Bài giảng Vi sinh thực phẩm: Chương 6 - Bùi Hồng Quân

CHƯƠNG VI. CƠ CHẾ CHÍNH CỦA
Q TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT
Tế bào cần năng lượng
để sống và phát triển.
Cơ thể VSV lấy năng
lượng từ các q trình
trao đổi chất (chuyển
hóa chất dinh dưỡng từ
môi trường thành năng
lượng).

2 yếu tố cần thiết cho vsv:
-nguyên liệu để xây dựng tế bào
- năng lượng cho hoạt động sống.
Năng lượng và nguyên liệu được cung cấp từ nguồn dinh
dưỡng bên ngoài tế bào.
Sau khi hấp thụ vào tế bào, enzyme có vai trị biến đổi cơ
chất này và giải phóng năng lượng.
Q trình biến đổi cơ chất trong tế bào gồm 2 giai đoạn:
Dị hóa: tạo cơ chất và năng lượng
Đồng hóa: sử dụng năng lượng và cơ chất để sinh tổng
hợp

105


3 GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI
CHẤT DINH DƯỠNG TRONG TẾ BÀO VSV
GIAI ĐOẠN CATABOLISM (dị hóa): Q trình
tạo năng lượng cho tế bào. Các chất dinh dưỡng
phức tạp được phân cắt tạo thành các phân tử đơn

giản hơn.
GIAI ĐOẠN AMPHIBOLISM: tiếp tục phân cắt
sản phẩm của giai đoạn dị hóa thành những sản
phẩm trung gian
GIAI ĐOẠN ANABOLISM (đồng hóa): Q trình
này cần cung cấp năng lượng. Tế bào sử dụng sản
phẩm trung gian để tổng hợp thành những chất cần
thiết cho cơ thể.

Q trình dị hóa
Gồm 3 giai đoạn:
• Giai đoạn 1: Phân cắt các đại phân tử thành các đơn phân.
• Giai đoạn 2: phân giải các đơn phân thành những phân tử
đơn giản hơn.Sản phẩm: Acid pyruvic (pyruvate), và
Acetyl-CoA.
• Giai đoạn 3: gồm các chu trình khác nhau giúp chuyển hóa
sản phẩm giai đoạn 2 tạo năng lượng hoặc các sản phẩm trao
đổi chất.

106


Giai đoạn 1

Giai đoạn 2

Giai đoạn 3

GIAI ĐOẠN DỊ HỐ

• Năng lượng sinh ra sẽ được tích lũy trong
những hợp chất cao năng như
– Adenosine triphosphat (ATP)
– Adenosine diphosphate (ADP)

ATP

ATP + H2O → ADP + Pi ∆G˚ = −30.5 kJ/mol (−7.3 kcal/mol)
ATP + H2O → AMP + PPi ∆G˚ = −45.6 kJ/mol (−10.9 kcal/mol)

107


Mối quan hệ giữa đồng hóa và dị hóa trong tế bào.
Trong suốt q trình dị hóa, năng lượng được
chuyển từ dạng này sang dạng khác

108


CÁC CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI HỢP CHẤT
HYDRATCARBON (6C)
VSV phân giải Hydratcarbon theo con đường nào phụ
thuộc vào hệ enzyme cấu trúc của VSV.
Sản phẩm tạo ra cuối cùng ở tất cả các con đường phân
giải là axit pyruvic.
VSV có thể tạo năng lượng từ các chất hữu cơ và vô cơ
nhưng đa số sử dụng chất hữu cơ (glucose)
Tất cả VSV đều hiện giai đoạn đầu phân giải glucose giống
nhau, theo 3 con đường chính (EMP, PP, ED)

CON ĐƯỜNG EMP (Embden – Meyerhof) (quá trình
Glycolyse).
CON ĐƯỜNG PP (Pentoses phosphates)
CON ĐƯỜNG ED (Entner – Doudoroff)

CON ĐƯỜNG EMP (Embden – Meyerhof) (Glycolyse)
Glucose → 2 pyruvate + 2ATP + 2NADH2
6 tiền chất dùng để tổng
hợp các đơn vị cấu trúc:
1) Glucose-6-P
2) Fructose-6-P
3) 3-P glyceraldehyd
4) 3-P-glycerat
5) P-enol pyruvate
6) Pyruvate.

109


CON ĐƯỜNG EMP (Embden – Meyerhof) (Glycolyse)
Là con đường phổ biến nhất để phân giải glucose.
Được tìm thấy ở tất cả các nhóm VSV quan trọng.
Có thể xảy ra trong điều kiện có hay khơng có Oxi
Xảy ra trong tế bào chất với sự tham gia của 10 loại
enzyme khác nhau
Glucose chuyển thành pyruvat qua 10 phản ứng tạo ra các
chất trung gian đều ở dạng phosphoryl hóa

110

Chu trình đường phân kỵ khí (EMB)

111


HƠ HẤP HIẾU KHÍ

Con đường PP (Pentose phosphates pathway)
Glucose-6-P bị oxyd hóa thành các hợp chất 5C. Sản
phẩm cuối cùng là Pyruvate
Glucose → 1 pyruvate + 3CO2 + 6NADPH2 +1NADH2 + 1ATP

Ở đa số VSV, tồn tại song song 2 con đường EMP và PP
trong hoạt động sống.

