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

Đường phân glycosis hay con đường Embden-Meyerhof EM, hay con đường fructose -1,6-diphosphat FDP Enterobacteriaceae Glucose acid pyruvic NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXO

SỰ TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI

SINH VẬT

Bài giảng pptx các môn ngành Y dược hay nhất có tại

“tài liệu ngành dược hay nhất” ;

https://123doc.net/users/home/user_home.php?

use_id=7046916

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

vsv

ĐẠI CƯƠNG

TRAO ĐỔI CHẤT NĂNG LƯỢNG

(ATP, UTP, acetylcoenzym A)

OH OH

Lieân keát cao naêng

Phosphat Phosphat

Phosphat Ribose

2.1 Đường phân (glycosis) hay con đường Embden-Meyerhof

(EM), hay con đường fructose -1,6-diphosphat (FDP)

Enterobacteriaceae

Glucose acid pyruvic

NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE

Glucose + 2ATP +2 NAD 2CH3COCOOH + 4ATP + 2NADH+H +

1 pt glucose fructose-1,

6-diphosphat

2 pt triosephotphat

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 và acid lactic

NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE

Cần 2 ATP

Tạo ra 4 ATP

2.2 Con đường hexosomonophosphat (HMP) hay là

con đường oxy hóa pentophosphat (PP) hoặc

• chuyển gốc dioxyaceton

• 3-phospho- glyceraldehyd

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

oxy hĩa

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

• Glucose + ATP + NADP + NAD

2CH 3 COCOOH + 2ATP + NADPH+H + +

• - 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

NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI ĐƯỜNG HEXOSE

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 → O 2 → H 2 O

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

HƠ 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

HƠ 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

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)

3.2.1 Hô hấp nitrat (amon hóa nitrat và

phản nitrat hóa)

Gồm quá trình : amon hóa nitrat và

phản nitrat hóa

HƠ HẤP

NO3 → NO2 → NO-

NH2OH → NH3 N2O → N2 Hô hấp nitrat

Amon hóa nitrat

Phản nitrat hóa

• Nhiều vi khuẩn sử dụng nitrat (nitrat hóa) là

nguồn thức ăn nitơ

• Khử nitrat qua nitrit đến NH 3 , sau đó NH 3 sẽ tiếp

tục tham gia vào hoạt động trao đổi chất (khử

đồng hóa)

• NO 3 → NO 2 → X → NH 2 OH → NH 4 (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 CO 2 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 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)

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

HƠ HẤP

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

• - 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 và 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 CaCO 3 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

L-glutamic/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

homoserin, valin, isoleucin, tryptophan,

L-tyrosin

• 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

ta vẫn gọi quá trình phân giải protein là

quá trình amon hóa (amonification)

Protein polypeptid, các oligopeptid

acid amin

enzym phân giải

protein ngoại bào

enzym peptidase ngoại bào

tổng hợp protein

phân giải thành NH3, CO2và các sản phẩm trung gian khác

OXY HÓA KHÔNG HOÀN TOÀN

• Vi khuẩn : B mycoides, B mesentericus, B subtilis,,

Proteus vulgaris, Ps fluorescens, Ps aeruginosa, Ps

putreficans, E coli, Clostridium sporogenes,

• Xạ khuẩn và nấm mốc : Str griseus, Str rimosus,

Actinomyces fradiae, Asp oryzae, Asp flavus, Asp

terricola, Asp niger, Penicillium camemberti,

Cephalothecium, Rhizopus, Mucor, Gliocladium roseum

• E coli, Proteus có khả năng chuyển hóa tryptophan

thành hai chất có mùi hôi là indol và skatol (mùi

thối )

• Thối rữa xảy ra trong điều kiện thoáng khí thì

carbon chuyển thành CO 2

• Khi quá trình thối rữa xảy ra trong điều kiện kỵ khí

thì thường có sự tích lũy các đồng phân trung gian như trên

• Ngoài khả năng phân giải protein, đáng chú ý

nhất là khả năng phân giải các base nitơ, ure, acid uric, cyanamid canxi và kitin

OXY HÓA KHÔNG HOÀN TOÀN

• Lên men là quá trình phân giải hydratcarbon

trong điều kiện kỵ khí Oxy phân tử không tham gia vào quá trình lên men

• Năng lượng sinh ra sẽ chi phí cho phản ứng

khử, và tích lũy trong các liên kết cao năng

• NADH+H + không được chuyển đến oxy phân tử thông qua chuỗi hô hấp

• Việc tái tạo NAD được thực hiện nhờ acid

pyruvic hay các sản phẩm của nó

• Tế bào vi sinh vật kỵ khí bắt buộc không thấy

các loại enzym hô hấp (cyt b, c, a, cytoxydase,

peroxydase, catalase)

• Sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men

ngoài CO 2 , còn có những hợp chất carbon chưa được oxy hóa hoàn toàn (rượu, acid hữu cơ,

ceton, aldehyd).

