Bài giảng Vi sinh vật: Chương 5

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Chương 5: Trao đổi chất vi sinh vật

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

5.1 Trao đổi chất của vsv

üLà một trong 3 thuộc tính cơ bản của sự sống (trao đổi chất, sinh trưởng và phát triển, di truyền và biến dị)

üThông qua trao đổi chất, vi sinh vật thu

được các thành phần cần thiết để cấu tạo, đổi mới tế bào và tạo ra nguồn năng lượng phục vụ cho hoạt động sống

üCường độ trao đổi chất lớn hơn nhiều lần so

với động vật, thực vật

Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật

Năng lượng

Trao đổi chất

Cấu tạo tế bào

Phát triển

Sinh sản

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

5.2. Thành phần hoá học của tế bào

Nước & Muối khoáng

Chất hữu cơ

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

üNhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật -> Cần thiết biết được thành phần hoá học của tế bào vi sinh

üThành phần hoá học của vi

sinh vật khác nhau là không giống nhau

üMột loài vi sinh vật trong

các điều kiện nuôi cấy khác nhau ( dinh dưỡng & yếu tố môi trường), giai đoạn khác nhau -> thành phần hoá học cũng khác nhau

5.2.1. Nước và muối khoáng

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

üNước chiếm 70-85 % khối lượng cơ thể vi sinh vật üHàm lượng biến đổi phụ thuộc vào loài vi sinh vật, trạng thái, lứa tuổi

üLà dung môi hoà tan, là môi trường cho các phản ứng chuyển hoá nội bào, tham

gia thành phần cấu trúc tế bào, trực tiếp tham gia các phản ứng chuyển hoá

üPhần nước tham gia vào các quá trình trao đổi chất của vi sinh vật gọi là nước tự

do; phần lớn nước trong tế bào tồn tại dạng tự do

üNước liên kết nước tham gia liên kết với các thành phần trong tế bào, mất đi khả

năng hoà tan và lưu động

üMất nước tự do ảnh hưởng tới hoạt động sinh lý của tế bào, không làm chết vi

sinh vật. Mất nước liên kết làm phá vỡ cấu trúc tế bào và chết vsv

5.2.1. Nước và muối khoáng

• Yêu cầu nước của vi sinh vật được thể hiện qua hoạt độ nước (aw), hay thế năng

của nước (pw)

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

5.2.1. Nước và muối khoáng

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

• Muối khoáng chiếm 2-5 % khối lượng khô của tế bào

• Vai trò:

üDuy trì pH

üDuy trì áp suất thẩm thấu thích hợp

üTham gia câú tạo tế bào

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

5.2.2. Chất hữu cơ

Chất hữu cơ trong tế bào vi sinh vật chủ yếu cấu tạo bởi C, H, O, N, P, S….; riêng C, H, O, N đã chiếm 90-97 % khối lượng khô tế bào cấu tạo nên: - Protein - axit nucleic - Lipit - Carbohydrate

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Protein

• Protein chiếm 40-85 % khối lượng khô được câú tạo bởi : C (50-55%); O (21- 24%); N (15-18%); H (6.5-7.3%). S (0- 0.24%), ngoài ra có một lượng nhỏ các nguyên tố P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca…

• Protein được cấu tạo bởi 20 axit amin

Matassa, et al., 2016

• Là thành phần cơ bản trong câú trúc của tế bào giữa vai trò trong các quá trình chuyển hoá

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Protein

Phân loại: - Theo hình dạng: protein hình sợi, protein

hình cầu

- Theo chức năng: Protein đơn giản

(peptid, axit amin), protein phức tạp (nucleoprotein, glycoprotein, lipoprotein, mucoprotein, metaprotein…)

- Theo chức năng: Protein phi cấu trúc (dự trữ), protein cấu trúc, protein hoạt tính (xúc tác, vận tải, điều hoà…),

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Single cell protein (SCP)

Matassa, et al., 2016

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Sản xuất sinh khối Candida utilis

Vd: Lên men liên tục sản xuất sinh khối Candida sp. theo chemostat

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Axit nucleotic

Axit nucleotic cấu tạo : N (1-16%), P (9-10%) và phần còn lại là C, H, O

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Lipid

Lipit trong vi sinh vật được chia làm 2 nhóm - Lipid đơn giản: ester của glycerin và axit béo - Lipid phức tạp: phospholipid, glycolipid - Chức năng: tham gia cấu tạo tế bào (thành tế bào, nguyên

sinh chất)..

