SỰ TRAO đổi CHẤT của VI SINH vật ppt _ VI SINH

SỰ TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI
SINH VẬT

Bài giảng pptx các mơn ngành Y dược hay nhất có tại
“tài liệu ngành dược hay nhất”;
/>use_id=7046916


MỤC TIÊU

1. Trình bày được các con đường thu nhận năng
lượng
2. Phân biệt được hơ hấp hiếu khí và kỵ khí
3. Hiểu được oxy hóa khơng hồn tồn
4. Kết nối được các quá trình lên men chủ yếu


ĐẠI CƯƠNG

vsv

TRAO ĐỔI CHẤT

NĂNG LƯỢNG
(ATP, UTP, acetylcoenzym A)


ĐẠI CƯƠNG
Liên kết cao năng

NH2

O

N

N
N

N

O

CH2

O

O

P O ~ P O ~ P OH

O

OH

OH

OH

Phosphat

HO OH

Phosphat

Ribose

Phosphat
Adenosin
H2O
Adenosin-triphosphat
ATPase

Triphosphat

Adenosin-diphosphat + Ion phosphat + 7300 cal/m

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

Glucose + 2ATP +2 NAD

acid pyruvic

2CH3COCOOH + 4ATP + 2NADH+H+

NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE

Cần 2 ATP
1 pt glucose
diphosphat

fructose-1, 6-

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 khác lên men lactic tạo acid lactic.
Động vật là aicd pyruvic vaø 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-6phosphate
•
Transaldolase
•
chuyển gốc dioxyaceton
• 3-phospho- glyceraldehyd
erythro-4phosphate
• 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
5 carbon

các hợp chất

glucose-6phosphate
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-aceto3-desoxy-6-phosphogluconic acid, nên còn
gọi là con đường
Cần 1 ATP CDPG.

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 Q TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE

• - ED phổ biến ở vi khuẩn gram âm và ớt
gaởp ụỷ vi khuaồn kợ khớ.
ã - Chuyeồn 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
+ H3PO
Glucose-1-phosphat + Glucose
4


HƠ HẤP

3. Hơ hấp
• Hiếu khí bắt buộc (Obligate Aerobes).
• Oxy phân tử là yếu tố cần thiết cho
hoạt động sống.
• Oxy là chất nhận hydro.
• Không có oxy vi khuẩn không tăng
trưởng và chết.
• Hydro từ cơ chất → O2 → H2O
Vi hiếu khí (Microaerophile).
Cần nồng độ oxy thấp để hoạt động
sống.

Oxy làm chất nhận electron cuối cùng
nhưng không phát triển trong điều kiện
hiếu khí bình thường và mọc khó khăn
trong điều kiện yếm khí


Hễ HP

ã Kợ khớ khoõng baột buoọc (Faculative Anaerobes)

ã Taờng 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 :
•
H2 O 2 → H 2 O + O 2
ã VK kợ khớ khoõng baột buộc sống được
khi môi trường kỵ khí hay môi trường
bình thường, thu năng lượng bằng
phản ứng oxy hóa hay sư leân men.


Hễ HP

ã Vi khuaồn kợ khớ baột buoọc (Obligate

Anaerobes).
ã Khoõng 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.


HƠ 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)
hóa
nitrathóa nitrat và
3.2.1. Hô hấp Amon
nitrat
(amon
phản nitrat hóa)

NH2OH → NH3

NO3
→ NO2 trình
→ NO- : amon hóa nitrat
Hô hấp
Gồm
quá
vànitrat
N2O → N2
phản nitrat hóa
Phản nitrat hóa


HƠ 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.


HƠ 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.


HƠ HẤP

• Dưới tác dụng của ATP-sulfurilase, gốc
phosphat của ATP được thay bằng sulfat và
tạo thành Adenosin-5'-phosphosulfat (APS)
• ATP + SO4
+ pyrophosphat

Adenosin-5'-phosphosulfat

• Quá trình khử sulfat phải có sự tham gia
của cytochrom C3.
• Khử đồng hóa sulfat tiến hành thông
qua hợp chất phosphoadenosinphosphosulfat (PAPS).


HƠ 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.


