Giáo trình Vi sinh vật học - Phần 13

ylic với 
các chuỗi alkyl dài thường có một số chẵn carbon (chiều dài trung bình là 18 
carbon). Một số có thể là chưa bão hoà nghĩa là có một hoặc trên một nối đôi. Hầu 
hết acid béo của vi sinh vật là chuỗi thẳng nhưng có một số phân nhánh. Các vi 
khuNn gram âm thường có các acid béo cyclopropan (tức là các acid béo chứa một 
hoặc trên một các vòng cyclopropan trong chuỗi). 
Việc tổng hợp các acid béo được xúc tác bởi phức hệ synthetase acid béo với 
Acetyl-CoA và malonyl-CoA như cơ chất và N ADPH như chất cho electron. 
Malonyl-CoA dẫn xuất từ sự carboxyl hoá của Acetyl-CoA với sự tiêu thụ ATP. 
Việc tổng hợp diễn ra sau khi acetate và malonat đã được chuyển từ CoA đến 
nhóm sulfihidril của protein mang acyl (ACP, acyl carrier) là một protein nhỏ 
mang chuỗi acid béo đang sinh trưởng trong tổng hợp. Ở mỗi thời điểm synthetase 
lại thêm 2 carbon vào đầu carboxyl của chuỗi acid béo đang sinh trưởng trong một 
quá trình gồm hai chặng (Hình 18.25). Trước hết, malonyl-ACP phản ứng với acyl-
ACP acid béo để sản ra CO2 và một acyl-ACP acid béo có 2 carbon dài hơn. Việc 
mất đi CO2 hướng cho phản ứng hoàn thành. Ở đây ATP được dùng để bổ sung 
CO2 vào Acetyl-CoA tạo thành malonyl-CoA. Cũng CO2 như vậy mất đi khi 
malonyl-ACP chuyền các carbon cho chuỗi. Do đó CO2 là cần thiết cho tổng hợp 
acid béo nhưng không phải luôn luôn được cố định. Trên thực tế, một số vi sinh vật 
cần CO2 để sinh trưởng tốt nhưng chúng vẫn có thể sinh trưởng thuận lợi khi 
không có CO2 mà có mặt một acid béo như acid oleic (một acid béo 18 carbon 
không bão hoà). Trong chặng thứ hai của tổng hợp nhóm α-keto xuất hiện từ phản 
ứng ngưng tụ ban đầu bị loại đi trong một quá trình ba bước bao gồm hai sự khử và 
một sự loại nước. Sau đó acid béo sẵn sàng cho việc bổ sung thêm 2 nguyên tử 
carbon nữa. 
Hình 18.25: Tổng hợp acid béo. Chu trình được lặp lại cho tới khi chiều dài chuỗi 
thực sự đã đạt được. ACP = acyl carrier protein (protein mang acyl). (Theo: Prescott và cs, 
2005) 
Các acid béo không bão hoà được tổng hợp theo hai con đường. Các tế bào 
nhân thật và vi khuNn hiếu khí như Bacillus megaterium sử dụng con đường hiếu 
khí với sự tham gia của cả N ADPH và O2. 
Một nối đôi tạo thành giữa các carbon 9 và 10 và O2 bị khử thành nước nhờ 
các electron do cả acid béo và N ADPH cung cấp. Các vi khuNn kỵ khí và một số vi 
khuNn hiếu khí tạo ra các nối đôi trong quá trình tổng hợp acid béo bằng cách loại 
nước các acid béo hydroxy. Oxy không cần cho việc tổng hợp nối đôi theo cách 
này. Con đường kỵ khí hoạt động ở một số vi khuNn gram âm quen thuộc (ví dụ: E. 
coli và Salmonella typhimurium), vi khuNn gram dương (ví dụ: Lactobacillus 
plantarum và Clostridium pasteurianum) và vi khuNn lam. 
Hình 18.26: Tổng hợp triacylglycerol và phospholipid. 
 (Theo: Prescott và cs, 2005) 
R (CH2)9 C SCoA + NADPH + H+ O2 
O
R CH CH (CH2)7 C SCoA + NADPH+ + 2H2O
O
Các vi sinh vật nhân thật thường dự trữ carbon và năng lượng ở dạng 
triacylglycerol, glycerol được este hoá với 3 acid béo. Glycerol xuất hiện từ sự khử 
dihydroxyacetone phosphate (là chất trung gian của đường phân) thành glycerol-3-
phosphate, sau đó glycerol-3-phosphate được este hoá với 2 acid béo để cho acid 
phosphateidic (Hình 18.26). Phosphate bị thuỷ phân khỏi acid phosphateidic tạo 
thành diacylglycerol và acid béo thứ ba được gắn vào để sản ra một triacylglycerol. 
