Xem mẫu
- Trao đổi chất và trao đổi năng lượng ở Vi sinh vật
1. Một số khái niệm liên quan
Cấu trúc và chức năng của một tế bào sống liên quan
trực tiếp hoặc gián tiếp đến các phản ứng hóa học.
Trao đổi chất là tổng các phản ứng hoá học do tế bào
thực hiện gồm 2 loại:
- Các phản ứng giải phóng năng lượng - Các phản
ứng toả nhiệt
- Các phản ứng thu năng lượng - các phản ứng thu
nhiệt
Đối với một số nhóm VSV thì nguồn năng lượng là
chất dinh dưỡng đã được tế bào hấp thụ. Khi các liên
kết hoá học trong các chất dinh dưỡng bị đứt, năng
lượng được giải phóng ở dạng hoá năng và sẽ được
tế bào hấp thu, thu nhận để sử dụng trong nhiều mục
đích khác nhau (tổng hợp các cấu trúc tế bào, tổng
hợp các hợp chất cao phân tử, sử chữa và duy trì tế
bào, sinh trưởng và sinh sản, di động, tiếp hợp...).
Với một nhóm VSV khác thì nguồn năng lượng lại là
ánh sáng. Chúng chuyển hoá quang năng thành hoá
năng để sử dụng cho các quá trình trao đổi chất.
- Quá trình chuyển hoá các chất dinh dưỡng và chế
biến để tổng hợp ra các hợp chất riêng của tế bào
được gọi là quá trình đồng hoá (còn gọi là quá trình
trao đổi chất xây dựng hay trao đổi chất kiến tạo)
- - Ngược lại quá trình phân huỷ các thành phần của tế
bào VSV được gọi là quá trình dị hoá.
- Hai quá trình trên tương tác với nhau và diễn ra
đồng thời.
Quá trình đồng hoá bao giờ năng lượng tự do của
sản phẩm cũng lớn hơn năng lượng tự do của các
chất phản ứng. Còn trong quá trình dị hoá, năng
lượng tự do của các chất phản ứng bao giờ cũng lớn
hơn năng lượng tự do của sản phẩm.
Quá trình ôxi hoá - phân huỷ kèm theo sự giải phóng
năng lượng cần thiết cho hoạt động sống gọi là quá
trình trao đổi năng lượng. Ở tế bào VSV, số lượng
các chất dự trữ thường rất nhỏ, do vậy chúng phải sử
dụng chủ yếu các chất hấp thu từ môi trường xung
quanh.
DINH DƯỠNG VÀ CHUYỂN HOÁ CỦA MỘT SỐ
LOẠI VI SINH VẬT
1. Các dạng tự dưỡng
Các vi khuẩn này có những nhu cầu dinh dưỡng đơn
giản nhất. Chỉ dùng dioxit carbon như nguồn carbon
duy nhất, các hợp chất amoni như là nguồn nitơ duy
nhất, chúng tạo ra được tất cả các hợp chất riêng cho
chúng như vitamin, đường, axít amin và các
nucleotit.
- Các vi khuẩn hóa tổng hợp hay hóa tự dưỡng lấy
năng lượng cho mình nhờ oxy hóa các hợp chất vô
cơ như amoniac (NH3), hoặc hydro sunfua (H2S).
Quan trọng hơn cả là những vi khuẩn nitrat hóa gồm
Nitrosomonas và Nitrobacter, chúng thúc đẩy chu
trình nitơ bằg cách biến các hợp chất amoni thành
nitrit (NO2) và nitrát (NO3). Những vi khuẩn oxy hóa
sunfua như Thiobacillus cũng có vai trò tương tự
trong chu trình sunfua, chúng biến sunfua hidro và
các hợp chất sunfua khác thành sunfát, là hợp chất
mà cây có thể hấp thu trục tiếp theo phản ứng sau:
H2S + 2 O2 ® SO42- + 2 H+
Một số vi khuẩn này phát triển mạnh trong nước có
độ axít cao của các suối nước nóng và loài
Sunpholobus acidocaldarius không sống được ở nhiệt
độ dưới 550C. Nó phát triển tốt nhất ở nhiệt đọ 70 -
750C với pH khoảng 2 - 3.
Có 3 nhóm vi khuẩn quang hợp gọi là vi khuẩn lục
sunfua, đỏ sunfua và đỏ không sunfua. Ðối với chúng
oxy là chất độc, chúng thực hiện quang họp theo
phươong trình:
Chất cho hidro biểu diễn bằng H2X, không bao giờ là
nước, đối với vi khuẩn lục sunfua, đỏ sunfua đó là
sunfua hidro, còn đối với đỏ không sunfua thì đó là
các phân tử hữu cơ nhỏ như axít lactic, axít pyruvic
- hay ethanol. Sắc tố quang hợp chính ở bọn lục
sunfua là chlorobium chlorophyll, rất giống với diệp
lục ở cây xanh. Ở 2 nhóm kia thấy loại sắc tố tương
đối khác là bacteriochlorophyll.
2. Các dạng dị dưỡng
Ða số vi khuẩn là dị dưỡng, có nghĩa chúng lấy năng
lượng do phân hủy các hợp chất hữu cơ có sẵn.
Chúng thường là sinh vật hoại sinh, dinh dưỡng trên
xác chết hữu cơ bằng cách tiết enzym và hấp thu sản
phẩm hòa tan của hoạt động enzym. Các dạng vi
khuẩn dị dưỡng khác nhau dinh dưỡng trên các hợp
chất hữu cơ khác nhau. Nguồn năng lượng hữu cơ
có thể đơn giản như metan (CH4), hoặc phức tạp
như celluloz. Thường thường chúng sủ dụng những
hợp chất trung gian như axít lactic, axít pyruvic hoặc
glucoz. Một số ít loài có khả năng phân hủy các hợp
chất hữu cơ vòng có trong dầu mỏ. Nói chung vi
khuẩn hoại sinh có một vai trò sống còn về mặt sinh
thái như những tác nhân phân hủy để đảm bảo nguồn
cacbon, nitơ và các nguyên tố khác dưới dạng mà cơ
thể sống có thể dùng được.
Trong phòng thí nghiệm, người ta đã tách riêng nhiều
loài vi khuẩn này, xác định rõ đặc điểm nhu cầu dinh
dưỡng của chúng và độ mẫn cảm với oxy. Người ta
cho rằng các loài kỵ khí bắt buộc là gần với những
sinh vật đầu tiên. Oxy ức chế sự sinh trưởng của
chúng, do đó chúng sống hạn chế sâu dưới đất, dưới
- đại dương, vùng bùn lắng nước ngọt, nơi không có
oxy. Một số ít loài kỵ khí nghiêm ngặt, như các vi
khuẩn khử sunfat, Deslphovibrio, có khả năng sử
dụng oxy ở dạng hợp chất. Các vi khuẩn hiếu khí lấy
năng lượng bằng cách sử dụng oxi để phân hủy các
chất dinh dưỡng. Một số loài là hiếu khí bắt buộc
nhưng đa số là hiếu khí không bắt buộc, có nghĩa là
khi thiếu oxy chúng có thể sủ dụng oxy dưới dạng
hợp chất. Ví dụ các vi khuẩn nitrat hóa bình thường
vẫn hô hấp hiếu khí, nhưng chúng có thể phân hủy
nitrat (NO3) hay nitrit (NO2) khi thiếu oxy.
Một số loài vi khuẩn tạo các tập đoàn cộng sinh với
các sinh vật khác. Ðôi khi sản phẩm tạo ra là đôi bên
cùng có lợi, như trong trường hợp các nốt sần rễ cây
họ đậu hoặc các vi khuẩn tiêu hóa celluloz như ở bọn
nhai lại. Một số tương đối ít vi khuẩn là gây bệnh,
mặc dù các bệnh chúng gây nên có thể là nghiêm
trọng. Nhiều vi khuẩn là có lợi, ví dụ như các vi khuẩn
sản sinh ra vitamin K sống ở ruột người, hoặc các vi
khuẩn tạo axít ở da giúp bảo vệ da chống lại các
dạng gây bệnh khác.
Trong nhiều trường hợp các triệu chứng bệnh xuất
hiện là do vi khuẩn tiết ra các độc tố ức chế các con
đường chuyển hóa quan trọng của tế bào chủ. Các
độc tố tiết ra bởi Clostridium botulinum, gây bệnh ngộ
độc thức ăn, và C tetani, gây bệnh cứng hàm hay uốn
ván, là những độc tố mạnh nhất được biết. Các độc
tố này hãn hữu gây hại cho người vì các loài
Clostridium thường sống hoại sinh trong đất, chúng
- tiết độc tố là để ức chế các vi khuẩn khác trong cạnh
tranh lấy cùng loại thức ăn. Một số khác vi khuẩn và
nấm sản sinh ra các chất mà gọi là các chất kháng
sinh cũng với mục đích như thế. Chúng thường chỉ có
hiệu quả chống lại các kiểu chuyển hóa vi khuẩn và
nhiều chất như penicillin, streptomicin và actinomicin
là những dược liệu tối quan trọng để chữa các bệnh
nhiễm khuẩn.
nguon tai.lieu . vn
