Tài liệu 3/17/2010 BÀI GIẢNG VI SINH ĐẠI CƯƠNG TRAO ĐỔI CHẤT & NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH pdf

3/17/2010
1
TRAO ĐỔI CHẤT
& NĂNG LƯỢNG
Ở VI SINH VẬT
Trương Thục Tuyền
THÁNG 02.2010
BÀI GIẢNG
VI SINH
ĐẠI CƯƠNG
3/17/2010
2
Đồng hóa và Dị hóa
TRAO ĐỔI CHẤT
ĐỒNG HÓA
DỊ HÓA
Các cao phân tử
(lipid, protein,
carbohydrate, DNA,
RNA)
Nguồn năng lượng:
• Là các chất dinh dưỡng được tế bào
hấp thu
•Ánh sáng
• VSV sử dụng chủ yếu các chất hấp thu
từ môi trường xung quanh
Đồng hóa và Dị hóa
3/17/2010
3
Adenosine triphosphate (ATP):
hợp chất cao năng quan trọng

nhất, là “tiền tệ” của năng
lượng trong tế bào
Liên kết cao năng giữa P và O:
quá trình phosphoryl hóa tích lũy
năng lượng cần thiết cho tế bào
AMP + H
3
PO
4
 ADP
ADP + H
3
PO
4
 ATP
Hợp chất giàu năng lượng:
•nucleoside triphosphate (ATP, UTP)
•Các axyl phosphate
•Các dẫn xuất của acid carbonic (acetyl-CoA…)
Adenosine triphosphate
(ATP)
3 cơ chế phosphoryl hóa để tạo ATP từ ADP:
Phosphoryl hóa mức độ cơ chất
Phosphoryl hóa oxi hóa
Phosphoryl hóa quang hóa
Phân giải carbohydrate
Hầu hết vsv sử dụng carbohydrate làm nguồn năng lượng chính
Glucose là nguồn carbohydrate phổ biến nhất cho tế bào
HÔ HẤP TẾ BÀO LÊN MEN
Đường

phân
Acid pyruvic
Acetyl CoA
Krebs
Electron
Acid pyruvic
(hay dẫn xuất)
Các sản phẩm
lên men cuối
H
2
0
0
2
ATP
NADH
NADH

NADH
ATP
ATP
NADH
C0
2
Phân giải glucose thành
pyruvate qua 3 con
đường: EMP, PP và
ED/KPDG
1
2

3
3/17/2010
4
Con đường EMP (Embden-Meyerhof-Parnas)
Glucose → 2 pyruvate + 2ATP + 2NADH
2
Các chất trung gian đều ở dạng phosphoryl hóa
Glucose chuyển thành pyruvate qua 10 phản ứng
Sự tạo thành ATP ở 2 phản ứng 7 và
10: phosphoryl hóa ở mức độ cơ chất
X~ P + ADP →X + ATP
Đường phân/EMP
Mỗi bước được phân giải bởi 1 enzyme đặc hiệu
PEP + ADP → pyruvate + ATP
Con đường PP (Pentose phosphate)
hay HMP (hexo-mono phosphate)
Con đường PP-giai đoạn 1
Giúp vi khuẩn chuyển hóa glucose
thành pyruvate không qua con
đường EMP

xảy ra đồng thời với EMP
Có thể xảy ra trong điều kiện yếm
khí và hiếu khí
Con đường PP
Các VK sử dụng con đường PP gồm có:
Bacillus subtilis
E.Coli
Leuconostoc mesenteroides
Enterococcus faecalis

3/17/2010
5
Con đường PP (Pentose phosphate)
hay HMP (hexo-mono phosphate)
Con đường PP-giai đoạn 2
Cung cấp cho tế bào các
tiền chất để tổng hợp
acid nucleic, amino acid

Cung cấp NADPH cần
cho phản ứng tổng hợp
khử
Mang tính chất đồng hóa
PP cho 1ATP
Con đường PP
Glucose -> pyruvate + 3CO
2
+ 6NADPH
2
+NADH
2
+ ATP
Con đường ED (Entner-Doudoroff)
hay KPDG(2-keto-3 deoxy-6 phosphategluconate)
Glucose → 2 pyruvate + ATP + NADH
2
+NADPH
2
Chỉ gặp ở một số vi khuẩn: Pseudomonas,
Rhizobium, Azotobacter, Agrobacterium va

̀
mộ
t sô
́
ít VK gram âm.

Ngoạ
i lê
̣
: Enterococcus faecalis là VK gram
dương

ngoạ
i lê
̣
.

