LÊN MEN
Khi vắng mặt hô hấp hiếu khí hoặc kỵ khí N ADH không bị oxy hoá bởi chuỗi vận chuyển electron do thiếu chất nhận electron từ bên ngoài. Tuy nhiên, N ADH tạo thành trong con đường đường phân vẫn cần phải được oxy hoá trở lại thành N AD+. N ếu N AD+ không được tái tạo việc oxy hoá glyceraldehyde-3-phosphate sẽ không diễn ra và đường phân sẽ ngừng hoạt động. Vì vậy chức năng chủ yếu của lên men là tái sản N AD+ cho đường phân. Để khắc phục tình trạng trên nhiều vi sinh vật đã giảm hoặc làm ngừng hoạt tính của enzyme pyruvate dehydrogenase và sử dụng pyruvate hay một trong các chất dẫn xuất của pyruvate như chất nhận electron và hydro nhằm tái oxy hoá N ADH trong một quá trình lên men (Hình 17.9). Ở đây chỉ giới thiệu một số quá trình lên men thường gặp nhất. Trong lên men vi sinh vật cần chú ý hai điểm: 1) N ADH được oxy hoá thành N AD+ và 2) chất nhận electron thường là pyruvate hoặc một chất dẫn xuất từ pyruvate. Trong lên men cơ chất bị oxy hoá một phần, ATP chỉ được tạo thành bởi phosphoryl hoá ở mức độ cơ chất và O2 là không cần thiết. N hiều nấm và một số vi khuNn, tảo và động vật nguyên sinh lên men đường thành etanol và CO2 trong một quá trình gọi là lên men etylic. Pyruvate bị loại CO2 thành Acetaldehyd, sau đó Acetaldehyd bị khử thành etanol nhờ sự xúc tác của alcoholdehydrogenase với N ADH là chất cho electron (Hình 17.10, số 2). Quá trình lên men thứ hai gọi là lên men lactic còn gặp phổ biến hơn. Đây là sự khử Pyruvate thành lactat (Hình 17.10, số 1). Lên men lactic diễn ra ở vi khuNn (vi khuNn lactic, Bacillus), tảo (Chlorella), một số mốc nước, động vật nguyên sinh thậm chí ở cả cơ xương của động vật. Các vi sinh vật lên men lactic có thể được chia thành hai nhóm: nhóm lên men lactic đồng hình sử dụng con đường đường phân và trực tiếp khử hầu hết pyruvate thành lactat nhờ sự xúc tác của enzyme lactat dehydrogenase; nhóm lên men lactic dị hình tạo thành một lượng lớn các sản phNm không phải lactat, trong đó nhiều loài tạo thành lactat, etanol và CO2 qua con đường phosphorusketolase.
NADH từ đường phân được oxy hóa lại nhờ được dùng để khử pyruvate hay 1 chất dẫn xuất của pyruvate (X). K ế t quả là xuất hiện lactat hoặc sản phẩm khử Y. (Theo: Prescott và cs, 2005)
Lên men etylic và lên men lactic là hai quá trình lên men rất có ích cho con người. Lên men etylic do nấm men được dùng để sản xuất các loại đồ uống có chứa cồn; CO2 thoát ra từ quá trình lên men này có tác dụng làm nở bột mì. Mặc dù có thể gây hư hỏng thực phNm nhưng lên men lactic được dùng phổ biến để muối dưa, cà, sản xuất sữa chua, nem chua, ủ chua thức ăn cho gia súc. N hiều vi khuNn, đặc biệt là các cá thể trong họ Enterobacteriaceae có thể chuyển hoá Pyruvate thành acid formic và các sản phNm khác trong một quá trình đôi khi được gọi là lên men formic (Hình 17.10, số 5). N hờ formic - hydroliase (là phức hợp gồm ít nhất hai enzyme) acid formic có thể bị phân giải thành H2 và CO2:
HCOOH → CO2 + H2
Để cho đơn giản ở đây chỉ giới thiệu các quá trình lên men Pyruvate; trên thực t ế nhi ề u phân tử hữu cơ khác cũng có thể được lên men. Hầu h ế t các quá trình lên men này đã được đơn giản hóa bằng cách loại bỏ 1 hoặc nhi ề u bước và các chất trung gian. (Theo: Prescott và cs, 2005)
1. Vi khuẩn acid lactic (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus)
2. Nấm men, Zymomonas
3. Vi khuẩn acid propionic (Propionibacterium)
4. Enterobacter, Serratia, Bacillus
5. Vi khuẩn đường ruột (Escherichia, Enterobacter, Salmonella, Proteus).
6. Clostridium
Có hai loại lên men formic. Lên men acid hỗn hợp cho sản phNm là etanol và một hỗn hợp các acid đặc biệt là acetic, lactic, succinic và formic (bảng 17.2).N ếu formic hydroliase có mặt acid formic sẽ bị phân giải thành H2 và CO2. Dạng lên men này gặp ở Escherichia, Salmonella, Proteus và một số chi khác. Lên men butandiol đặc trưng ở các chi Enterobacter, Serratia, Erwinia và một số loài của Bacillus (Hình 17.10, số 4). Pyruvate được chuyển hoá thành acetoin, sau đó acetoin bị khử thành 2,3-butandiol với
N ADH. Một lượng lớn etanol cũng được tạo thành cùng với những lượng nhỏ các acid gặp trong lên men acid hỗn hợp.
Lên men formic rất có ích trong việc xác định các cá thể của họ Enterobacteriaceae. Các vi khuNn lên men butandiol có thể được phân biệt với các vi khuNn lên men acid hỗn hợp ở ba điểm sau:
1. Thử nghiệm (test) Voges-Proskauer là một phương pháp so màu dùng phát hiện tiền chất acetoin của butandiol (Hình 17.10). Thử nghiệm này chỉ dương tính với các vi khuNn lên men butandiol.
2. Các vi khuNn lên men acid hỗn hợp tạo thành các sản phNm acid nhiều hơn 4 lần các sản phNm trung tính, trong khi các vi khuNn lên men butandiol tạo thành các sản phNm trung tính là chủ yếu. Do đó các vi khuNn lên men acid hỗn hợp acid hoá rất rõ rệt môi trường nuôi cấy. Đây là cơ sở của thử nghiệm đỏ metil (methyl red). Thử nghiệm là dương tính chỉ với lên men acid hỗn hợp vì pH giảm xuống dưới 4,4 và màu của chất chỉ thị chuyển từ vàng sang đỏ.
3. CO2 và H2 xuất hiện đẳng lượng do hoạt tính của formic-hydroliase trong lên men acid hỗn hợp. Các vi khuNn lên men butandiol tạo thành dư thừa CO2 và tỉ lệ CO2/H2 xấp xỉ 5:1. Các vi khuNn lên men formic đôi khi tạo thành ATP trong việc tái oxy hoá N ADH.
Chúng sử dụng Acetyl-CoA để tổng hợp Acetyl-phosphate sau đó nhóm phosphate này được chuyển đến ADP.
Acetyl-CoA + Pi → CoA.SH + Acetyl-P
Acetyl-P + ADP → Acetat + ATP
Các vi sinh vật tiến hành các quá trình lên men khác với các quá trình nói trên. Động vật nguyên sinh và nấm thường lên men đường thành lactat, etanol, glycerol, succinat, format, acetat, butandiol và các sản phNm bổ sung.
Alanin bị oxy hóa thành acetat và glixin được dùng để oxy hóa lại NADH sản ra trong sự phân giải alanin. Lên men cũng tạo thành ATP. (Theo: Prescott và cs, 2005)
Các chất không phải đường cũng được lên men bởi vi sinh vật. Chẳng hạn, một số loài của chi Clostridium thường lên men các hỗn hợp acid amin. Các clostridia phân giải protein như các vi khuNn gây bệnh. C. sporogenes và C. botulinum thực hiện phản ứng
Stickland trong đó một acid amin bị oxy hoá trong khi một acid amin thứ hai tác dụng như chất nhận electron. Phản ứng Stickland điển hình là phản ứng trong đó alanin bị oxy hoá và glixin bị khử để tạo thành acetat, CO2 và N H3. ATP được sản ra từ Acetyl-P nhờ
phosphoryl hoá ở mức độ cơ chất và kiểu lên men này rất thích hợp cho các vi khuNn khi sinh trưởng trong môi trường kỵ khí giàu protein. Phản ứng Stickland được dùng để oxy
hoá một số acid amin như: alanin, leucin, isoleucin, valin, phenylalanin, tryptophan và histamin. Các acid amin khác như glicin, glutamate, threonine, arginin và cả alanin cũng
được vi khuNn lên men nhưng theo cơ chế khác. N goài đường và acid amin các acid hữu cơ như acetat, lactat, propionat và citrat cũng được lên men. Một số quá trình lên men nói
trên có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế chẳng hạn citrat có thể được chuyển thànhdiacetyl tạo cho sữa lên men hương vị thơm ngon.
- Giáo trình Vi sinh vật học
- Lược sử nghiên cứu Vi sinh vật học
- Vi sinh vật thuộc giới sinh vật nào
- Các đặc điểm chung của vi sinh vật
- Thành tế bào
- Màng sinh chất
- Tế bào chất
- Thể nhân
- Bao nhầy
- Tiên mao và khuẩn mao
- Khuẩn mao và Khuẩn mao giới
- Các ngành vi khuẩn
- Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía
- Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía
- Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục
- Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục
- Vi khuẩn lam
- Vi khuẩn sinh nội bào tử
- Trực khuẩn Gram âm, lên men , hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc
- Trực khuẩn Gram âm , không lên men , hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc
- Cầu khuẩn Gram âm, kỵ khí bắt buộc
- Trực khuẩn, phẩy khuẩn, xoắn khuẩn Gram âm, kỵ khí
- Cầu khuẩn Gram dương hiếu khí và kỵ khí không bắt buộc
- Trực khuẩn Gram dương hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc
- Trực khuẩn không quy tắc, không bào tử
- Cầu khuẩn Gram dương kỵ khí bắt buộc
- Phân loại xạ khuẩn
- Mở đầu về cổ khuẩn
- Các hình thức dinh dưỡng ở cổ khuẩn
- Môi trường sống của cổ khuẩn và giả thuyết về hình thành sự sống trên trái đất
- Cổ khuẩn sinh methane (methanogens)
- Nhuộm Gram (phương pháp Hucker cải tiến)
- Nhuộm tiên mao
- Kiểm tra khả năng di động
- Nhuộm bào tử
- Nhuộm vỏ nhầy (Capsule)
- Nhuộm thành tế bào
- Nhuộm hạt PHB (Poly-β-hydroxybutyric acid)
- Nhuộm hạt dị nhiễm
- Nhuộm tinh thể protein (ở Bacillus thuringiensis)
- Nhuộm vi khuẩn kháng acid
- Điều kiện nuôi cấy và đặc điểm sinh lý
- Các đặc điểm sinh hóa
- Vài nét lịch sử nghiên cứu của virus học
- Cấu tạo cơ bản của virus
- Vỏ capsid
- Vỏ ngoài của virus
- Protein của virus
- Acid nucleic của virus
- Phân loại virus
- Các virus chính gây bệnh cho người
- Hình ảnh một số virus thông thường
- Đại cương về vi nấm
- Hình thái và cấu tạo của sợi nấm
- Vách ngăn ở sợi nấm
- Mô
- Phương pháp lấy mẫu nấm sợi
- Phương pháp phân lập nấm sợi
- Phương pháp định loại nấm sợi
- Phân loại nấm men
- Các phương pháp thực nghiệm dùng để định tên nấm men
- Các chi nấm men thuộc ngành nấm túi
- Các chi nấm men thuộc ngành nấm đảm
- Vi tảo
- Vai trò của vi tảo trong tự nhiên và trong đời sống nhân loại
- Hình thái và cấu tạo tế bào của Tảo
- Tảo đơn bào thuộc Tảo lục
- Ngành tảo lông roi lệch
- Ngành Tảo mắt
- Khái quát về các phương pháp phân loại vi sinh vật truyền thống
- Phân tích acid nucleic
- Lai ADN
- Nhân gene và kỹ thuật giải trình tự ADN
- Phiếu thông tin về chủng vi sinh vật bảo quản
- Chức năng của bộ sưu tập vi sinh vật
- Một số điểm lưu ý đối với một Bộ sưu tập vi sinh vật
- Giới thiệu chung về một số phương pháp bảo quản vi sinh vật
- Một số phương pháp phổ biến sử dụng trong bảo quản các nhóm vi sinh vật cụ thể
- Yêu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật
- Các loại hình dinh dưỡng của vi sinh vật
- Môi trường nuôi cấy
- Sự hấp thu các chất dinh dưỡng ở vi sinh vật
- Đường cong sinh trưởng
- Xác định sự sinh trưởng của vi sinh vật
- Nuôi cấy liên tục vi sinh vật
- Ảnh hưởng của các nhân tố môi trường đến sự sinh trưởng của vi sinh vật
- Sự sinh trưởng của vi sinh vật trong môi trường tự nhiên
- Định nghĩa thuật ngữ
- Các phương pháp tiêu diệt vi sinh vật
- Các điều kiện ảnh hưởng đến hiệu quả của các nhân tố kháng vi sinh vật
- Sử dụng các phương pháp vật lý để khống chế vi sinh vật
- Sử dụng các phương pháp hóa học để khống chế vi sinh vật
- Đánh giá hiệu lực của các tác nhân kháng vi sinh vật
- Năng lượng
- Enzyme
- Tính chất và ý nghĩa của việc điều chỉnh trao đổi chất
- Khu trú trao đổi chất
- Điều hòa hoạt tính enzyme
- Đại cương về trao đổi chất
- Sự phân giải glucose thành pyruvate
- Lên men
- Chu trình acid tricarboxylic
- Sự vận chuyển electron và phosphoryl hóa oxy hóa
- Hô hấp kị khí
- Sự phân giải các hidrat carbon và các polime dự trữ nội bào
- Phân giải lipid
- Phân giải protein và acid amine
- Oxi hóa các phân tử hữu cơ
- Quang hợp
- Sử dụng năng lượng trong sinh tổng hợp ở vi sinh vật
- Các nguyên tắc điều chỉnh sinh tổng hợp
- Cố định quang hợp co2
- Tổng hợp các đường và polisaccharide
- Sự đồng hóa phosphorus
- Tổng hợp các amino acid
- Các phản ứng bổ sung
- Tổng hợp các purine
- Tổng hợp lipid
- Tổng hợp peptidoglycan
- Các kiểu tổng hợp thành tế bào