Thevenieau & Nicaud, 2013

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Khả năng tổng hợp lipid Tích lũy ≥ 20% Lipid => nấm men “oleaginous”

Loài

STT

Loài

STT

Loài

STT Nguồn phân lập Kí hiệu

Kí hiệu

R. ruineniae

CT2 CY1 CCD1

Nguồn phân lập Cà tím Cần tây Củ cải đỏ

Ớt chỉ thiên

Hành lá Rau hung

R. fluviale C. slooffiae

S. pararoseus

Lá lốt

R. taiwanensis

S. oryzae

Lá nho Mồng tơi

M. rugulosus

Tía tô

R. mucilaginosa

X1 45 Xoài HHD 46 Hoa hồng MT3 47 Mồng tơi NH3 48 Đất CH 49 Chôm chôm CS3 50 Cam sành HD2 51 Hoa đá CT1 52 Cà tím DD 53 Đu đủ DC7 54 Dền cơm DH7 55 Đất 56 Đất NH4 57 Hồ Hoàn Kiếm HKC2

Lipid (%) 26.7 42.5 49.55 48.85 46.78 24.5 19.55 47.375 43.4 45.95 32.4 44.2 24.65

Nguồn

R. toruloides

Hàm lượng lipid (%)

Dừa

10-15

Hạt vừng

50

R. paludigenum

Thì là Rau lang Cam sành Dưa lưới Kiwi Ổi Ổi Xoài Quýt đường

HL1 HU L1 L2 LN2 MT1 TT2 TT3 TL RL CS2 DL1 KI OI1 OI2 X2 QD

Nguồn phân lập CC 24 Cà chua CR 25 Carrot DC6 26 Dền cơm LN1 27 Lá nho O1 28 O2 29 RS1 30 Rau sam DT1 31 Dâu tây B2 32 Bơ Q 33 Quýt DH1 34 Đất NH2 35 Đất T1 36 Táo DC2 37 Dền cơm 38 Khoai lang bí KLB1 39 Khoai lang bí KLB2 RS5 40 Rau sam RDD 41 Rau dền đỏ DG 42 Dền gai CS1 43 Cam sành DL3 44 Dưa lưới

Lipid (%) 20.55 43.5 nd nd nd nd nd 47.52 44.26 48.1 39.65 46.55 34 45.1 nd nd 51.95 nd 37.8 52.45 45.4

13.75-52.45

Nấm men phân lập

Lipid (%) nd 1 22.5 2 18.2 3 Củ cải trắng CCT1 14.75 4 14.9 5 nd 6 18.65 7 22.85 8 17.9 9 22 10 19.5 11 14.9 12 16.4 13 19.8 14 19.55 15 nd 16 nd 17 nd 18 nd 19 20.05 20 21 17.95 22 Hồ Đống Đa DDS2 13.75 41.95 23 Hồ Thàng công TCI1

polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are constituents of the cell membrane and the primary structural components of the brain, skin, sperm, testicles, and retina

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Khả năng tổng hợp acid béo omega 3 và omega 6

Cá biển và thực vật

Mortierella alpina

Chi Shewanella

Chủng phân lập

Theo (Ryan et al. 2010)

S. cerevisiae

Tab. 2. Intracellular lipid composition of Sakaguchia hanoiensis HKC2

No. 1 2 4 5 6 7 8 9 10 Fatty acid Palmitic acid (C16:0) Palmitoleic acid (C16:1n7) Heptadecenoic acid (C17:1) Steric acid (C18:0) Oleic acid (C18:1n9c) Linoleic acid (C18:2n6c) a-linoleic acid (C18:3n3) Eicosadienoic (C20:2n6) Eicosatrienoic acid (C20:3n3) % total lipid 27.99 ± 0.91 0.05 ± 0.01 18.21 ± 0.68 5.71 ± 0.17 28.10 ± 0.33 7.91 ± 0.21 4.06 ± 0.17 7.85 ± 0.31 0.13 ± 0.04