OXY HÓA KHÔNG HOÀN TOÀN

Các vi sinh vật tiến hành hô hấp hiếu
khí, nhưng sản phẩm sinh ra là những hợp
chất hữu cơ được oxy hóa một phần như :
cetoacid, acid acetic, acid gluconic, acid fumaric,
acid citric, acid lactic, ... . giống như sản
phẩm của một số quá trình lên men nên
được gọi là "lên men oxy hóa".
4.1. Vi khuẩn acetic và sự tạo thành acid
acetic
VSV phân giải đường hoặc rượu cho ra các
loại acid.
VK acetic là VK gram âm, có chu mao như
giống Acetobacter, trên bề mặt thực vật,
hiếu khí bắt buộc ; hoặc có tiêm mao
phân bố ở cực như Acetomonas


OXY HÓA KHÔNG HOÀN TOÀN

•
•
•
•
•
•

•

Oxy hóa rượu thành dấm là quá trình từ từ bằng
cách khử dần rượu : từ rượu acetaldehyd
acetaldehyd
acid acetic.
Vi khuẩn acetic có thể được chia thành các nhóm :
- Nhóm Peroxydans : Acetobacter paradoxum, A.
peroxydans.
- Nhóm Oxydans gồm A. ascendens, A. rancens, A.
lavanniense.
- Nhóm Mesoxydans gồm A. mesoxydans, A. xylinum, A.
aceti.
- Nhóm Suboxydans gồm A. oxidans, A. melanogenum.
Loài Acetobacter thường được sử dụng trong công
nghiệp là A. aceti, A. pasteuriasum, A. orleanense, A.
xylinum, A. schutzonbachii vaø A. suboxydans
A. suboxydans, A. xylinum có khả năng oxy hóa rượu
sorbid thành đường sorbose. Chúng được sử dụng
trong ngành công nghệ sản xuất vitamin C (acid
ascorbic).


OXY HÓA KHÔNG HOÀN TOÀN

4.2. Nấm mốc và sự hình thành acid citric

• Hiếu khí, nhưng có thể tích lũy trong môi
trường nhiều sản phẩm chưa được oxy

hóa triệt để, phổ biến nhất là acid hữu
cơ.
• A. niger trên môi trường chứa đường và
có mặt CaCO3 sẽ tích lũy nhiều acid oxalic.
• A. niger có khả năng tích lũy nhiều a.
citric.
• A. niger được sử dụng trong nhà máy sản
xuất a. citric với các chủng 6/5, 90, 82, ở
Trung Quốc dùng các chủng AS3, 939, 87,
330


OXY HÓA KHÔNG HOÀN TOÀN

4.3. Tạo acid L-glutamic nhờ vi khuẩn
• Corynebacterium trong môi trường 10% glucose và
uré là nguồn nitơ có thể tích lũy 50g acid Lglutamic/lit, khoảng 0,6 mol acid glutamic/1mol glucose
(hiệu suất 60%).
•
EM
• glucose
a.citric và a.α -ketoglutaric
acid
L-glutamic.
• C. glutamicum và Brevibacterium divaricatum cần
biotin để tổng hợp acid L-glutamic.
• C. glutamicum để sản xuất L-lysin
• Enterobacteriaceae và Pseudomonadaceae sản xuất
L-homoserin,
L-valin, L-isoleucin, L-tryptophan, Ltyrosin ... .

• Việt Nam dùng chủng Corynebacterium 2969 với
môi trường là rỉ đường mía là nguồn biotin và
chất sinh trưởng thay cho cao ngô trong môi trường
sinh tổng hợp a. glutamic.


OXY HÓA KHÔNG HOÀN TOÀN

4.4. Sự phân giải các hợp chất hữu cơ
chứa nitơ (thối rữa)
Cơ chất của sự thối rữa là protein.
Do tạo ra sản phẩm là NH3, nên người
enzym
phân
giải
ta
vẫn
gọi
quá trình phânenzym
giải
protein là
peptidase
proteintrình
ngoại bào
quá
amon hóa (amonification).
ngoại bào
Protein

polypeptid, các oligopeptid

tổng hợp protein
acid amin

phân giải thành NH3, C
và các sản phẩm trung g