có khả
năng dùng nitrate làm chất nhận hydro cuối cùng, ví dụ một số loài thuộc
các chi Bacillus, Aerobacter và E. coli khử nitrate thành amoniac (quá
trình amon hoá nitrate), trong khi đó một số khác lại khử nitrate để giải
phóng nitơ phân tử (N
2
) hoặc (N
2
O), người ta cho rằng quá trình amon hoá

nitrate và phản nitrate hoá có chung giai đoạn đầu (hình 6.2)


Hình 6.2: Sơ đồ quá trình hô hấp nitrate

Vi khuẩn nitrate hóa thuộc chi Nitrobacter dùng nitrite làm nguồn
năng lượng. Có thể biểu thị chuỗi hô hấp của vi khuẩn nitrate như sau:

Hình 6.3: Chuỗi hô hấp của vi khuẩn nitrate hóa
Nhiều loại vi sinh vật có khả năng dùng nitrate làm nguồn thức ăn
nitơ, khử đồng hoá nitrate qua nitrit thành amoniac, hợp chất này sẽ tham
gia tổng hợp trong tế bào của chúng:
NO → NO → x → NH
−
3
−
2
2
OH → NH
+
4
Khi ammonium hoá nitrate ta có:

129
8[H] + H
+
+ NO
−
3

→ NH + OH
+
4
-
+ 2H
2
O
Còn khi khử nitrate hoá:
10[H] + 2H
+
+ NO
−
3

→ N
2

+ 6H
2
O
Khi hô hấp nitrate, đặc biệt là khi phản nitrate hoá, cơ chất hữu cơ
được oxy hoá hoàn toàn đến CO
2
và H
2
O. Năng lượng sinh ra với nitrate
là chất nhận hydro chỉ thấp hơn trong trường hợp chất nhận là oxy phân tử
khoảng 10%. ATP cũng được tạo ra nhờ kết quả của quá trình phosphoryl
hóa trong chuỗi hô hấp, vì vậy quá trình phản nitrate hóa đảm bảo hoạt
tính sinh trưởng của vi sinh vật ở mức độ cao. Ở nhiều loại vi sinh vật có

khả năng hô hấp nitrate như E.coli thì chuỗi vận chuyển điện tử tương tự
như trong trường hợp hiếu khí, chỉ có citocromo-oxydase được thay bằng
nitratereductase.
Giai đoạn đầu của quá trình khử nitrate được xúc tác nhờ
nitratereductase. Nhiều vi khuẩn phản nitrate hóa có khả năng dùng không
những nitrate mà cả nitrite làm chất nhận hydrogen, M. denitrificans còn
khử được cả N
2
O. Tùy theo loài vi khuẩn mà sản phẩm của khử nitrate dị
hóa và nitrite dị hóa là N
2
, N
2
O hay NO.
Do vi khuẩn phản nitrate hóa có khả năng dùng nitrate chủ yếu làm
chất nhận điện tử, mà không có khả năng khử nó thành NH , cho nên
muốn nuôi cấy chúng phải cần bổ sung thêm nguồn đạm vào môi trường
(pepton hoặc NH ). Vi khuẩn phản nitrate hóa phân bố rất rộng trong tự
nhiên, những loài thường gặp như: P. denitrificans, P. aeruginosa, P.
fluorescens, Micrococcus denitrificans, Hydrogenomonas agilis
+
4
+
4
Vi khuẩn phản nitrate hóa là tác nhân sinh học làm nghèo nitrogen
của đất (còn phản nitrate hóa học xảy ra mạnh khi đất quá nhiều acid) quá
trình này xảy ra mạnh khi đất bị kỵ khí (đất ngập nước, không tơi )hoặc
khi dùng phân đạm (nitrate) cùng với phân chuồng trên những ruộng lúa
ngập nước, ở đây phân nitrate dùng bón cho lúa đạt hiệu quả rất ít, vì
nitrate có thể mất hết rất nhanh, chỉ khoảng mười giờ sau khi bón. Khi đất

thoáng khí quá trình phản nitrate bị ức chế, vì oxy phân tử đã ức chế tế
bào vi khuẩn tổng hợp enzyme nitratereductase và nitritereductase.

III. Hô hấp sulfate
Phần lớn vi sinh vật và thực vật có thể dùng sulfate làm nguồn
dinh dưỡng lưu huỳnh để tổng hợp cáchợp chất của cơ thể chứa S (acid
amin chứa S, enzyme ). Đó là quá trình khử đồng hóa sulfate. Chỉ có một

130
số ít vi sinh vật thuộc 2 chi Desulfovibrio và Desulfotomaculum lại dùng
sulfate làm chất nhận hydro cuối cùng trong hô hấp kị khí.
Quá trình hô hấp sulfate cũng tương tự như quá trình hô hấp
nitrate, nhưng các vi sinh vật thực hiện quá trình này đều thuộc loại kị khí
bắt buộc, chúng chỉ có thể dùng sulfate làm chất nhận hydro cuối cùng
trong quá trình oxy hóa cơ chất. H
2
S là sản phẩm của quá trình được sinh
ra theo khử ứng:
8[H] + SO → H
−2
4
2
S + 2H
2
O + 2OH
-
Vi khuẩn thực hiện quá trình hô hấp sulfate trước khi bị khử thành
H
2
S phải trải qua nhiều giai đoạn trung gian mà có những giai đoạn cho

