CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÔI TRƯỜNG
THS: VƯU NGỌC DUNG
BÀI 2: XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT HỮU
CƠ KHÓ PHÂN HỦY
1. GIỚI THIỆU
2. CÁC NGUYÊN TẮC CỦA PHÂN HỦY BỞI VI
KHUẨN
3. CÁC KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA NẤM
4. CÁC KHÍA CẠNH TỔNG QUÁT CỦA CÁC QUÁ
TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ
5. CÁC PHẢN ỨNG “CHỦ ĐẠO” CỦA SỰ PHÂN HỦY
KỴ KHÍ CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ NHẤT
ĐỊNH
1. GIỚI THIỆU
• Bước tấn công đầu tiên vào chất ô nhiễm hữu cơ xảy ra bên
trong tế bào là quá trình oxy hoá; sự hoạt hoá và gắn oxy vào
phân tử chất ô nhiễm là những quá trình enzyme, ở đây các
enzyme chìa khoá là oxygenase và peroxidase.
• Con đường phân huỷ diễn ra từng bước một chuyển chất ô
nhiễm hữu cơ thành những hợp chất trung gian tiến tới vòng
trao đổi chất trung tâm, có nghĩa là vòng tricarboxylic acid.
• Sinh khối tế bào được tổng hợp từ chính những nền tảng là
chất chuyển hoá trung gian, giả sử như CoA, suscinate,
pyruvate. Chất đường cần thiết cho nhiều quá trình sinh tổng
hợp và sinh trưởng được tổng hợp qua quá trình
gluconeogenesis.
• Phân hủy bao gồm hai quá trình cơ sở: sinh trưởng và đồng trao
đổi chất.
- Trong quá trình sinh trưởng, một chất hữu cơ được sử dụng làm
nguồn carbon và nguồn năng lượng duy nhất, kết quả phân huỷ

các axít béo bị ester hóa thành peptidoglycan – thành phần
của thành tế bào.
• Các loài vi khuẩn này có khả năng sinh tổng hợp các hợp chất
hoạt động bề mặt sinh học
2.2. SỰ PHÂN HỦY CÁC HỢP CHẤT BÉO CÓ
LIÊN QUAN ĐẾN TĂNG TRƯỞNG
• Vi khuẩn hiếu khí ban đầu tấn công các hợp chất hydrocarbon
béo và vòng béo đều đòi hỏi có oxy phân tử.
• Hai dạng enzyme tham gia vào quá trình phản ứng là
monooxygense hay dioxygenase tùy thuộc vào bản chất của
cơ chất và loại enzyme tạo ra bởi vi sinh vật.
• Sản phẩm phân hủy liên quan đến tăng trưởng là CO
2
, nước
và sinh khối.
• Sinh khối có thể tiếp tục bị khoáng hóa sau khi kết thúc quá
trình phân hủy chất ô nhiễm ngoài môi trường.
• Các hợp chất n-alkans dễ dàng bị phân hủy ngay, những
hydrocarbon mạch ngắn (< C9) gây độc cho hầu hết các vsv lại
dễ dàng bay hơi từ vị trí bị ô nhiễm.
• Cơ chế oxy hóa các hợp chất alkan được chia làm 2 kiểu: Một
đầu carbon (Monoterminal) hoặc Hai đầu carbon (Diterminal).
• Một đầu là cơ chế chủ đạo: tạo nên các hợp chất rượu 
aldehyde axít béo  acetyl-CoA.
• Các hydrocarbon có số carbon lẻ: propionyl-CoA  succinyl-
CoA.
• Các axít béo có chuỗi carbon sinh lý có thể được bổ sung trực
tiếp cho cấu trúc lipid màng tế bào.
• Oxy hóa kiểu áp cuối (Subterminal) thường xảy ra ở hydrocarbon
có C3-C6 hoặc dài hơn tạo thành rượu bậc 2 rồi chuyển sang

