Chương 5
CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT Ở VI SINH VẬT
5.1.enzyme vi sinh vật
5.1.1 Enzyme nội bào và ngoài bào
Các enzyme nội bào và ngoại bào được tiết ra từ môi trường ngoài , bao
gồm các enzyme phân cắt các phân tử lớn (amylase, caseinase) và những
enzyme là tác nhân gây bệnh (coagulase, DNAase, exotoxin…)
các enzyme nội bào hoà tan khu trú bên trong tế bào chất. chúng tham
gia vào quá trình chuyển hoá trung gian của tế bào (
β
– galctosidase,
các enzyme của quá trình đường phân… )
5.1.2 các chất chuyển hoá sơ cấp khác
Các chất
chuyển hoá
sơ cấp
Vi sinh vật Môi trường Sản lượng Sử dụng
_ axit amin
Axit
glutamic
Threonin
_axit hữu cơ
C.glutamicum
B.subtils
acetobacter
Rỉ đường
Etanol
370.T/năm
300.000T/nă
m
66% bổ sung

Enzyme Vi sinh vật ứng dụng
α
- amylaza
Bac.subtilis
Bac.lichenifomis
Bac.amyloliquefaciens
Aspergillus oryzae
a.niger
Thuỷ phân tinh bột,
lên men rượu, sản
xuất glucose, đường
hoá
amyloglucosidaza A.niger, A.oryazae, Bacilus.sp,
A.awamori, Rhizopus niveus,
Rh oryzae, Rh.delemar
Sản xuất xiro
glucozo làm bánh,
công nghiệp bia
rượu
β
-glucalaza Bac.subtilis
Bac.circulans
Aspergillus niger
A.oryzae
Công nghệp bia
rượu
β
-glactosidza A.niger, Candida,
Pseudotropicalis,
A.nidulans,A.foetidus

Lipaza và
esteraza
A. niger, A. oryzae, Mucor
javanicus, M.pusillus, M.
pusillus,M .miehel, Rhizopus
niveus, Rh. Lipolitica,
Rh. Cylindracea ,Rh.arrhizus,
Candida cylindarcea,
Geotrichum candidum
Tạo hương vị trong
sữa
Catalaza A .niger, Penicilium sp,
Micrococuss lysodeidum
Thanh trùng sữa và
bơ
Pectinaza và
pectin esteraza
A . niger, A. ochraceus,
A. oryzae, A. alliaceus, Rhizopus
oryzae, Trichoderma reesii
P.simplicissinum
Làm trong dịch quả
và vang
Hemixenlulaza Nhiều loại nấm mốc, vi khuân, xa
khuẩn
Thuỷ phân
pentosan, xylan,
glactan, các
mannane, đối với
các dịch quả, công