đến nay người ta chưa biết được một cách chắc chắn:
SO → APS → SO → → → S
−2
4
−2
3
2-
(Adenosin-5-phosphosulfate)
Năng lượng sinh ra trong quá trình hô hấp sulfate được vi sinh vật
sử dụng để đồng hóa các hợp chất hữu cơ (acid hữu cơ, amino acid) một
số vi khuẩn khử sulfate hóa có khả năng tự dưỡng cacbon, chúng dùng
hydro phân tử để khử sulfate và sử dụng năng lượng sinh ra trong quá
trình hô hấp sulfate để đồng hóa CO
2
trong không khí.
4H
2
+ H
2
SO
4
→ H
2
S + 2H
2
O + Q
Vi khuẩn khử sulfate hóa có thể phân giải pyruvate để hình thành
H
2
S:

4CH
3
COCOOH + H
2
SO
4
→ CH
3
COOH +4CO
2
+H
2
S
Vi khuẩn khử sulfate hóa thường gặp ở những vùng bùn lầy có khí
H
2
S, tức là những nơi có quá trình phân giải kỵ khí các hợp chất hữu cơ.
Trong 1ml nước bẩn chứa 10
4
– 10
6
vi khuẩn khử sulfate, còn trong bùn có
H
2
S số lượng của chúng lên tới 10
7
tế bào. Hàng triệu năm nay, chúng
tham gia tích cực vào quá trình hình thành quặng lưu huỳnh, mỏ dầu hỏa.
Desulfotomaculum ruminis tham gia tích cực vào quá trình khử sulfate và
tạo thành H

2
S trong những dạ dày cỏ của động vạt nhai lại (trâu, bò ).
Bằng cách khử sulfate những vi sinh vật của nhóm này đã tham gia tích
cực vào chu trình chuyển hóa chuyển hóa lưu huỳnh trong tự nhiên. Mặt
khác, do sinh ra H
2
S có thể làm cá chết hàng loạt, H
2
S làm ăn mòn các bộ
phận kim loại của các công trình chôn sâu dưới đất hoặc dưới nước.

131

Thiobacillus denitrificans Thiobacillus thiooxidans
Hình 6.4: Một số loài vi khuẩn lưu huỳnh
IV. Hô hấp carbonate tạo thành methane
Những vi sinh vật này có khả năng hình thành methane từ
carbonate e. Chúng lấy năng lượng cho hoạt động sống của mình từ quá
trình oxy hóa kỵ khí các hợp chất khoáng hay các hợp chất hữu cơ đơn
giản như acid formic hay một số acid béo bậc cao. Những vi sinh vật sinh
methane bao gồm 4 nhóm phụ khác nhau về hình thái:
-Các vi sinh vật sinh methane không sinh bào tử
(Methanobacterium)
-Các vi sinh vật sinh methane sinh bào tử (Methaneobacillus)
-Các vi sinh vật hình cầu sinh methane (Methanococcus)
-Các 8 cầu khuẩn sinh methane (Methanosarcina)



Hình 6.5: Khuẩn lạc Methanosarcina acetivorans.

132









Methanobacterium formocicum
Methanospirillum sp.strain TM20-1
Hình 6.6: Hình dạng một số loài vi khuẩn methane
Người ta thường gặp những vi sinh vật sinh methane ở đáy những
ao hồ, đầm và đáy biển, nơi mà điều kiện kỵ khí rất thuận lợi cho chúng
phát triển.
Methaneobacterium barkeri. Có khả năng chuyển hoá CO thành
CH
4
. Sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hoá là CO
2
và H
2
.
4CO + 4H
2
O → 4 CO

2
+ 4H
CO
2
+ 4H
2
→ CH
4
+ H
2
O
4CO + 2H
2
O → CH
4
+ 3CO
2

Vi khuẩn sinh methane được chứng minh là loại vi sinh vật có khả
năng sinh tổng hợp mạnh vitamin B
12
. Sơ đồ giả thuyết về sự hình thành
CH
4
từ CO
2
hoặc acetate ở vi khuẩn sinh methane có thể được trình bày
như sau:

133
Hình 6.7: Sơ đồ giả thiết sinh tổng hợp VTM B12 ở vi khuẩn sinh methane
V. Hô hấp carbonate tạo thành acetate
Quá trình hô hấp carbonate tạo thành acetate mới được phát
hiện gần đây ở vi khuẩn methane, khử sulfate.









Hình 6.8: Hình dạng Vi khuẩn Methanobacterium thermoautotrophicum


Kết quả nghiên cứu ở vi khuẩn Methanobacterium
thermoautotrophicum cho thấy như sau:

Theo con đường này, 1phân tử CO
2
bị [H] có năng lực khử thành
CH
3
-X, 1phân tử CO
2
khác bị CO dehydrogenase khử thành CO. Qua quá
trình cacbocyl hóa CH
3
X sẽ sinh ra Acetyl-X, sau đó thành Acetyl-CoA.
Dưới sự xúc tác của piruvate siterase, Acetyl-CoA sẽ tiếp thu 3 phân tử
CO
2
để cacbocyl hóa thành acid pyruvic. Acid pyruvic thông qua các con
đường trao đổi chất quen thuộc để tổng hợp ra các chất hữu cơ cần thết
cho tế bào.



134

Câu hỏi ôn tập chương 6

1. So sánh những điểm khác nhau giữa hô hấp hiếu khí và hô hấp kỵ khí ?
2. Những điểm giống nhau và khác nhau giữa hô hấp nitrate và hô hấp
sulfate.
3. Vị trí vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc, nấm men trong các hệ thống phân
loại hiện nay ?
4. Vai trò của vi khuẩn methane trong thiên nhiên và trong đời sống con
người ?