sinh trưởng là dạng khá phổ biến
trong vi sinh vật.
• Là cơ sở chuyển hoá sinh học
(bioconversion) để chuyển một
chất thành chất có cấu trúc hóa
học khác.
• Một vi sinh vật sinh trưởng trong
một nguồn cơ chất nào đó có khả
năng oxi hóa một cơ chất thứ hai
(co-substrate). Cơ chất thứ hai
này không bị đồng hóa nhưng
sản phẩm của nó có thể là cơ
chất cho loài vi sinh vật khác có
trong hỗn hợp vi sinh.
Phân hủy trichloroethylen (TCE) theo
cơ chế đồng chuyển hóa bởi hệ enzym
metan monooxygenase trong vi khuẩn
hóa dưỡng metan
Phân hủy các chất ô nhiễm bền bằng sự phối hợp giữa vi
khuẩn hiếu khí và kỵ khí
• Về mặt nguyên tắc, tính bền vững của các hợp chất ô nhiễm hữu
cơ tăng lên cùng với mức độ halogen hóa.
• Thay thế halogen, nitơ hay lưu huỳnh trong vòng thơm đi kèm
với tăng ái lực điện tử. Những các hợp chất này kháng lại ái lực
của enzym oxygenase của vi khuẩn hiếu khí.
• Những chất tồn tại bền vững trong điều kiện hiếu khí bao gồm
PCBs (Polychlorinated biphenyls), dioxins (đa vòng chứa clo)
một vài loại thuốc bảo vệ thực vật như DDT và Lindan.
• Vi khuẩn kị khí đóng vai trò quan trọng trong việc khử các hợp
chất xenobiotic chứa clo. Khử halogen là bước đầu tiên của

• Hydrocarbon béo không tan trong nước, nấm tiết ra các chất hoạt
động bề mặt để làm nhũ hoá hydrocarbon.
• Vi nấm không thể sử dụng alkan mạch nhánh hay mạch vòng no
như là nguồn carbon và năng lượng
• Sản phẩm cuối là oxit carbon (CO
2
) trong chu trình chuyển hoá
tricarbocylic axit (Krebs) .
Các hợp chất vòng thơm
• Nấm mốc và nấm men có khả năng sử dụng các hợp chất
hydrocarbon thơm làm cơ chất để sinh trưởng
• Khả năng chuyển hoá những hợp chất vòng thơm theo kiểu
Đồng chuyển hoá (co-metabolic).
• Penicillium frequentants:
- Phenol chuyển hoá hoàn toàn thành sinh khối, khí carbonic
và nước.
- Phenol chứa clo thành dạng catechol (như là sản phẩm cuối
cùng).
3.2. Hệ thống enzyme phân hủy lignin
• Cellulose và lignin là dạng hợp chất carbon vòng thơm phổ
biến nhất.
• Lignin là chất keo gắn chặt mạch cellulose và hermicellulose,
ngăn cản vi sinh phân huỷ gỗ và bảo vệ hợp chất đường dễ bị
phân hủy.
• Nấm đảm có một hệ thống enzyme phân huỷ lignin hiệu quả,
gọi tên là nấm trắng hoại gỗ (white rot fungi).
• Tiêu biểu là Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus,
Nematoloma flrowardii và những loài phân huỷ rác thải
Agaricus bisporus, Agrocybepraecox và Stropharia coronilla.
• Lignin phân hủy không là nguồn carbon và năng lượng để

thành các rượu tương ứng và sau đó bị phân hủy hoàn toàn.
Quá trình phân hủy không hoàn toàn rất có thể do tạo thành
các dạng dẫn xuất mạch nhánh bão hòa.
Sự phân hủy các chất hữu cơ chứa
halogen
• Khử halogen, về mặt cơ sở là thông qua phản ứng oxy hoá,
thuỷ phân, hoặc khử. Đối với vi khuẩn kị khí là phản ứng
khử thế halogen.
• Phản ứng khử loại bỏ halogen: điện tử xuất phát từ phân tử
hydrogen, formate hay một chất hữu cơ phức tạp hơn được
chuyển đến cơ chất chứa clo để tạo thành chất hữu cơ ở
dạng khử và ion Clo (Cl-).
• Một số trường hợp, phản ứng oxi hóa khử dạng này có thể
hình thành năng lượng chuyển hoá thông qua chuỗi hô hấp.