Chương III Khả năng chuyển hóa các hợp khả năng chuyển hóa các hợp chất carbon trong môi trường chất carbon trong môi trường tự nhiên của vi sinh vật

07/10/2011 1 CHƯƠNG III KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT CARBON TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN CỦA VI SINH VẬT NỘI DUNG 1. Chu trình C trong tự nhiên 2. Vai trò của VSV trong chu trình C 3. Sự chuyển hóa một số hợp chất C của vi sinh vật Chu trình C trong tự nhiên Vai trò của VSV trong chu trình carbon 07/10/2011 2 Sự phân giải một số hợp chất carbon • Sự phân giải cellulose/lignin • Sự phân giải tinh bột • Sự phân giải carbohydrate Sự phân giải cellulose • Cellulose trong tự nhiên • Cơ chế phân giải cellulose nhờ VSV • Vi sinh vật phân giải cellulose Cellulose trong tự nhiên • Là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật • Cellulose được tích lũy nhiều trong đất do các sản phẩm tổng hợp của thực vật thải ra, cây cối chết và từ các hoạt động của con người
Nhờ vi sinh vật phân giải cellulose Sự phân giải cellulose Sự phân giải cellulose 07/10/2011 3 Cơ chế phân giải cellulose của VSV • Được phân giải nhờ vào hệ enzyme cellulase gồm có 4 enzyme khác nhau. – Enzyme C1 (cellobiose dehydrolase): cắt các liên kết hydro biến cellulose có cấu trúc không gian  cellulose vô định hình – Endoglucanase: cắt các liên kết β - 1,4 – glucoside tạo thành các chuỗi dài – Exoglucanase: cắt các chuỗi thành cellobiose – β - glucosidase: thủy phân cellobiose thành glucose Sự phân giải cellulose Vi sinh vật phân giải cellulose • Vi nấm: Tricoderma (viride, reesei), Aspergillus, Fusarium. Mucor • Vi khuẩn : Bacillus subtilis, Clostridium, Ruminococcus • Xạ khuẩn: Streptomyces Sự phân giải cellulose Sự phân giải tinh bột • Tinh bột trong tự nhiên • Cơ chế phân hủy tinh bột • VSV phân giải tinh bột Tinh bột trong tự nhiên • Là chất dự trữ chủ yếu của thực vật, đặc biệt ở cây có củ • Gồm 2 thành phần và amylose và amylopectin Sự phân giải tinh bột 07/10/2011 4 Cơ chế phân giải tinh bột • VSV phân giải tinh bột nhờ tiết ra hệ enzyme amylase gồm có 4 enzyme: – α – amylase – β – amylase – Amylose 1,6 - glucosidase – Glucoamylase Sự phân giải tinh bột α - amylase • Tác động vào bất kỳ mối liên kết 1,4 glucoside nào trong phân tử tinh bột. Bởi thế α - amylase còn được gọi là endoamylase • Tinh bột được cắt thành nhiều đoạn ngắn gọi là sự dịch hoá tinh bột. • Sản phẩm của sự dịch hoá thường là các đường 3 carbon gọi là maltotriose Sự phân giải tinh bột β - amylase • β - amylase chỉ có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,4 glucoside ở cuối phân tử tinh bột bởi thế còn gọi là exoamylase • Sản phẩm của β - amylase thường là đường disaccharide maltose. Sự phân giải tinh bột • Amylose 1,6 - glucosidase có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucoside tại những chỗ phân nhánh của amylopectin. • Glucoamylase phân giải tinh bột thành glucose và các oligosaccharide. Enzyme này có khả năng phân cắt cả hai loại liên kết 1,4 và 1,6 glucoside. Sự phân giải tinh bột 07/10/2011 5 VSV phân giải tinh bột • Vi nấm: Aspergillus, Fusarius, Rhizopus • Vi khuẩn: Bacillus, Cytophaga, Pseudomonas • Xạ khuẩn Sự phân giải tinh bột Sự phân hủy carbohydrate • Sự phân hủy đường đôi • Sự phân hủy đường đơn Sự phân hủy đường đôi Hiện diện của DS: - Có trong tự nhiên - Do quá trình phân hủy của VSV VSV phân hủy DS thành các MS bởi các enzyme chuyên biệt Maltase 07/10/2011 6 • MS có thể bị phân hủy bởi các VSV hiếu khí, kỵ khí, kỵ khí tùy nghi qua nhiều con đường • Con đường biến dưỡng phụ thuộc vào:  Loại và số lượng MS  LoạiVSV  Khả năng oxy hóa – khử của hệ thống • Các VSV hiện diện trong thực phẩm: – Đều sử dụng được glucose – Có thể sử dụng được galactose, fructose … Biến dưỡng carbohydrate - MS VSV thực hiện qua 5 con đường chính: • The Embden–Meyerhoff–Parnas (EMP) pathway • The hexose monophosphate pathway (HMP) • The Entner–Doudroff (ED) pathway • The 2 phosphoketolase (PK) pathways Embden - Meyerhoff Pentose phosphate 07/10/2011 7 Entner - Doudoroff