LÊN MEN

• 5.1 Lên men rượu

• 5.1.1 Tác nhân lên men

• Tác nhân chính là S cerevisiae và những

loài thuộc chi Saccharomyces Khi không có oxy phân tử thì men glucid để tạo CO 2 và

ethanol theo con đường EM

• Ơû Zymomonas mobilis, sự phân giải glucose

lại theo con đường ED có tạo acid lactic

• Mucor thì glucose được phân giải chủ yếu

bằng con đường EM (70% cơ chất) và HMP

(30% cơ chất)

• Ơû vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriaceae và

Clostridium thì sản phẩm là acetaldehyd

LÊN MEN

• 5.1.2 Cơ chế chung của sự lên men rượu (EM )

• Quá trình lên men rượu gồm hai giai đoạn :

• - Tác dụng của enzym pyruvatdecarboxylase có sự tham gia của TPP, CH 3 COCOOH loại bỏ CO 2 để tạo

acetaldehyd

• - Acetaldehyd bị khử bởi NADH-alcogol-dehydrogenase

(dạng khử) để tạo thành ethanol

• Trong môi trường acid (pH 3-4) , lên men rượu chia làm

hai thời kỳ :

• - Thời kỳ cảm ứng : khi acetaldehyd tạo ra còn ít, chưa đủ nhận H, do đó được chuyển đến aldehyd glycerinic để tạo glycerin.

• - Thời kỳ sinh rượu : acetaldehyd sinh ra nhiều, đủ

nhận H và nồng độ rượu tăng nhanh.

• Glycerin là sản phẩm phụ Ngược lại, môi trường

kiềm thì glycerin và acid acetic là chủ yếu.

• Để sản xuất rượu bia và rượu vang, người ta thường dùng các nấm men “chìm”, gây men chậm chạp ở 5-

10 o C của S carlsberginensis hoặc nấm men “nổi” S

cerevisiae Khi làm bia rượu, cần tránh S intermedius

do làm đục rượu, bia, gây mùi khó chịu ; tránh vi

khuẩn acetic biến rượu thành CO 2 và H 2 O

LÊN MEN

5.1.3 Hiệu ứng Pasteur

• Sự kiềm hãm quá trình lên men rượu

bằng oxy được gọi là hiệu ứng Pasteur

• Trong điều kiện kỵ khí từ một mol đường

cho ra 2 mol ATP ; trong điều kiện hiếu khí thì cho ra 38 mol ATP

LÊN MEN

5.2 Lên men formic (lên men acid hỗn hợp)

5.2.1 Tác nhân

Vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriaceaae

Acid formic sau khi sinh ra sẽ tích lũy lại

trong môi trường hay chuyển hóa thành

H 2 và CO 2 (enzym formiat hydrogenliase)

Lên men acid formic là lên men acid hỗn

hợp vì quá trình này sản xuất nhiều

loại acid khác nhau : acid formic, acid acetic, acid succimic, acid lactic, ethanol, glycerin,

acetoin (acetylmetylcarbinol), 2, 3-butadiol,

CO 2 , và H 2

LÊN MEN

5.2.2 Quá trình lên men đặc trưng cho Ecoli, Shigella, Salmonella tạo ra các loại acid là chủ yếu và không tạo ra butandiol (acid hỗn hợp)

• Acid pyruvic sinh ra trong quá trình đường

phân EM được khử thành acid lactic nhờ

enzym lactatdehydrogenase còn một phần

chuyển thành acetylphosphate (hay acetylCoA)

và acid formic

• Các cofactor của phản ứng này là TPP

(ThiaminPyroPhosphat) và CoA

• CO 2 và H 2 được sinh ra trong quá trình phân

giải HCOOH Acetylphosphate một phần tiếp

tục được phân giải thành ethanol, còn một

phần được phân giải thành acid acetic Acid

succinic cũng được sinh ra do sự oxy hóa

acetylCoA theo chu trình Krebs

LÊN MEN

5.2.3 Loại đặc trưng cho Aerobacter, Serratia và một số loài Bacillus, sản phẩm chủ yếu là butandiol còn các loại acid chỉ là sản phẩm thứ yếu

acid pyruvic được phân giải theo cơ chế như ở E coli, song phần lớn acid pyruvic lại tập trung để tạo acetylmetylcarbinol (acetoin) và sau khi được khử thì trở thành 2, 3-butandiol hoặc được oxy hóa để trở thành diacetyl

LÊN MEN

5.3 Lên men lactic

5.3.1 Tác nhân

Vi khuẩn họ Lactobactericeae, Không có cytochrom và catalase, nhưng sống được trong điều kiện có oxy không khí vì có peroxydase phân giải H 2 O 2 thành H 2 O và oxy Vì vậy người ta gọi chúng là vi khuẩn vi hiếu khí.

Dựa vào sản phẩm sinh ra trong quá trình lên men glucose, người ta chia vi khuẩn lactic thành 2 nhóm : nhóm lên men lactic đồng hình (homofermentative) và nhóm lên men dị hình (heterofermentative)

LÊN MEN

5.3.2 Cơ chế

• Lên men lactic đồng hình

• Streptococcus lactis, L casei, L bulgaricus

tích lũy đến 90% acid trong các sản

phẩm lên men, phân giải glucose theo

con đường EM

• Lên men đồng hình gồm hai giai đoạn :

• Giai đoạn 1 : thời kỳ sinh trưởng lũy

thừa của vi khuẩn, từ hexose tạo ra acid

phosphoglycerinic nhờ sự oxy hóa

phosphoglyceraldehyd kèm theo việc khử