144
Chương 8
Các quá trình lên men
I. Con đường Embden-Meyerhof (EM) : Bước chuyển hóa
chung cho các quá trình lên men
Lên men là một quá trình oxi hóa-khử cân bằng nội sinh, trong đó
một số nguyên tử của nguồn năng lượng (chất cho điện tử) trở nên có tính
khử hơn, trong khi một số nguyên tử khác trở nên oxi hóa hơn, còn năng
lượng thì được sinh ra nhờ sự phosphorin hóa cơ chất. Con đường trao đồi
chất chung đối với sự lên men glucose là con đường đường phân, cũng
còn được gọi là con đường Embden-Meyerhof. Đường phân được chia
thành ba bước chính, mỗi bước gồm một số phản ứng riêng biệt do
enzyme xúc tác. Bước một gồm các phản ứng chuẩn bị, không có các phản
ứng oxi hóa và cũng không giải phóng năng lượng, song lại dẫn đến việc
tạo ra hai phân tử trung gian quan trọng, glixeraldehit-3-phosphate (GAP).
Trong bước hai, sự oxi hóa-khử xảy ra, năng lượng được dự trữ dưới dạng
ATP và hai phân tử piruvat được tạo thành. Trong bước ba, một phản ứng

oxi hóa-khử thứ hai xảy ra và các sản phẩm lên men (chẳng hạn ethanol và
CO
2
, hoặc acid lactic), sẽ được tạo thành. Trong sự tạo thành hai phân tử
acid 1,3 điphosphoglixeric có hai phân tử NAD
+
bị khử thành NADH. Tuy
nhiên, một tế bào chỉ chứa một lượng nhỏ NAD
+
, và nếu như toàn bộ
NAD
+
bị chuyển thành NADH thì phản ứng oxi hóa glucose sẽ bị đình
chỉ; sự oxi hóa tiếp tục chỉ có thể xảy ra khi một phân tử NAD
+
có mặt để
tiếp nhận các điện tử vừa được giải phóng ra. Sự "tắc đường" này có thể
được khắc phục trong lên men bằng cách oxi hóa NADH trở lại thành
NAD
+
nhờ các phản ứng khử piruvat thành một trong hàng loạt các sản
phẳm lên men khác nhau. Trong trường hợp của nấm men, piruvat bị khử
thành ethanol với sự giải phóng CO
2
. ở các vi khuẩn lactic, piruvat bị khử
thành acid lactic.
Nhiều con đường khử piruvat cũng gặp ở các vi sinh vật nhân sơ
khác, song kết quả thật sự đều giống nhau, tức là NADH phải được hồi
phục lại thành dạng oxi hóa, NAD
+

, để cho các phản ứng thu nhận năng
lượng của lên men có thể tiếp tục. Là một coenzyme dễ khuếch tán,
NADH có thể tách khỏi GAP-dedihydrogenase, gắn vào một enzyme
khác, (chẳng hạn lactat-dedihydrogenase, enzyme khử piruvat thành acid
lactic), rồi lại lập tức khuếch tán trở lại sau khi NADH đã được oxi hóa
thành NAD
+
để lặp lại chu trình một lần nữa.


145
Trong bất kỳ một phản ứng thu năng lượng nào, sự oxi hóa bao giờ
cũng phải được cân bằng với sự khử và phải có một chất nhận nào đó
đứng chờ sẵn để nhận một điện tử vừa được tách ra. Trong trường hợp
này, sự khử NAD
+
tại một bước trong con đường đường phân sẽ được cân
bằng bởi sự oxi hóa nó tại một bước khác. (Các) sản phẫm cuối cùng cũng
phải nằm trong trạng thái cân bằng oxi hóa-khử với cơ chất ban đầu, tức là
glucose.
Bảng 6.1: Các quá trình lên men phổ biến ở vi sinh vật

Kiểu lên men

Phản ứng tổng thể Vi sinh vật thực hiện
Lên men rượu
Hexose → 2 Ethanol + 2 CO
2
Nấm men
Zymomonas

Lên men lactic
đồng hình
Hexose → 2 Lactat + 2 H
+
Streptococcus
Một số Lactobacillus
Lên men lactic dị
hình
Hexose → Lactat + Ethanol +
CO
2
+ H
+
Leuconostoc
Một số Lactobacillus
Acid propionic
Lactat → Propionat + Acetate
+ CO
2
Propionibacterium
Clostridium propionicum
Acid hỗn hợp
Hexose → Ethanol + 2,3-
Butandiol + Xucxinat + Lactat
+ Acetate + Focmat + H
2
+
CO
2
Các vi khuẩn đường ruột

Escherichia, Salmonella,
Shigella, Klebsiella,
Enterobacter
Acid butiric
Hexose → Butirat + Acetate +
H
2
+ CO
2
Clostridium butyricum
Butanol
Hexose → Butanol + Acetate
+ Aceton + Ethanol + H
2
+
CO
2
Clostridium
acetobutylicum
Caproat
Ethanol + Acetate + CO
2
→
Caproat + Butirat + H
2
Clostridium kluyveri
Homoacetic
Fructose → 3 Acetate + 3 H
+
4 H