một vài đại diện thuộc chi Pseudomas. Đa số các chất kháng sinh vi khuẩn
có cấu trúc hoá học gần giống nhau và là polypeptide.
5.2.2 các sắc tố
a) diệp lục tố
tất cả các diệp lục tố quang hợp ở vi khuẩn đều có cấu tạo porphirin với
nhân Mg đươc gọi là bacterioclorophil. Bacterioclophil. Bacterioclophil gồm
a, b, c, d trong đó a được biết rõ nhất. Các diệp lục tố khác nhau chủ yếu ở
cấu trúc hoá học phần gốc R, khác nhau về sự hấp thụ ánh sang ngăn (xanh)
và phần song dài (đỏ) của quang phổ mặt trời.
b)Carotenoid
ngoài các loại clorophil trong bộ máy quang hợp của sinh vật tự dưỡng
quang năng còn chứa những sắc tố thuộc loại carotenoid. Thành phấn của
carotenoid cũa vi khuẩn quang hợp không giống ở tảo và cây xanh.Vi khuẩn
quang hợp màu lục thường chưa khuản tía là licopen, glucocid, -carolin,
rodopin, okenon, spiriloxantin, protein. Carotenoid có màu vàng da cam.
c) sắc tố phicobiliproteid
Phicobiliproteid là loại sắc tố có bản chất protein hoà tan trong nước, phát
huỳnh quang mạch, màu xanh da trời hoặc đỏ đặc trưng cho Cyanobacteria
(vi khuẩn lam).
5.2.3 một số ứng dụng của chất chuyển hoá thứ cấp trong công nghệ sinh
học
Sự khám phá ra penicillin và các kháng sinh khác mở ra một lĩnh vưc mới
cho vi sinh vật công nghệp. Sự khám phá ra kháng sinh và sự phát triển của
các hợp chấ bán tổng hợp từ các kháng sinh đã có những lợi ích lớn trong y
học.
5.3 các kiểu hố hấp ở vi sinh vật
5.3.1 hô hấp hiếu khí
Hô hấp hiếu khí là quá trình oxyd hoá khử cơ chất hữu cơ hay vô cơ để lấy
năng lượng trong điều kiện có oxi phân tử đóng vai trò là chất nhận electron
cuối cùng. Trong quá trình này, đầu tiên chất hữu cơ bị oxyd hoá do

- Phân huỷ axit pyruvic tạo CO
2
và các coenzime khử.
- Các coenzime khử thực hiện chuỗi hô hấp để tạo H
2
O và tổng hợp ATP.
Cơ chế chu trình được trình bày theo sơ đồ sau:
Chu trình Crebs
Kết quả chu trình là
2CH
3
COCOOH + 6 H
2
O => 6CO
2
+ 10H
2
(phần 1)
10H
2
+ 5 O
2
=> 10H
2
O (Phần 2)
Kết quả chung là: 2CH
3
COCOOH + 5O
2
=> 6CO

1 FADH2 x 2 = 2 ATP
1 ATP = 1ATP

Tổng : 15ATP
Như vậy cứ 1 Axit pyruvic phân huỷ qua chu trình tạo ra được 15 ATP, nên
từ 2 A.pyruvic sẽ tạo được 30 ATP. Trong chặng đường phân tạo ra được
2ATP + 2NADH2 => 8ATP. Vậy hô hấp hiếu khí cung cấp cho tế bào 38
ATP khi phân huỷ một phân tử glucose.
Chuỗi vận chuyển electron (chuỗi hô hấp)
Chuỗi vận chuyển electron là một phức hợp của một dãy các chất vận
chuyển electron hoạt động đồng thời để chuyên chở các chất cho electron
như NADH, FADH
2
đến chất nhận electron như oxy phân tử. Các electron
được chuyên chở từ các chất có thế năng khử yếu hơn các chất có the6`1
năng khử năng khử mạnh hơn để cuối cùng kết hợp với O
2
và H
+
tạo thành
nước. Sự khác nhau của thế năng giua O
2
và NADH rất quan trọng, khoảng
1,14 volt ,và có thể gây ra sự giải phóng một lượng lớn năng lượng coq1 thể
được tạo thành nhờ vào sự di chuyển các electron).
Trong chuỗi hô hấp, những nguyên tử hydrogen được chuyển lọc theo các
phân tử vận chuyển, chỉ có phản ứng cuối cùng của chuổi hô hấp mới được
xúc túc bởi xytocrom- oxydase (cyt a
3
) làm cho các ion hydro lien kết được

nhưng vẫn sống được trong trong môi trường có nồng độ oxy thấp.
Có ba nơi trong chuỗi vận chuyển electron có đủ năng lượng để tổng hợp
ATP, đó là:
-Giữa NADH và coenzyme Q.
-Giữa cytocrom b và cytocrom c
1
.
-Giữa cytocrom a và O
2
.
Trong chuỗi vận chuyển electron sự giải phóng năng lượng được chia làm ba
giai đoạn nhỏ:
Succinar