Đường phân ED
EMP và PPO phổ biến ở mọi sinh vật.
PP giúp cho vsv sử dụng gluconat.

3/17/2010
6
Các coenzyme nicotinamide adenine dinucleotide NAD
+

và nicotinamide adenine dinucleotide phosphate NADP
+
NAD
+

và NADP
+
là dẫn xuất của vitamin B niacin
NAD
+
VÀ NADP
+
Hô hấp tế bào: quá trình tạo ATP mà trong đó các phân tử bị
oxy hóa và chất nhận điện tử cuối thường là phân tử vô cơ.
Hoạt động của chuỗi hô hấp/chuỗi vận chuyển điện tử
Hô hấp
hiếu khí
Hô hấp
yếm khí
Chất
nhận
điện
tử
cuối
Oxy Phân tử
vô cơ
HÔ HẤP TẾ BÀO
HÔ HẤP TẾ BÀO
Đường
phân
Acid pyruvic
Acetyl CoA
Krebs
Electron
H

2
0
0
2
ATP
NADH
NADH

NADH
ATP
ATP
C0
2
3/17/2010
7
Chu trình Krebs hay TCA (tricaboxylic acid) hay citric acid

? ATP
? CO
2
? NADH
? FADH
2
? CO
2

Chu trình Krebs
Là một chuỗi phản ứng hóa
học mà trong đó thế hóa
năng của Acetyl CoA được

giải phóng từng bước.
Chu trình Krebs hay TCA (tricaboxylic acid) hay citric acid

Chu trình Krebs
3/17/2010
8
Pyruvate không thể tham gia trực tiếp vào chu trình Krebs.

VSV oxi hóa pyruvate thành acetyl-CoA:
Pyruvate chuyển thành hợp chất 2-C gọi là nhóm acetyl: quá trình decarboxyl
Acetyl đính kết với CoA bằng nối cao năng = acetyl-CoA

Các đặc điểm của chu trình Krebs:
Cung cấp tiền chất cho tế bào:
•oxaloacetate (tổng hợp aspartame),
•-ketoglutarate (tổng hợp glutamate),
•và sucinyl-coA (tổng hợp nhân hem cấu trúc của vitB12, clorophyll…)
Oxi hóa acetate thành CO
2
và giải phóng H
2
Các coenzyme bị khử như NADH và FADH
2
là những sản phẩm quan
trọng của chu trình Krebs
Chu trình Krebs
Đường phân
Glucose→→
2Pyruvate
2

Acetyl-
CoA
TCA
Phosphoryl
hóa oxi hóa
e mang
2 NADH
e mang
6 NADP và
2 FADH2
2
ATP
2
ATP
34
ATP
3/17/2010
9
Chuỗi hô hấp và quá trình phosphoryl hóa oxi hóa
Các phân tử vận chuyển điện tử:
Flavoprotein: protein chứa flavin, coenzyme dẫn xuất của riboflavin
FMN (flavin mononucleotide)
Cytochrome: protein có chứa nhân heme
Cyt b, cyt c1, cyt c, cyt a, cyt a3
Ubiquinone: coenzyme Q, các chất vận chuyển nhỏ phi protein
Các chuỗi vận chuyển điện tử ở vi khuẩn khá đa dạng.
CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐiỆN TỬ
Các enzyme vận chuyển electron và hydro
Các dehydrogenase và hệ thống vận chuyển
CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐiỆN TỬ

Chuỗi vận chuyển điện tử ở ti thể của tế bào nhân thực
Electron
cao năng
từ NADH
chuyển
đến FMN
FMNH
2

chuyển 2H
+

sang bên kia
màng và 2e
cho Q

Q chuyển e
cho cytb,
cytc1, cyta,
cyta3
Cyt a3
chuyển e
cho O2
1/2O
2
+
2H
+
=H
2

0
H
+
và electron tách ra từ cơ chất tham gia vào chuỗi hô hấp
Năng lượng thoát ra được chuyển thành ATP
Thành phần chuỗi hô hấp sắp xếp theo thế oxi hóa khử bắt đầu với NAD
+
(thế âm nhất)
3/17/2010
10
CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐiỆN TỬ
Hệ thống hô hấp hiếu khí của E.coli
Chỉ có 2 vị trí phosphoryl hóa
P/O= 1.3 khi sử dụng con đường
cyt bo ở nồng độ oxy cao
P/O= 0.67 khi sử dụng con đường
cyt bd ở nồng độ oxy thấp
CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐiỆN TỬ
Sự tạo thành 38 ATP đúng với ti thể và một số vi khuẩn.