2
+ 2 CO
2
+ H
+
→ Acetate
+ 2 H
2
O
Clostridium aceticum
Acetobacterium
Sinh methane
Acetate + H
2
O → CH
4
+
HCO
−
3
Methanothrix
Methanosarcina
II. Tính đa dạng của lên men
Bảng 6.1 trình bày một số kiểu lên men chính được phân loại dựa
trên các sản phẩm được tạo thành. Đó là các quá trình lên men rượu, acid
lactic, acid propionic, acid hỗn hợp, acid butiric và acid homoacetic. Có


146
nhiều quá trình lên men được phân loại dựa trên cơ chất được lên men

thay vì các sản phẩm. Chẳng hạn, nhiều vi khuẩn kị khí tạo thành bào tử
(chi Clostridium) lên men các amino acidvới sự sản sinh acetate, amoniac
và H
2
. Các loài Clostridium khác, như C. acidiurici và C. purinolyticum
lên men các purin như xantin hoặc ađenin với sự tạo thành acetate, focmat,
CO
2
, và amoniac. Còn những bọn kị khí khác thì lên men các hợp chất
thơm. Chẳng hạn, vi khuẩn Pelobacter acidigallici lên men hợp chất thơm
phloroglucinol (1,3,5-benzenetriol, C
6
H
6
O
3
) theo con đường sau :
Phloroglucinol (C
6
H
6
O
3
) +3 H
2
O → 3 acetate
-
+ 3H
+
, ΔG

o'
= -142,5
kJ/phản ứng
Nhiều quá trình lên men không thông thường chỉ được thực hiện bởi
một nhóm rất hạn chế các vi khuẩn kị khí, và trong một sồ trường hợp chỉ
bởi một vi khuẩn duy nhất. Một số ví dụ được nêu trên bảng 6.2. Nhiều
trong số các vi khuẩn này có thể được xem như các chuyên gia về trao đổi
chất vì chúng có khả năng phân giải một hoặc nhiều cơ chất mà các vi
khuẩn khác không phân giải được.
Bảng 6. 2: Một số quá trình lên men không thông thường
Kiểu lên men

Phản ứng cân bằng
tổng thể
Vi sinh vật thực hiện
Acetylen
2 C
2
H
2
+ 3 H
2
O → Ethanol +
Acetate + H
+

Pelobacter acetylenicus
Glycerin
4 Glycerin + 2 HCO →
−

3
7 Acetate + 5 H
+
+ 4 H
2
O
Acetobacterium spp.
Resocxinol
(một hợp chất
thơm)
2 C
6
H
4
(OH)
2
+ 6 H
2
O → 4
Acetate + Butirat + 5 H
+
Clostridium spp.
Xinamat (một
hợp chất thơm)
2C
9
H
7
O
2

+ 2 H
2
O → C
9
H
9
O
2
+
Benseat + Acetate + H
+
Acetovibrio multivorans
Phlorogluxinol
(một hợp chất
thơm)
C
6
H
6
O
3
+ 3 H
2
O →
3 Acetate + 3 H
+
Pelobacter masiliensis
Pelobacter acidigallici
Putresxin
10 C

4
H
12
N
2
+ 26 H
2
O → 6
Acetate + 7 Butirat + 20 NH
4
+
+
16 H
2
+ 13 H
+
Các vi khuẩn kị khí gram
dương không sinh bào tử,
chưa phân loại
Xitrat
Xitrat + 2 H
2
O → Focmat + 2
Acetate + HCO + H
−
3
+
Bacteroides sp.
Aconitat
Aconitat + H

+
+ 2 H
2
O → 2 CO
2

+ 2 Acetate + H
2
Acidaminococcus
fermentans


147
Glioxilat
4 Glioxilat +3 H
+
+ 3 H
2
O → 6
CO
2
+ 5 H
2
+ Glicolat
Vi khuẩn gram âm chưa
phân loại
Xucxinat
Xucxinat + H
2
O → Propionat +

HCO
−
3
Propionigenium
modestum
Oxalat
Oxalat + H
2
O → Focmat +
HCO
−
3
Oxalobacter formigenes
Malonat
Malonat + H
2
O → Acetate +
HCO
−
3
Malonomonas rubra
Sporomusa malonica
III. Lên men không có sự phosphorin hóa cơ chất
Với một số cơ chất, năng lượng sinh ra không đủ để ghép đôi với sự
tổng hợp ATP trực tiếp nhờ phosphorin hóa cơ chất, tuy nhiên các hợp
chất này vẫn trợ giúp sinh trưởng lên men của một cơ thể nào đó. Trong
những trường hợp này sự phân giải cơ chất được gắn liền với những bơm
ion được dùng để tạo nên một građien proton hoặc natri qua màng. Ví dụ
về kiểu này có các quá trình lên men của Propionigenium modestum hoặc
Oxalobacter formigenes, cả hai đều gắn sự lên men các acid đicacboxilic

với các bơm ion sinh năng lượng liên kết với màng. Propionigenium
modestum thực hiện phản ứng sau đây :
Xucxinat
2-
+ H
2
O → Propionat
-
+ HCO
3
-
, ΔG
o'
= -20,5 kJ/phản ứng
Phương trình tổng thể này thu không đủ năng lượng tự do để ghép
đôi với sự tổng hợp ATP trực tiếp nhờ phosphorin hóa cơ chất, tuy nhiên
nó lại được dùng làm phản ứng thu năng lượng duy nhất cho sinh trưởng
của vi khuẩn. Sở dĩ như vậy là vì sự loại CO
2
khỏi xucxinat