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Hydrat cacbon

- Monosaccharide: pentose, hexose - Oligosaccharide: di, tri…. - Polysaccharide: tinh bột, cellulose…. - Đây là nguồn cung cấp năng lượng, cấu

trúc tế bào

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

5.3 Dinh dưỡng của vi sinh vật

- Là các chất được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp các chất tạo ra thành phần của tế bào hoặc cung cấp cho quá trình trao đổi chất

- Chất dinh dưỡng của vi sinh vật:

+ Nguồn Cacbon + Nguồn Nitơ + Các chất khoáng + Các chất kích thích sinh trưởng

Dựa vào nguồn cacbon, vsv được chia thành các nhóm • Tự dưỡng (autotrophy): vi sinh vật sử dụng

cacbon dưới dạng các hợp chất vô cơ

• Dị dưỡng (heterotrophy): vi sinh vật sử dụng

cacbon dưới dạng các hợp chất hữu cơ

Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng:

• Quang năng (Phototrophy): vi sinh vật sử

năng lượng ánh sáng mặt trời

• Hoá năng (Phototrophy): vi sinh vật sử năng

lượng từ oxi hoá các hợp chất

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Nguồn thức ăn nitơ

• Vi sinh vật tự dưỡng amin: có khả năng sử dụng nguồn nitơ vô cơ để

tổng hợp các axit amin cần thiết

• Vi sinh vật dị dưỡng amin: không có khả năng tự tổng hợp các loại

axit amin cần thiết -> chỉ phát triển tốt khi được cung cấp các nguồn thức ăn nitơ dưới dạng axit amin

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Nguồn khoáng và chất kích thích sinh trưởng

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vitamin

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Môi trường dinh dưỡng

MT dinh dưỡng là một hỗn hợp thức ăn cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật

Cần phải cân đối về thành phần (đẳng trương về nồng độ các chất hòa tan) và có độ ẩm, độ nhớt, pH, áp suất thẩm thấu tối ưu

Phân loại môi trường

Theo thành phần

Theo t/c lý học

Theo mục đích

Cần phải đảm bảo tuyệt đối vô trùng.

Lỏng Rắn

Tự nhiên Tổng hợp Phổ dụng Chọn lọc Phân biệt

Bán tổng hợp

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Môi trường phổ dụng

là những môi trường thích hợp để nuôi cấy nhiều loại vi sinh vật môi trường

TSA medium Trytic soy agar

NA medium Nutrient agar

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Môi trường chọn lọc

đảm bảo sự phát triển ưu thế của một loài hay một nhóm vi sinh vật nào đó, ít thuận lợi hoặc hoàn toàn bất lợi đối với sự phát triển của các vi sinh vật khác

Vd: - Bổ sung kháng sinh ức chế vi khuẩn hoặc nấm

- Bổ sung tím tinh thể ức chế vi khuẩn Gram +, ko tác động lên Gram – - Bổ sung tinh bột tạo thuận lợi cho chủng có enzym amylase

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Môi trường chuyên biệt

MacConkey medium

cho phép phân biệt khá nhanh chóng một loài vi sinh vật này với loài khác và xác định những giống thuần khiết trên cơ sở nghiên cứu những tính chất sinh hóa của chúng

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

CCA medium

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

The enzyme ß-D-galactosidase produced by coliforms cleaves 6-chloro-3- indoxy l-β-D-galactopyranoside to form pink to red coloured colonies

The enzyme ß-D-glucuronidase pro duced by E.coli, cleaves 5-bromo-4chloro- 3-indoxy l- β-D-glucuronic acid (2) Colonies of E.coli give dark blue to violet coloured colonies due to cleavage of both the chromogens. The presence of the third chromogen IPTG enhances the colour reactio

Tergitol-7 inhibits gram-positive as well as some gram- negative bacteria other than coliforms