Complex II

NADH complex I CoQ complex II cytc complex III O
2

ADP +P
1
ATP ADP +P
1
ATP

Chuỗi vận chuyển điện tử
Như vậy 3 phân tử ATP có thể tổng hợp từ ADP và Pi khi một đôi electron
đi qua từ NADH đến O
2
.Điều này có nghĩa là tỷ lệ P/O =3. Khi đôi electron

O và giải phóng năng lượng theo phương trình tổng
quát như sau:
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O +38ATP
5.3.2 Hô hấp kỵ khí và kỵ khí tuỳ nghi
Hô hấp kỵ khí (Respiration anaerobic) là quá trình oxyd hoá- khử cơ chất
dinh dưỡng để tạo điều kiện vắng mặt oxyd không khí. Thực ra quá trình này
cũng giống như hô hấp hiếu khí, nghĩa là cơ chất cũng bị oxyd hoá bằng sự
tách hydrogen bởi các enzyme vận chuyển electron của chuổi hô hấp, nhưng
thay vì hydrogen được vận chuyển đến chất nhận cuối cùng là oxy không khí
thì nó được vận chuyển đến chất nhận electron cuối cùng là các chất vô cơ
có oxy: nitrat (NO
3
-
), Sulfate (SO
4
+)
, carbonic (CO
2


NO
3
-
NO
2
NO
N
2
O N
2

Nitrate Nitrite Oxyd nito Dinitơoxy Nitơ phân tử
Quá trình phản nitrate
Cơ chế quá trình hô hấp nitrate ở vi sinh vật
Khi hô hấp nitrate, đặc biệt là khi phản nitrate hoá, cơ chất hữu cơ được
oxyd hoá hoàn toàn đến CO
2
và H
2
O. Năng lượng sinh ra với nitrate là chất
nhận hydrogen chỉ thấp hơn trong trường hợp chất nhận là oxy phân tử
khoảng 10%.
b) Hô hấp sulfate ( Quá trình phản sulfate)
Phần lớn vi sinh vật và thực vật có thể dùng sulfat làm nguồn dinh dưỡng
lưu huỳnh để hợp các hợp chất của cơ thể chứa S (amino acid chứa
S,enzyme,…). Đó là quá trình khử đồng hoá sulfate.Chỉ có một số ít vi sinh
vật (kỵ khí bắt buộc) thuộc hai chi Desulfovibrio và Desulfotomaculum lại
dùng sunfate làm chất nhận cuối cùng trong hô hấp kỵ khí. Ngoài ra, có một
số các vi khuẩn tự dưỡng hoá năng cũng có khả năng này.

S
4CH
3
COCOOH + H
2
SO
4
4CH
3
COOH + 4CO
2
+ H
2
S +Q
Vi khuẩn thực hiện quá trình hô hấp sulfate trước khi bị khử thành H
2
S phải
trải qua nhiều giai đoạn trung gian mà có những giai đoạn cho đến nay
người ta vẫn chưa biết được một cách chắc chắn.
Vi khuẩn khử sulfate hoá thường gặp ở những vùng bùn lầy có khí H
2
S, tức
là những nơi có quá trình phân giải kỵ khí các hợp chất hữu cơ. Trong 1ml
nước bẩn chứa 10
4
– 10
6
vi khuẩn khử sulfate, còn trong bùn có H
2
S số

- Các vi sinh vật sinh methane không sinh bào tử (Methanobacterium).
- Các vi sinh vật sinh methane sinh bào tử (Methanobacillus).
- Các vi sinh vật hình cầu sinh methane (Methanosarcina).
- Các 8 cầu khuẩn sinh methane (Methanosarcina).
Methaneosarcina barkeri ó khả năng chuyển hoá CO thành CH
4
trong điều
kiện kỵ khí. Qúa trỉnh này gồm 2 bước với sản phẩm trung gian là CO
2
VÀ
H
2
.
4CO + 4H
2
O 4CO
2
+ 4H
2
CO
2
+ 4H
2
CH
4
+ 2H
2
O
4CO
2