148


















Hình 6.1: Lên men liên kết với bơm ion ở vi khuẩn
(năng lượng thu được không qua phosphorin hóa cơ chất)
(qua metilmalonil-CoA và đecacboxilase liên kết với màng bởi
Propionigenium modestum đã được ghép đôi với sự xuất Na
+
qua màng tế
bào chất. Một ATPse chuyển vị Na
+
nằm trên màng của P. modestum sử

dụng građien này để hoạt hóa sự tổng hợp ATP.
Oxalobacter formigenes thực hiện sự lên men oxalat :
Oxalat
2-
+ H
2
O → Focmat
-
+ HCO
3
-
, ΔG
o'
= -26,7 kJ/phản ứng
ở pH trung tính, oxalat tồn tại dưới dạng ion hóa oxalat
-
, và sự loại
cacboxil thành focmat
-
tiêu thụ một proton. Sau đó sự xuất focmat
-
khỏi tế
bào sẽ tạo nên một động lực nhờ proton (proton motive force = PMF) có
khả năng ghép đôi với sự tổng hợp ATP nhờ một ATPase chuyển vị
proton nằm trên màng.


149
Điều thú vị và độc đáo trong trao đỗi chất của cả Propionigenium
modestum lẫn Oxalobacter formigenes nằm ở chỗ sự tổng hợp ATP xảy ra

không cần cả phosphoril hóa cơ chất lẫn chuỗi vận chuyển điện tử; tuy
nhiên, sự tạo thành ATP theo cơ chế hóa thẩm vẫn xảy ra dựa vào một
bơm Na
+
/H
+
kết hợp với sự loại CO
2
khỏi các acid hữu cơ. Điều cần rút ra
từ những sự lên men này là : các phản ứng, dù chỉ thu được dưới 31,8 kJ,
con số cần thiết để tạo thành một ATP, hoặc không có khả năng ghép đôi
với sự phosphorin hóa cơ chất, cũng không thể lập tức bị coi là không có
khả năng trợ giúp sinh trưởng cho một vi khuẩn. Nếu như phản ứng có thể
ghép đôi được với một građien ion thì sự sản sinh ATP vẫn có khả năng
xảy ra và do vậy vẫn có sinh trưởng (Hình 6.1).
IV. Hiện tượng cộng dưỡng (syntrophy)
Trong vi sinh vật học có nhiều ví dụ về hiện tượng cộng dưỡng,
một hiện tượng mà hai sinh vật khác nhau có thể cùng nhau phân giải một
chất nào đó - và bảo toàn năng lượng của quá trình phân giải đến mức
không cơ thể nào trong hai cơ thể đó một mình có thể làm được.
Trong đa số trường hợp, bản chất của một phản ứng cộng dưỡng có
liên quan tới khí dihydro (H
2
) sinh ra bởi một trong hai đối tác và được
tiêu thụ bởi đối tác kia.
Do vậy, cho đến nay, cộng dưỡng cũng còn được gọi là sự chuyển
H
2
liên loài. Kẻ tiêu thụ H
2

có thể là bất kỳ một cơ thể nào trong số các vi
khuẩn khử sunfat, lên men homoacetate, và vi khuẩn sinh methane. Hãy
xem xét trường hợp cộng dưỡng liên quan tới quá trình lên men ethanol
thành acetate và sự sản sinh methane sau đó. Như có thể thấy trên hình 2,
bọn lên men ethanol thực hiện một phản ứng không thuận lợi về mặt năng
lượng tự do (ΔG
o'
dương). Tuy nhiên, H
2
được sinh ra bởi đối tác lên men
rượu lại là một chất cho điện tử đầy giá trị đối với quá trình hình thành
methane do một vi khuẩn sinh methane thực hiện. Và khi cộng hai phản
ứng lại thì phản ứng tổng thể sẽ là một phản ứng toả nhiệt và có thể trợ
giúp sinh trưởng của cả hai đối tác trong hỗn hợp cộng dưỡng.
Lên men ethanol
2CH
3
CH
2
OH + 2H
2
O
→
4H
2
+ 2CH
3
COO
-
+2H

+
+19,4 kJ /phản ứng
Sinh methane
4H
2
+ CO
2
→
CH
4
+ 2H
2
O - 130,7 kJ/phản ứng
Phản ứng cộng dưỡng
2CH
3
CH
2
OH + CO
2
→
CH
4
+ 2CH
3
COO
-
- 111,3 kJ/phản ứng

150
Một ví dụ khác của hiện tượng cộng dưỡng là sự oxi hóa butirat
thành acetate cộng với H
2
bởi vi khuẩn cộng dưỡng oxi hóa acid béo
Syntrophomonas:
Butirat
-
+ 2H
2
O → 2acetate
-
+ H
+
+ 2H
2
, ΔG
o'
= +48,2 kJ/phản ứng
Sự biến đổi năng lượng tự do của phản ứng này rất không thuận lợi
và trong ống giống thuần khiết, Syntrophomonas không thể mọc được trên
butirat. Song nếu H
2
vừa sinh ra trong phản ứng được tiêu thụ ngay bởi
một cơ thể đối tác (như một vi khuẩn sinh methane) thì Syntrophomonas
lại sinh trưởng rất tốt trong ống giống cấy chung với bọn tiêu thụ H
2
.
V. Lên men rượu nhờ nấm men và vi khuẩn
Ethanol là một trong số các sản phẩm lên men phổ biến nhất gặp ở

