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

Bài giảng Vi sinh thực phẩm: Chương 6 Cơ chế chính của quá trình trao đổi chất, gồm các nội dung chính như sau: Các con đường phân giải hợp chất hydratcarbon; Hô hấp hiếu khí bắt buộc (oxi hóa hoàn toàn). Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƯƠNG VI CƠ CHẾ CHÍNH CỦA

QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT

Tế bào cần năng lượng

để sống và phát triển.

Cơ thể VSV lấy năng lượng từ các quá 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 trò biến đổi cơ

chất này và giải phóng năng lượng.

Quá 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

3 GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI

CHẤT DINH DƯỠNG TRONG TẾ BÀO VSV

GIAI ĐOẠN CATABOLISM (dị hóa): Quá 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): Quá 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.

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

Quá trình dị hóa

GIAI ĐOẠN DỊ HOÁ

Giai đoạn 1

Giai đoạn 2

Giai đoạn 3

• Năng lượng sinh ra sẽ được tích lũy trong

những hợp chất cao năng như

– Adenosine triphosphat (ATP)

– Adenosine diphosphate (ADP)

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)

ATP

Mối quan hệ giữa đồng hóa và dị hóa trong tế bào

Trong suốt quá trình dị hóa, năng lượng được

chuyển từ dạng này sang dạng khác

CÁC CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI HỢP CHẤT

HYDRATCARBON (6C)

CON ĐƯỜNG EMP (Embden – Meyerhof) (quá trình

Glycolyse)

CON ĐƯỜNG PP (Pentoses phosphates)

CON ĐƯỜNG ED (Entner – Doudoroff)

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)

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

Glucose →→2 pyruvate + 2ATP + 2NADH2

CON ĐƯỜNG EMP (Embden – Meyerhof) (Glycolyse)

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 không có Oxi

enzyme khác nhau

Glucose chuyển thành pyruvat qua 10 phản ứng tạo ra các

chất trung gian đều ở dạng phosphoryl hóa

Chu trình đường phân kỵ khí (EMB)

HÔ HẤP HIẾU KHÍ

trong hoạt động sống

Con đường PP (Pentose phosphates pathway)

Glucose-6-P bị oxyd hóa thành các hợp chất 5C Sản

phẩm cuối cùng là Pyruvate

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

e-Cung 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 PP (Pentose phosphates pathway)

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

Các cơ chất sinh ra trong giai đoạn 2 (pyruvate và

Acetyl-CoA) sẽ tham gia 1 trong 3 quá trình sau:

quá trình phân giải chất hữu cơ

là muối vô cơ

là chất hữu cơ

Con đường ED (Entner-Doudoroff )

Hô hấp hiếu khí

Định nghĩa: hô hấp hiếu khí là quá trình oxyd hóa – khử

cơ chất hữu cơ hay vô cơ để lấy năng lượng trong điều

kiện có oxy không khí, trong đó oxy không khí đóng vai

trò là chất nhận điện tử cuối cùng

Hô hấp hiếu khí có liên quan đến 3 quá 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

HÔ HẤP HIẾU KHÍ BẮT BUỘC (OXI HÓA HOÀN TOÀN)

Chu trình Kreb (Citric acid Cycle)

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

Từ con đường glycoside (chu trình EMP)

Phosphoryl hóa ở mức cơ chất (ATP)

2ATP

Phosphoryl oxy hóa với 2 NADH 6ATP

Từ sự chuyển 2 pyruvate thành 2 acetyl-CoA

Phosphoryl oxy hóa với 2 NADH 6ATP

Từ chu trình Tricarboxylic acid (chu trình Krebs)

Phosphoryl hóa ở mức cơ chất (ATP)

2ATP

Phosphoryl oxy hóa với 6 NADH 18ATP

Phosphoryl oxy hóa với 2 FADH2 4ATP

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 →6CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP

Hô hấp kị khí

Hô hấp kị khí là quá trình oxy hóa – khử cơ chất

dinh dưỡng để tạo năng lượng trong điều kiện

vắng mặt oxy không khí

Có sự tham gia của chuỗi hô 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 quá trình lên men

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

Không 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 (không có Oxi)

VSV hiếu khí bắt buộc không thực hiện lên men

VSV kị khí tùy nghi: chỉ lên men trong điều kiện

không có Oxi, trong điều kiện có Oxi chúng sẽ hô

hấp

Riêng nhóm vi khuẩn lactic (vi hiếu khí) có thể lên

men trong điều kiện có Oxi

Fermentation pathway