Phospholipid là thành phần chủ yếu của màng tế bào nhân thật và hầu hết tế 
bào nhân nguyên thuỷ. Tổng hợp phospholipid cũng thường diễn ra theo con 
đường của acid phosphateidic. Một chất mang đặc biệt-cytidine diphosphate 
(XDP)-đóng vai trò tương tự vai trò của các chất mang của uridine và adenosine 
diphosphate trong sinh tổng hợp hidrat carbon. Chẳng hạn, vi khuNn tổng hợp 
phosphateidinetanolamine (một thành phần chủ yếu của màng tế bào) qua việc tạo 
thành XDP - diacylglycerol đầu tiên (Hình 18.26). Sau đó dẫn xuất XDP này phản 
ứng với serine để tạo thành phospholipid phosphateidilserine và qua việc loại 
carboxyl sẽ xuất hiện phosphateidinetanolamine. Theo cách này, một lipid màng, 
phức tạp được tạo nên từ các sản phNm của đường phân, sinh tổng hợp acid béo và 
sinh tổng hợp acid amine. 
18.9. TỔNG HỢP PEPTIDOGLYCAN 
Hầu hết thành tế bào vi khuNn chứa một phân tử lớn, phức tạp bao gồm các 
chuỗi polisaccaride dài tạo thành bởi các nhánh luân phiên acid N -Acetylmuramic 
(N AM) và N -Acetylglucose semin (N AG). Gắn vào các nhánh N AM là các chuỗi 
pentapeptide. Các chuỗi polisaccaride được liên kết với nhau bởi các pentapeptide 
hay bởi các cầu nối gian - peptide phức tạp của peptidoglycan, dĩ nhiên, càng đòi 
hỏi một quá trình sinh tổng hợp phức tạp, đặc biệt còn vì các phản ứng tổng hợp 
diễn ra ở cả bên trong và bên ngoài màng tế bào. Tổng hợp peptidoglycan là một 
quá trình nhiều bước và đã được nghiên cứu chi tiết ở vi khuNn gram dương 
Staphylococcus aureus. Ở đây có sự tham gia của hai chất mang là uridine 
diphosphate (UDP) và bactoprenol (Hình 18.27). Bactoprenol là một alcohol 55 
carbon gắn vào N AM bởi một nhóm pyrophosphate và vận chuyển các thành phần 
của peptidoglycan qua màng kỵ nước. 
CH3 C
CH3
CH CH2 (CH2 C CH CH2)
CH3
CH2 C
CH3
CH CH2 O P
O
O-
P
O
O-
O NAM
Hình 18.27: Bactoprenol pyrophosphate. Chú ý: Chất này được gắn vào NAM. (Theo: 
Prescott và cs, 2005) 
Tổng hợp peptidoglycan (Hình 18.28 và 18.29) diễn ra qua 8 bước: 
1. Các dẫn xuất UDP của acid N .Acetylmuramic và N -Acetylglucosamine 
được tổng hợp trong tế bào chất. 
2. Các amino acid lần lượt được thêm vào UDP-N AM tạo thành chuỗi 
pentapeptide (2 D-alanine tận cùng được thêm vào ở dạng dipeptide). N ăng lượng 
của ATP được dùng để sản ra các liên kết peptide nhưng không có sự tham gia 
của tRN A và riboxom. 
3. 
HHình 18.28: Tổng hợp peptidoglycan. Chú ý: pentapeptide chứa L-lysine ở 
peptidoglycan của S. aureus và acid diamineopimelic (DAP) ở peptidoglycan của E. coli. Tác 
dụng kìm hãm của bacidraxin, xicloserine và vancomixin được chỉ rõ. Các con số tương ứng với 
6 trong 8 bước nói trong bài. Bước 8 được mô tả ở hình 18. 29. (Theo: Prescott và cs, 2005) 
4. N AM-pentapeptide được chuyển từ UDP sang phosphate của bactoprenol 
ở bề mặt của màng. 
5. UDP-N AG bổ sung N AG vào N AM-pentapeptide tạo thành đơn vị lặp lại 
của peptidoglycan. N ếu một cầu nối pentaglycine là cần thiết các glycine sẽ được 
thêm vào bằng cách sử dụng các phân tử glycyl-tRN A đặc biệt nhưng không cần 
riboxom. 
6. Sau khi đã hoàn thành đơn vị lặp lại của peptidoglycan N AM-N AG được 
chuyển qua màng đến bề mặt bên ngoài nhờ chất mang bactoprenol 
pyrophosphate. Đơn vị peptidoglycan được gắn vào đầu đang sinh trưởng của một 
chuỗi peptidoglycan kéo dài chuỗi một đơn vị lặp lại. 
7. Chất mang bactoprenol trở lại bên trong màng. Trong quá trình này một 
phosphate được tách ra để cho bactoprenol phosphate giờ lại có thể nhận một 
N AM-pentapeptide khác. 
8. Cuối cùng, các liên kết peptide chéo giữa các chuỗi peptidoglycan được 
tạo thành nhờ phản ứng chuyển peptide (Hình 18.29). Ở E. coli nhóm amineo tự 
do của acid diamineopimelic liên kết với D-alanine gần tận cùng tách ra nhánh D-
alanine tận cùng. ATP được dùng để tạo thành liên kết peptide tận cùng bên trong 
màng. Khi sự chuyển peptide diễn ra bên ngoài năng lượng của ATP là không cần 
nữa. Quá trình như vậy cũng được thực hiện khi có sự tham gia của một cầu nối; 
chỉ nhóm phản ứng với D-alanine gần tận cùng là khác. 
Hình 18.29: Chuyển peptide 
 Các phản ứng chuyển peptide trong việc tạo thành peptidoglycan ở E. coli và S. aureus. 
(Theo: Prescott và cs, 2005) 
Tổng hợp peptidoglycan rất mẫn cảm với các tác nhân kháng khuNn. Sự kìm 
hãm bất kỳ bước nào trong tổng hợp đều làm cho thành tế bào bị yếu đi và có thể 
dẫn đến phá vỡ tế bào do thNm thấu. N hiều chất kháng sinh ảnh hưởng đến tổng 
hợp peptidoglycan. Chẳng hạn, penixilin kìm hãm phản ứng chuyển peptide (Hình 
18.29) và bacitraxin ức chế việc loại phosphate khỏi bactoprenol pyrophosphate. 
18.10. CÁC KIỂU TỔNG HỢP THÀNH TẾ BÀO 
Để sinh trưởng và phân chia được thuận lợi tế bào vi khuNn phải bổ sung 
peptidoglycan mới vào thành tế bào của mình một cách chính xác và có điều hoà 
cNn thận trong khi vẫn duy trì được hình dạng và tính nguyên vẹn của thành nếu 
phải tồn tại ở điều kiện áp suất thNm thấu cao. Vì peptidoglycan của thành là một 
mạng lưới khổng lồ duy nhất nên vi khuNn đang sinh trưởng phải có khả năng phân 
giải lưới sao cho đủ để cung cấp các đầu nhận dùng lắp vào các đơn vị 
peptidoglycan mới. Sự phân giải peptidoglycan hạn chế này được xúc tác bởi 
enzyme gọi là autolyzin, trong đó một số autolyzin tác dụng lên các chuỗi 
polisaccaride, số khác thuỷ phân các liên kết chéo peptide. Các chất kìm hãm 
autolyzin điều hoà chặt chẽ hoạt tính của các enzyme này. 
Mặc dù vị trí và sự phân bố của hoạt tính tổng hợp thành tế bào thay đổi tuỳ 
theo loài nhưng có lẽ tồn tại hai kiểu phổ biến (Hình 18.30) sau đây. 
Hình 18.30: Các kiểu tổng hợp thành 
 Trong hình là các kiểu tổng hợp thành tế bào ở các vi khuẩn đang sinh trưởng và phân 
chia (a) Các streptococci và một số cocci khác gram dương. (b) Tổng hợp ở các vi khuẩn hình 
que (E. coli, Salmonella, Bacillus). (Theo: Prescott và cs, 2005) 
Vùng vách ngăn 
N hiều cầu khuNn Gram dương (Enterococcus faecalis và Streptococcus) chỉ 
có một tới một vài vùng sinh trưởng. Vùng sinh trưởng chính thường ở vị trí tạo 
thành vách ngang và các nửa tế bào mới được tổng hợp giáp lưng nhau. Kiểu tổng 
hợp thứ hai gặp ở các trực khuNn E. coli, Salmonella và Bacillus. Tổng hợp 
peptidoglycan mạnh mẽ diễn ra ở vị trí tạo thành vách ngăn ngang như trên nhưng 
các vị trí sinh trưởng cũng nằm rải rác dọc theo phần hình trụ của trực khuNn. Do 
đó sinh trưởng được phân bố ở trực khuNn tràn lan hơn ở cầu khuNn. Việc tổng hợp 
phải kéo dài các tế bào hình que cũng như phân cắt chúng. Có lẽ điều này giải 
thích cho những sự khác nhau trong kiểu sinh trưởng của thành.