112


Con đường PP (Pentose phosphates pathway)
Các chức năng của con đường PP:
Phân giải đường 5C và 6C
Cung cấp ATP (=1/2 con đường EMP)
Cung cấp NADH là nguồn eCung cấp đường 5C và 4C
ribose-5-P (dùng để tổng hợp acid nucleic,
ADP, …)
erytroza-4-P (tổng hợp các acid amin thơm)

Con đường ED (Entner-Doudoroff )

Đa số vi khuẩn sử dụng con đường EMP và PP, nhưng ở
một vài loài sử dụng con đường ED thay cho con đường
glycoside.
Glucose → 2 pyruvate + 1 ATP + 1 NADPH + 1 NADH
Con đường ED được tìm thấy ở Pseudomonas rhizobium,
Azotobacter, Agrobacterium và một vài vi khuẩn gram âm
khác

113


Con đường ED (Entner-Doudoroff )
Các cơ chất sinh ra trong giai đoạn 2 (pyruvate và
Acetyl-CoA) sẽ tham gia 1 trong 3 q trình sau:
Hơ hấp hiếu khí: oxi là chất nhận điện tử trong
q trình phân giải chất hữu cơ.
Hơ hấp kị khí: khơng cần oxi, chất nhận điện tử
là muối vơ cơ.
Q trình lên men: chất nhận điện tử cuối cùng
là chất hữu cơ.

Hơ hấp hiếu khí
Định nghĩa: hơ hấp hiếu khí là q trình oxyd hóa – khử
cơ chất hữu cơ hay vô cơ để lấy năng lượng trong điều
kiện có oxy khơng khí, trong đó oxy khơng khí đóng vai
trị là chất nhận điện tử cuối cùng
Hơ hấp hiếu khí có liên quan đến 3 q trình sau:
Con đường phân giải chất hữu cơ (glycoside)
Chu trình acid tricarboxylic (ATC – chu trình Krebs)
Chuỗi vận chuyển điện tử hay chuỗi hô hấp

114


HƠ HẤP HIẾU KHÍ BẮT BUỘC (OXI HĨA HỒN TỒN)

Chu trình Kreb (Citric acid Cycle)

115


Trong chu trình Krebs: 1 phân tử acetyl-CoA bị oxy
hóa sẽ tạo thành
CO2
3 phân tử NADH
1 phân tử FADH2
1 phân tử ATP
Hiệu suất ATP trong chuỗi hô hấp:
1 NADH → 3 ATP
1 FADH2 → 2 ATP

116


Từ con đường glycoside (chu trình EMP)
Phosphoryl hóa ở mức cơ chất (ATP)
2ATP
Phosphoryl oxy hóa với 2 NADH
Từ sự chuyển 2 pyruvate thành 2 acetyl-CoA
Phosphoryl oxy hóa với 2 NADH

Từ chu trình Tricarboxylic acid (chu trình Krebs)
Phosphoryl hóa ở mức cơ chất (ATP)
2ATP
Phosphoryl oxy hóa với 6 NADH
Phosphoryl oxy hóa với 2 FADH2
Tổng

6ATP
6ATP

18ATP
4ATP

38ATP
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP

117


Hơ hấp kị khí
Hơ hấp kị khí là q trình oxy hóa – khử cơ chất
dinh dưỡng để tạo năng lượng trong điều kiện
vắng mặt oxy khơng khí.
Có sự tham gia của chuỗi hơ hấp và 1 phần chu
trình Krebs.
Chất nhận cuối cùng là các chất vô cơ: muối
nitrat, muối sulphat, carbonic.
Năng lượng (ATP) tạo ra thấp hơn hô hấp hiếu
khí nhưng cao hơn q trình lên men

118


Quá trình lên men
Định nghĩa: là quá trình sản sinh năng lượng trong đó
chất cho và nhận điện tử đều là chất hữu cơ.
Khơng có sự tham gia của chuỗi truyền điện tử và chu
trình Krebs.
Điều kiện lên men: thường xảy ra trong điều kiện yếm
khí (khơng có Oxi).
VSV hiếu khí bắt buộc khơng thực hiện lên men
VSV kị khí tùy nghi: chỉ lên men trong điều kiện
khơng có Oxi, trong điều kiện có Oxi chúng sẽ hơ
hấp.
Riêng nhóm vi khuẩn lactic (vi hiếu khí) có thể lên
men trong điều kiện có Oxi

Fermentation pathway

119