vi sinh vật. Bản thân thực vật và nhiều loài nấm cũng tích lũy ethanol dưới
các điều kiện kị khí. Vi sinh vật sản sinh ethanol chủ yếu là nấm men, đặc
biệt là các chủng thuộc loài Saccharomyces cerevisiae. Giống như đa số
nấm, nấm men là những cơ thể hô hấp hiếu khí, nhưng khi vắng mặt
không khí chúng sẽ lên men hiđrat cacbon thành ethanol và CO
2
. Nhiều vi
khuẩn kị khí và hiếu khí cũng tạo thành ethanol như các sản phẩm chính
hoặc sản phẩm phụ khi lên men các hexose hoặc pentose.
1. Sự tạo thành ethanol nhờ nấm men
Sự lên men glucose thành ethanol và CO
2
nhờ Saccharomyces
cerevisiae diễn ra theo con đường Embden-Meyerhof. Sự chuyển hóa
piruvat thành ethanol gồm hai bước. Trong bước một, piruvat được loại
CO
2
thành acetaldehit nhờ piruvat-đecacboxilase với sự tham gia của
tiaminpirophosphate. Trong bước sau, acetaldehit bị khử thành ethanol
nhờ alcohol-đedihydrogenase chứa NADH.






2CO
2

2NAD

2NADH
2 Piruvat
2 Acetaldehyt
Glucose
2Ethanol




151
Bằng sự chuyền H này, dihydro tách ra do triosephosphate-
dehydrogenase xúc tác sẽ được tiêu thụ, nhờ vậy trạng thái oxi hóa-khử sẽ
được cân bằng.
2. Các dạng phương trình Neuberg
Các phương pháp và phát hiện của Carl Neuberg về lên men rượu
không chỉ có ý nghĩa lịch sử. Ông đã khám phá ra rằng, không chỉ glucose
mà cả piruvat cũng được nấm men lên men và acetaldehit xuất hiện như
một sản phẩm trung gian có thể bị bắt giữ bởi dihydrosulfit. Dihydrosulfit
vốn không độc đối với nấm men. Nếu bổ sung dihydrosulfit vào một môi
trường chứa glucose đang được nấm men lên men thì acetaldehit sẽ bị kết
tủa do tạo thành phức chất :
CH
3
-CHO + NaHSO
3
→ CH
3
- CHOH -SO
3
Na

Lúc đó glycerin sẽ xuất hiện như một sản phẩm lên men mới, đồng
thời hiệu suất ethanol và CO
2
sẽ giảm xuống.
Lên men với sự có mặt của dihydrosulfit đã được sử dụng trong
công nghiệp để sản xuất glycerin. Nguyên lý của nó là, acetaldehit bị bắt
giữ, và do vậy không thể hoạt động như một chất nhận điện tử được nữa.
Lúc này, thay cho acetaldehit, dihydroxiacetonphosphate được sử dụng
làm chất nhận điện tử và bị khử thành glycerin-3-phosphate rồi tiếp tục bị
loại phosphate để trở thành glycerin. Phương trình phản ứng diễn ra như
sau :
Glucose + Dihydrosulfit → Glycerin + Acetaldehit-sulfit + CO
2
Phương trình lên men cải biến này được gọi là dạng lên men
Neuberg 2.
Khi bổ sung các chất kiềm (NaHCO
3
, Na
2
HPO
4
) thì glycerin cũng
được tạo thành vì acetaldehit bị chuyển thành ethanol và acetate qua phản
ứng hóa hai, và do vậy không còn hoàn thành được chức năng của một
chất nhận điện tử. Phương trình lên men có tên là dạng lên men Neuberg 3
và được viết như sau :
Glucose + 2H
2
O → Ethanol + Acetate + 2Glycerin + 2CO
2

Dạng lên men thông thường được Neuberg gọi là dạng lên men 1.





152
3. Hiệu ứng Pasteur
Hiệu ứng Pasteur là sự ức chế lên men rượu (hay quá trình đường
phân) bởi oxi (tức là bởi hô hấp hiếu khí). Sự chuyển sang hô hấp không
những làm giảm sự tạo thành ethanol và CO
2
mà còn làm giảm sự hấp thụ
đường. Có hai cơ chế chịu trách nhiệm đối với hiện tượng này.
Một mặt, đó là sự cạnh tranh ADP và phosphate vô cơ giữa hai quá
trình phosphorin chuỗi hô hấp và phosphorin hóa cơ chất. Sự loại dihydro
xảy ra trong phản ứng oxi hóa glyceraldehyt-3-phosphate cần ADP và
phosphate vô cơ (P
vc
) :
Glyceraldehyt-3-phosphate + NAD + P
vc
→ 3-phosphoglicerate +
NAD
H
+ ATP
Do vậy, sự chuyển hóa cơ chất (glucose) qua con đường EM phụ thuộc
vào sự có mặt của ADP và phosphate. Tuy nhiên, trong điều kiện hiếu khí,
sự phosphorin hóa chuỗi hô hấp cũng cạnh tranh ADP và phosphate để
phát sinh ATP. Lúc đó nồng độ nội bào của ADP và phosphate giảm, và