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

TCVN7028:2009

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Cơ chế vận chuyển chất qua màng tế bào

https://www.youtube.com/watch?v=J5pWH1r3pgU

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Tính thẩm thấu chọn lọc của màng tế bào (bán thấm)

Ø Cấu tạo của màng tế bào (ưu nước, kỵ

nước) tạo thuận lợi khi di chuyển một số chất qua màng, trong khi gây khó khăn cho một số chất khác

Ø Những chất phân cực hoặc tích điện gặp

khó khi đi chuyển qua màng tế bào. Những chất này dễ dàng tương tác với phần mặt ngoài của màng tế bào, nhưng bị chặn lại bởi lớp lipid kỵ nước

Ø Những ion kim loại mặc dù có kích cỡ nhỏ nhưng không thẩm thấu được qua màng Ø Những phân tử lớn phân cực như đường, amino acid cần phải có các protein đặc biệt trợ giúp để đi qua được màng tế bào

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Cơ chế vận chuyển chất

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vận chuyển thụ động

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

- Cơ chất có xu hướng di chuyển từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp

- Quá trình di chuyển xảy ra đến khi

nồng độ đạt cân bằng

- Quá trình di chuyển không tiêu hao

năng lượng

- Một số phân tử nhỏ như Oxi, Co2 có thể dễ dàng thẩm thấu qua màng tế bào

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Khuyếch tán qua màng tế bào

ü Dung dịch ưu trương: Là dung dịch có nồng độ chất tan cao hơn nồng độ chất tan bên trong tế

bào. Khi tế bào đặt trong dung dịch ưu trương, nước sẽ thẩm thấu ra ngoài, gây ra hiện tượng co nguyên sinh.

ü Dung dịch nhược trương: Là dung dịch có nồng độ chất tan thấp hơn nồng độ chất tan trong tế bào. Khi tế bào ở trong môi trường nhược trương, nước bên ngoài sẽ đi vào làm cho tế bào trương lên, gọi là sự trương nước. Nếu tế bào không có thành, sự trương nước có thể làm tế bào bị vỡ, nếu tế bào có thành, thành sẽ hạn chế sự tăng kích thước của tế bào, ngăn cản sự trương nước, tế bào không bị vỡ ra. Áp lực của thành tạo ra chống lại sự trương nước của tế bào gọi là áp suất trương nước.

ü Dung dịch đẳng trương: Là dung dịch có nồng độ chất tan bằng nồng độ chất tan trong tế bào.

Khi ở trong môi trường đẳng trương, sẽ không có sự khuếch tán thực của nước.

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

- Một số chất có gradient nông độ - > có thể

thẩm thấu

Khuyếch tán nhờ protein, tạo con đường đặc biệt để đi qua màng tế bào - Bản chất phân cực, hoặc tích điện - > bị chặn

lại bởi màng

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Khuyếch tán qua kênh protein

Kênh protein: được tạo bởi các proein xuyên màng, tạo “đường hầm” có tính ưu nước để các chất chuyển qua Kênh vận chuyển có tính đặc hiệu: chỉ cho một chất hoặc nhóm chất có cấu tạo tương đương đi qua

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Khuyếch tán qua protein vận chuyển

- Một số protein màng tế bào đóng vai

trò chất vận chuyển

- Các protein này thay đổi cấu hình để di

chuyển chất qua màng tế bào

- Protein vận chuyển này có tính đặc hiệu

cao

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vận chuyển chủ động (Active transport)

- Qúa trình vận chuyển chất qua màng tế bào có sử dụng năng lượng (ATP) - Chất được chuyển đến nơi có nồng độ cao, thậm chí ngược với gradient nồng độ

- Có sự tham gia của các protein vận chuyển: Binding protein transport ( ATP-binding cassette transportes: ABC transporter)

- Tồn tại hiệu điện thế màng tế bào

+Tham gia vào quá trình sinh tổng hợp ATP + Ỏn định pH nội bào + Vận chuyển chất + Di chuyển + Bền vững kháng sinh + Phân chia tế bào + Giao tiếp +. ...

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY