Chƣơng 4. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT VÀ

VÀ TRAO ĐỔI NĂNG LƢỢNG Ở VSV

NỘI DUNG CHƢƠNG
4.1. Các phương thức dinh dưỡng ở vi sinh
vật
4.2. Quá trình trao đổi chất và năng lượng
ở vi sinh vật dị dưỡng
4.3. Quá trình trao đổi chất và năng lượng
ở vi sinh vật tự dưỡng

KHÁI NIỆM CHUNG
Trao đổi chất là (Metabolism) tổng các phản ứng hóa
học do tế bào thực hiện.
Phản ứng thu năng lượng

Phản ứng giải phóng năng lượng

(Phản ứng thu nhiệt)

(Phản ứng tỏa nhiệt)

Trong 1 tế bào sống,
Quá trình đồng hóa
Quá trình dị hóa
các
phản ứng loại nào được
thực hiện?
(chuyển hóa các chất dinh dưỡng
(phân hủy các thành phần cơ


1-Quang dị dưỡng
(Photoheterotroph)

2 - Quang tự dưỡng
(Photoautotroph)

3 - Hóa dị dưỡng
(Hererotroph)

4 - Hóa tự dưỡng
(Lithotroph)

Vòng chuyển hóa năng lƣợng trong tế bào

3


Các kiểu giải phóng năng lƣợng

1. Hô hấp hiếu khí (Aerobic respiration)

3. Lên men

2. Hô hấp kị khí (Anaerobic respiration)

4. Quang tổng hợp

4.2. Quá trình trao đổi chất và năng
lượng ở vi sinh vật dị dưỡng

điện tử

Con đƣờng đƣờng phân (Glycosis)
(EMP – Embden Meyerhof pathway)
Xảy ra trong điều kiện có hay vắng mặt oxy.

10 phản ứng
-

Xảy raGlucose
ở điều 
kiện
oxy như+ thế
nào?
2 piruvat
2ATP
+ 2NADH

- Ở vị trí nào trong tế bào?
- Các sản phẩm của phản ứng?
Cung cấp cho tế bào 6 tiền chất:
- Tạo -bao
nhiêu– tiền
Glucose
6- P chất cho quá trình tổng hợp
- Fructose – 6-P
thành phần tế bào?
- 3- P- glixeraldehit

- 3-glixerat

NADPH2
Con đƣờng KDPG giúp nhiều vi khuẩn sử
dụng gluconat.
 Sản phẩm chung của các con đường phân giải
đường là gì?

Oxidative pathways of glycolysis employed
by various bacteria.
Bacterium

Embden-Meyerhof
pathway

Phosphoketolase
(heterolactic) pathway

Entner-Doudoroff
pathway

Acetobacter aceti

-

+

-

Agrobacterium
tumefaciens



Lactobacillus
acidophilus

+

-

-

Leuconostoc
mesenteroides

-

+

-

Pseudomonas
aeruginosa

-

-

+

Vibrio cholerae



Axetyl – CoA
+ NADH2 + CO2
 gặp ở vi khuẩn hiếu khí, Axetyl – CoA tạo thành
chủ yếu đi vào chu trình ATC
Piruvat – Fd - oxidoreductaza

(2) Piruvat + CoA + 2Fd

Axetyl – CoA
+ 2FdH + CO2  gặp ở nhiều vi khuẩn kỵ khí nhƣ
Clostridium.
Piruvat – Focmat - liaza
(3) Piruvat + CoA

Axetyl – CoA
+ Focmat
 gặp ở nhiều vi khuẩn kỵ khí tiết axit
focmic, vi khuẩn quang dưỡng

Chu trình tricacboxilic (TCA) (Chu trình Krebs)
Xảy ra ở ty thể
(Eukaryote)
Xảy ra ở màng tế
bào
chất
-Xảy
ra(Prokaryote)
ở vị trí nào
1 pyruvat đi vào

- Flavoprotein -- > Protein Fe – S -- > Quinon -- >
Xitocrom
 Các thành phần chuỗi hô hấp sắp xếp theo cơ sở thế
oxi hóa khử bắt đầu với NAD+ (thế âm nhất) và kết
thúc với xitocrom – oxidaza và O2

Sự tạo năng lƣợng trong chuỗi hô hấp

Phosphoryl hóa oxi hóa

8


4.2.1. Quá trình phân giải glucide
bằng cách hô hấp kị khí

Trong điều kiện thiếu oxi, nhiều vi khuẩn tiến hành hô
hấp kị khí:
- CHC là chất cho điện tử
- Oxy trong hợp chất là chất nhận điện tử cuối cùng
(NO3-, SO42-)
Hô hấp nitrat (kị khí không bắt buộc): vi khuẩn khử
nitrat 4AH2 + HNO3  4A + NH3 + 3H2O + ATP
Ví dụ:

Hô hấp sulfat (kị khí bắt buộc): vi khuẩn khử sulfat
4AH2 + H2SO4  4A + NH3 + 3H2O + ATP
Ví dụ:

CH3COO- + SO42- → 2 HCO3- + HS-

H2O
Môi trường kỵ khí
Tóm
tắt các
hình
thức dị
hóa ở
VSV

NO3-

Hô hấp kỵ khí

Hô hấp nitrate
Kỵ khí không bắt buộc

N2
SO42-

Hô hấp sulfate
Kỵ khí bắt buộc

H2S
Hidro

CO2

Hô hấp kỵ khí đặc biệt

CH4

Oligopeptid

Protein

Peptidaza
Axit amin

Các axit amin nội bào

Khử amin và
phân giải
mạch cacbon

Khử
amin

Chuyển amin
và phân giải
mạch cacbon

Trực tiếp sử
dụng trong
quá trình
sinh tổng hợp
protein

Các kiểu phân giải acid amin nội bào
Đặc tính của phản
ứng


hướng (cách sử dụng aa của VSV):
- Sử dụng acid amin làm nguồn thức ăn nitơ để xây
dựng cơ thể.
- Sử dụng acid amin làm nguồn thức ăn cacbon và
làm nguồn vật liệu năng lượng.
Điều kiện môi trường
C/N > 25/1
C/N < 25/1

Ý nghĩa lớn đối với nông nghiệp vòng tuần hoàn vật
chất trong tự nhiên, thực phẩm.

Ý nghĩa thực tế của sự phân giải protein

C/N > 25/1 thì VSV sử dụng acid amin theo hướng
thứ nhất.
C/N < 25/1 thì môi trường thừa thức ăn nitơ, thiếu
thức ăn cacbon, lúc đó nitơ sẽ được thải ra ngoài dưới
dạng NH3 do VSV không sử dụng hết. Việc sử dụng acid
amin lúc này theo hướng thứ hai.

12


4.2.4. Sự phân giải lipid và acid béo
Glyceryl

Con đƣờng EMP

Lipid và

Mỗi loài đòi hỏi chất
cho và chất nhận diện
tử đặc trưng.

N

N
N

N
N

N

4.3.1. Tự dƣỡng hóa năng
CO2
Chất vô cơ

ATP

1:Chu trình
Calvin

2:Con đường
Axetyl-CoA
3:Con đường 4C

[H]
Khác với
VSV hóa

Tiêu hao [H], sinh
ATP

ATP

Chuyển vận ngược
Dùng làm nguồn chiều chuỗi hô hấp
NAD(P)H
cung cấp H vô cơ Tiêu hao ATP,
sinh [H]
CH2O

 ATP tạo thành chủ yếu từ sự phosphoryl hóa oxi hóa
 Hiệu suất sinh năng lượng thấp
 Tốc độ sinh trưởng chậm

14


Nhóm VSV tự dưỡng hóa năng
- Vi khuẩn nitrat hóa thuộc chi Nitrobacter – hình que (sử
dụng NO2-)
- Vi khuẩn lưu huỳnh trong đó nhiều loài thuộc chi
Thiobacillus (sử dụng H2S, S, S2O3-)
- Vi khuẩn oxi hóa sắt (Fe2+) trong điều kiện pH thấp

- Vi khuẩn oxi hóa hidro.
- Vi khuẩn oxi hóa amon còn gọi là vi khuẩn nitrit hóa
(Nitrosomonas – hình que, Nitrosococcus – hình cầu,
Nitrosovibrio-hình phẩy) (NH4+)


Vật chất tế bào

Nhóm VSV tự dưỡng quang năng
 Nhóm quang hợp có sản sinh oxy:

+ Thuộc nhóm có nhân thật : Tảo, cây xanh
+ Thuộc nhóm nhân nguyên thuỷ : Vi khuẩn lam
 Nhóm quang hợp không sản sinh oxy :
+ Vi khuẩn sulfur (Chlorobium), vi khuẩn không-sulfur màu lục
(Chloroflexus), vi khuẩn sulfur màu tía Chromatium) và vi khuẩn
không-sulfur màu tía (Rhodospirillum, Rhodopseudomoanas)
Tất cả vi khuẩn quang hợp đều chứa sắc tố quang hợp, ở vi khuẩn
sắc tố quang hợp là bacterio – chlorophyl (chất khuẩn lục)
Ngoài chlorophyl vi khuẩn tự dưỡng quang năng còn chứa một số
sắc tố thuộc lại carotenoit, không giống carotenoit ở tảo và thực vật.

Ánh sáng

Phosphoryl hoá quang
hợp không tuần hoàn
Bchl
CHÚ THÍCH
Bchl* :trạng thái kích phát Bchl*
của Bchl (bactericlorophil
Ru-5-P :Ribulozo-5ephotphat
Ru-1,5-P :Ribulozo-1,5diphotphat
Xit.f
H2A :Chất vô cơ cho hydro
ADP

16


Phosphoryl hoá quang hợp tuần hoàn
½
2H+ + O2

Quang phân li

H2O

Chl.
b eChl.
b+

Pi+ ADP
Chl.
b+

ee-

Xit
.b

ATP
Xit
.f

Hệ thống quang hợp II
e-----------------------------------------------Hệ