hậu quả là, sự chuyển hóa glucose và do vậy, sự tạo thành ethanol cũng sẽ
giảm. Khi dùng đinitrophenol (DNP) để làm bất hoạt phosphorin hóa
chuỗi hô hấp, ADP và phosphate lại trở nên có sẵn đối với phản ứng loại
dihydro của glyceraldehyt-3-phosphate, bởi vậy người ta thấy ngay trong
điều kiện thóang khí, sự tiêu thụ glucose (cho lên men) vẫn tăng.
Cơ chế thứ hai chịu trách nhiệm đối với hiệu ứng Pasteur là cơ chế
điều hoà bằng enzyme dị lập thể. Hình 3 tóm tắt những quan hệ điều hòa
chủ chốt trong hiệu ứng này. Trong điều kiện thoáng khí, sự lên men rượu
chỉ tạo thành một vài ATP tính trên mỗi phân tử glucose. Để duy trì sự
cung cấp năng lượng, tế bào phải sử dụng nhiều glucose. Tỉ lệ của
ATP/AMP trong trường hợp này rất thấp. Trái lại, khi oxi xâm nhập vào
môi trường, ATP được tạo thêm rất nhiều nhờ sự quá trình phosphorin hóa
chuỗi hô hấp.
Enzyme chìa khóa dị lập thể điều hòa sự sử dụng glucose trong nấm
men lên men rượu là phosphofructokinase. Đó là enzyme không thuận
nghịch đầu tiên của con đường EM. Nó xúc tác cho sự phosphorin hóa
fructose-6-phosphate thành fructose-1,6-điphophat nhờ ATP và bị kìm
hãm dị lập thể bởi ATP. Sự kìm hãm theo cơ chế liên kết ngược này làm
tăng nồng độ glucose-6-phosphate trong tế bào do tính thuận nghịch của
phản ứng enzyme trước đó. Glucose-6-phosphate kìm hãm dị lập thể
hexokinase, kìm hãm cả sự hấp thu glucose, do đó làm giảm sự tiêu thụ
đường này.


153
Trong khi ATP kìm hãm dị lập thể phosphofructokinase thì AMP lại
hoạt hóa nó. Bởi vậy một tỉ lệ ATP/AMP thấp như trong lên men lại kích
thích sự hấp thu và sự trao đổi glucose.
Hoạt tính của phosphofructokinase cũng bị kìm hãm bởi xitrat. Nhờ
chất hiệu ứng âm tính thứ hai này mà tác dụng kìm hãm của ATP được

tăng cường, trái lại các ion amôn lại kích thích enzyme này.
Sự điều hòa mô tả ở trên có thể được chứng minh dễ dàng khi người
ta đo nồng độ nội bào của glucose, glucose-6-phosphate, fructose-6-
phosphate, fructose-1,6-diphosphate và các triose-phosphate trước và sau
khi chuyển từ điều kiện nuôi kị khí sang điều kiện nuôi hiếu khí. Ngay sau
khi được thông khí, nồng độ glucose-6-phosphate và fructose-6-P của tế
bào tăng nhanh, còn nồng độ của fructose-1,6-diphosphate và các triose-
phosphate lại giảm mạnh. ở đây, phosphofructosekinase hoạt động như
một cái van được điều chỉnh bởi các ađenilat cũng như các chất trao đỗi
trung gian khác. Nếu van bị đóng, các chất trao đổi nằm phía trên van sẽ
bị ứ đọng, còn các chất nằm bên dưới van được tiếp tục chuyển hóa và do
vậy, nồng độ giảm đi.
Hiệu ứng Pasteur cũng gặp ở vi khuẩn (chẳng hạn, ở E. coli) và ở
mô động vật. Nguyên tắc điều hòa là giống nhau, chỉ có những khác biệt
về loại chất hiệu ứng. Chẳng hạn, ở E. coli, không phải AMP mà ADP
mới là chất hiệu ứng dương. Những cơ chế cơ bản của trao đỗi chất thì rất
giống nhau, còn các cơ chế điều hòa thì thường có tính đặc hiệu loài và
đặc hiệu chủng.
4.Kỹ thuật sản xuất ethanol nhờ nấm men
Các loài nấm men dùng trong sản xuất ethanol là các nấm đơn bào
mang nhiều đặc điểm phong phú về sinh trưởng và phát triển. Các loài
được quan tâm trước hết
trong sản xuất công nghiệp là Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces
uvarum (carslbergensis), Schizosaccharomyces pombe và Kluyveromyces
sp. Ngoài ra, nhiều biến chủng bắt nguồn từ các nấm men này đã được tạo
ra nhờ kỹ thuật di truyền.
Các tính chất mong muốn của một quá trình sản xuất ethanol công
nghiệp phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn chủng vi sinh vật dùng trong lên
men. Các chủng này phải có một năng suất sản phẩm cao trên một đơn vị
cơ chất được sử dụng, một tốc độ lên men cao, tính chịu cồn cần thiết, khả

năng sống sót ở nhiệt độ cao, tính bền trong các điều kiện lên men và tính
chịu pH thấp.


154
Khả năng sử dụng các cơ chất khác nhau phụ thuộc vào loài. Nói
chung, các cơ thể này có khả năng sinh trưởng và lên men ethanol có hiệu
quả ở các giá trị pH giữa 3,5-6,0 và nhiệt độ từ 28-35
o
C. Hiện nay người
ta quan tâm nhiều đến việc tạo ra các thể đột biến khuyết hô hấp từ nấm
men nhờ việc sử dụng các tác nhân hóa học như các thuốc nhuộm hoặc
các hợp chất làm biến tính protein. Các biến chủng này chứa ADN ti thể
đã bị biến đổi theo hướng ức chế sự tạo ra các enzyme cần thiết cho sự
trao đổi chất hiếu khí và do vậy thích hợp với sự tổng hợp rượu.
5. Hiệu suất lên men
Nấm men, dưới điều kiện kị khí chuyển hoá glucose thành ethanol
trước hết bằng con đường Embden-Meyerhof. Phản ứng thật sứ bao gồm
sự tạo thành 2 mol ethanol, 2 mol CO
2
và 2 mol ATP trên mỗi mol
glucose được lên men. Do vậy, về mặt trọng lượng mỗi gam glucose về lý
thuyết có thể tạo ra 0,51 g rượu. Tuy nhiên sản lượng đạt được trong lên
men thực tế thường không vượt quá 90-95% con số lý thuyết. Sở dĩ như
vậy là vì một phần chất dinh dưỡng đã được sử dụng để tổng hợp sinh
khối mới và cho các phản ứng liên quan tới sự duy trì tế bào. Cũng còn có
các phản ứng phụ xảy ra (thường dẫn tới Glycerin và sucxinat) tiêu thụ tới
4-5% cơ chất tổng số. Nếu loại trừ được các phản ứng này thì sản lượng
ethanol có thể tăng thêm được 2,7%.
Một nồng độ nhỏ oxi cần phải được cung cấp cho nấm men lên men

vì đây là thành phần cần thiết trong sự sinh tổng hợp các chất béo chưa
bão hòa và các lipit. Thông thường oxi được giữ trong dịch lên men ở
nồng độ 0,05-0,1 mm Hg tính theo áp suất oxi. Bất cứ nồng độ nào nằm
trên giới hạn đó đều sẽ kích thích sinh trưởng, vi phạm đến sự tạo thành
ethanol (hiệu ứng Pasteur).
Các nhu cầu tương đối của các chất dinh dưỡng được dùng trong sự
tổng hợp ethanol tỉ lệ thuận với các thành phần chính của tế bào nấm men.
Chúng bao gồm C, O, N, và H. Thấp hơn một chút là P, S, K và Mg dùng
để tổng hợp các thành phần thứ yếu. Các muối vô cơ (như Mn, Co, Cu,
Zn) và các nhân tố sinh trưởng hữu cơ (acid amin, acid nucleic, và các
vitamin) được yêu cấu dưới dạng vết.
Nhiều loại nguyên liệu dùng để sản xuất rượu ở quy mô lớn (như rỉ
đường mía hay actiso Jerusalem) ngoài hiđrat C còn cung cấp toàn bộ các
chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng của nấm men. Trong một số
trường hợp, người ta cũng đưa thêm vào một số chất dinh dưỡng bổ sung
như các muối amôn, phosphate K hay nguồn cao ngô rẻ tiền.


155

Hình 6.3: Hiệu ứng Pasteur
Cơ chế điều hòa nhờ enzyme dị lập thể Phosphofructosekinase
Nấm men rất mẫn cảm với sự ức chế bởi ethanol. Nồng độ 1-2%
(w/v) đã đủ để làm chậm sinh trưởng của vi sinh vật và ở nồng độ cồn
10% (w/v) tốc độ sinh trưởng của nấm men gần như ngừng hẳn. Bản chất
của hiện tượng kìm hãm này là rất phức tạp. Việc thêm cồn vào pha log
làm giảm nhanh tốc độ sinh trưởng của nấm men (có lẽ do tác động lên sự
tổng hợp protein), giảm khả năng sống sót của tế bào (qua sự biến tính
không thuận nghịch của các enzyme), và ở một mức độ thấp hơn nhiều,


156
ethanol làm giảm tóc độ tổng hợp bản thân nó. Các dẫn liệu về mức độ
chịu cồn của một số chủng nấm men phụ thuộc rất nhiều vào thành phần
acid béo trong màng tế bào chất cho thấy rằng thành phần acid béo kích
thích hoặc kìm hãm sự tiết ethanol khỏi bào tương. Các kết quả khác cung
chứng minh được rằng ethanol được tạo ra trong lên men (ethanol tự sinh)
ức chế lên sinh trưởng của tế bào mạnh hơn là ethanol được đưa vào một
cách nhân tạo từ bên ngoài.
6. Sự tạo thành ethanol nhờ vi khuẩn

Trong số vi khuẩn, kiểu lên men rượu phổ biến ở nấm men (EM,
piruvat-đecacboxilase) chỉ gặp ở Sarcina ventriculi. Đây là loài vi khuẩn
chịu khí yếu, dễ dàng phân lập được từ đất, nhưng cũng gặp cả trong dịch
tiêu hóa của những người mắc bệnh dạ dày. Các vi khuẩn này được coi là
không bình thường vì có kích thước rất lớn (đường kính 4 μm), tạo nên
các dạng hộp bao gói (chứa trên 64 tế bào mỗi hộp , được liên kết với
nhau nhờ xenlulose), chịu pH (sinh trưởng được ở pH từ 0,9 đến 9,8) và
tạo thành nội bào tử.
Từ dịch ép lên men của cây dứa dại (Agave americana) ở vùng
Mexico người ta đã phân lập được một loài vi khuẩn hình que, di động, có
lông roi ở hai cực, có khả năng tạo thành ethanol. Vi khuẩn này có tên là
Zymomonas mobilis, phân giải glucose theo con đường 2-keto-3deoxi-6-
phosphogluconat (KDPG) cắt piruvat thành acetaldehit và đioxit cacbon.
Acetaldehit được khử thành ethanol. Ethanol, đioxit cacbon và một lượng
nhỏ acid lactic là những sản phẩm lên men duy nhất. Người ta để ý rằng
trong rượu mạnh chế từ dứa dại, các nguyên tử cacbon số 2 và số 3 cũng
như số 5 và số 6 đã thay thế các nguyên tử cacbon số 1 và số 2 cũng như
số 5 và số 6 trong rượu chế từ nấm men.