cần cho các phản ứng tồng hợp khử.
Glucose pyruvat + 3CO
2
+ 6NADPH2 + NADH
2
+ ATP
5.4.3 Con đường E.D (Entner-Doudoroff)
Chỉ gặp ở vi khuẩn chuyển hoá gluconat như Pseudomonas saccharophila
và Alcaligenes phân giải 100% glucose theo con đường này.
5.4.4 Oxyd hoá hoàn toàn rượu etylic thành acid acetic và lên men lactic
Cơ chất thích hợp nhất của vi khuẩn acetic là rượu ethylic.Bản chất của quá
trình len men actic là quá trình oxy hoá không hoàn toàn diễn ra theo cơ chế
tổng quát sau:
CH
3
-CH
2
-OH + O
2
Alcohol-dehydrogenase CH
3
-COOH + H
2
O +xKcal
Có 2 nhóm vi khuẩn acetic thực hiện oxyd hoá ở 2 mức khác nhau:
-Vi khuẩn Acetobacter peroxidans thực hiện quá trình oxyd hoá cao, actic
chỉ là sản phẩm tạm thời, sau đó nó được oxyd hoá tiếp thành các sản phẩm
khác.
-Vi khuẩn Acetobacter suboxidans thực hiện quá trình oxyd hoá thấp, sản
phẩm cuối cùng là acid acetic được tích luỹ bền vững trong môi

được coi là nguy hiểm và khó xử lý khi sử dụng cho mục đích này, trong khi
acid citric thì không.
Acid citric là thành phần hoạt hoá trong một số dung dịch tẩy rửa vệ sinh
nhà bếp và phòng tắm. Trong công nghiệp nó được dùng để đánh tan lớp gỉ
trên bề mặt thép.
Acid citric được sử dụng như chất điệm để làm tăng độ hoà tan heroin
nâu.Các túi nhỏ của acid citric sử dụng một lần cũng được sử dụng như là
tác nhân xui khiến để buộc những người dùng heroin phải đổi các kim bẩn
của mình lấy các kim tiêm sạch nhằm làm giảm khả năng lan truyền AIDS
và bệnh viêm gan.
Acid citric cũng có thể thêm vào kem để giữ cho các giọt nhỏ tách biệt nhau
cũng như thêm vào các công thức chế biến nước chanh tươi tại chỗ.Acid
citric cũng được dùng cùng bicacbonat natri trong một loạt các công thức tạo
bong bóng (bọt) khí, cho cả các loại thục phẩm lẫn các dạng hoá chất vệ sinh
cá nhân.
Acid citric cũng được dùng trong sản xuất rượu vang như là chất thay thế
hay bổ sung khi các loại quả chứa ít hay không có độ chua tự nhiên được sử
dụng. Nó chủ yếu được sử dụng cho các loại rượu vang rẻ tiền do giá thành
thấp của sản xuất.
Khi sử dụng với tóc,acid citric mở lớp ngoài cùng (còn gọi là lớp cutin) ra.
Khi lớp cutin mở ra, nó cho phép có sự xâm nhập vào sâu hơn của các chất
vào chân tóc. Nó có thể được sử dụng trong một số loại dầu gội đầu để rửa
sạch các chất sáp và thuốc nhuộm từ tóc.
Acid citric cũng được sử dụng như là nước rửa lần hai (sau nước hiện hình)
trong xử lý phim chụp ảnh trước khi dùng nước định hình. Nước rửa đầu tiên
thường hơi kiềm nên nước rửa có tính acid nhẹ sẽ trung hoà nó, làm tăng
hiệu quả của việc rửa ảnh so với dùng nước thường.
Acid citric cũng được như là một trong các thành phần hoạt hoá trong sản
xuất các mô kháng virus.
Acid citric cũng được sử dụng như là tác nhân làm chin chính trong các công