Vi sinh vật đại cương 9/12/2017
TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 1
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 1
Chương III
SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT
Nội dung của chương
3.1. Dinh dưỡng và sự trao đổi chất
- Nhu cầu dinh dưỡng của vsv
- Các kiểu dinh dưỡng của vsv
- Các hình thức vận chuyển qua màng của vsv
- Quá trình trao đổi chất: phân giải và tổng hợp
3.2. Sinh trưởng và phát triển của vsv
- Lý thuyết về sinh trưởng
-Đặc điểm sinh trưởng của vsv trên các môi trường
-Một số phương pháp xác định sinh trưởng ở vsv
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 2
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 3
3.1. Dinh dưỡng và sự trao đổi chất
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 4
3.1.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật
Chất dinh dưỡng của vi sinh vật là bất kỳ chất nào được VSV
hấp thu từ môi trường xung quanh và được sử dụng làm nguyên
liệu cho quá trình sinh tổng hợp hoặc cho quá trình trao đổi năng
lượng của tế bào.
a. Thành phần hóa học của tế bào
•Nước là thành phần chủ yếu của tế bào vi sinh vật.Nước chiếm
khoảng 80-% khối lượng tế bào vi sinh vật.
• Các thành phần còn lại gồm các chất hữu cơ như protein,
carbohydrate, lipid, axít nucleic, các chất khoáng và các chất đặc
biệt (vitamin ….).
• Trong đó, 95% trọng lượng khô của tế bào được cấu tạo bởi các
nguyên tố: Cacbon, oxy, hydro, nitơ, sulfur, phosphor, kali,
canxi, magiê, sắt.
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 5
Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên tế bào vi sinh vật
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 6
b. Yêu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật
-Nước (cung cấp H và O)
-Carbon: carbon hữu cơ (polysacarit, protein,
lipit); carbon vô cơ (CO2, muối carbonat)
cung cấp năng lượng cho TB
-Nitrogen: N hữu cơ (protein, axit amin), vô cơ
(muối amon NH4+, muối nitrat NO3-), phân tử
N2 (vsv cố định đạm)
-Muối khoáng (P, K, Na, S…)
-Các chất đăc hiệu (vitamin, kháng sinh…)
Vi sinh vật đại cương 9/12/2017
TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 2
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 7
Nguồn C được vi sinh vật sử dụng
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 8
Nguồn N được vi sinh vật sử dụng
9/12/2017 9
Muối vô cơ
và chức
năng sinh lý
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 10
Các nguyên tố vi lượng
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 11
3.1.2 Các kiểu dinh dưỡng của VSV
Căn cứ vào khả năng đồng hoá của VSV đối với nguồn
dinh dưỡng Carbon phân ra hai nhóm:
- Nhóm vsv tự dưỡng (autotrophs):Đồng hoá nguồn dinh
dưỡng là các chất vô cơ.
- Nhóm vsv dị dưỡng (heterotrophs): Đồng hoá nguồn
dinh dưỡng là các chất hữu cơ.
Căn cứ vào nguồn năng lượng sử dụng:
- Nhóm vsv quang năng (phototrophs): Sử dụng năng
lượng từ ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo
- Nhóm vsv hóa năng (chemotrophs): Sử dụng năng lượng
từ các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào
Nguồn cung cấp C, năng lượng, điện tử của vsv
12
Nguồn Carbon)
-Tự dưỡng (autotroph) CO2là nguồn C duy nhất/ chủ
yếu
-Dị dưỡng (heterotroph) Nguồn C là các chất hữu cơ
Nguồn năng lượng
- Quang năng (phototroph) Nguồn năng lượng là ánh sáng tự
nhiên/nhân tạo
- Hóa năng (chemotroph) Nguồn năng lượng là năng lượng
hóa học thu được từ quá trình
oxy hóa các hợp chất trong tế bào
Nguồn cung cấp điện tử
- Vô cơ Sử dụng các phân tử vô cơ dạng
khử để cung cấp điện tử
-Hữu cơ Sử dụng các phân tử hữu cơ để
cung cấp điện tử
Vi sinh vật đại cương 9/12/2017
TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 3
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 13
Căn cứ nguồn năng lượng và nguồn Cacbon mà VSV sử
dụng để đồng hoá các chất, chia làm 4 nhóm dinh
dưỡng:
-Tự dưỡng quang năng (Photoautotroph )
-Tự dưỡng hóa năng (Chemoautotroph)
-Dị dưỡng quang năng (Photoheterotroph)
- Di dưỡng hóa năng (Chemoheterotroph)
Nếu nguồn dinh dưỡng đồng hóa là Ni-tơ:
-Tự dưỡng amin
-Dị dưỡng amin
9/12/2017 14
VSV có sắc tố quang
hợp:
bacteriochlorophyll a,
b, c, d hay carotenoid...
VSV quang năng:Tảo
lục, vi khuẩn lam, vi
khuẩn lưu huỳnh màu
lục (họ Chlorobiaceae),
vi khuẩn lưu huỳnh tía
(họ Chromatiaceae).
a. Tự dưỡng quang năng:
Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng mặt trời/nhân
tạo để đồng hoá nguồn Cchủ yếu là CO2với nguồn cung cấp H
là hợp chất vô cơ.
9/12/2017 15
b. Dị dưỡng quang năng:
• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng để đồng
hoá CO2nhưng nguồn cung cấp Hlà các hợp chất hữu cơ
như rượu, axit hữu cơ đơn giản.
•Thuộc về loại này có các giống vi khuẩn không lưu huỳnh
màu lục, màu tía hoặc Rhodospirillum rubrum (xoắn khuẩn
màu hồng hay đỏ tía)
9/12/2017 16
c. Tự dưỡng hoá năng:
• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hoá chất vô cơ để
đồng hoá C vô cơ (CO2).
• Nhóm vsv tự dưỡng hóa năng: VK phân giải lưu huỳnh, VK phân
giải sắt, VK nitrat, nitrit hóa, VK oxy hóa methane, VK sử dụng
hydrogen…
•Sơ đồ tổng quát: VK oxy hóa các hợp chất vô cơ để giải phóng
năng lượng tham gia vào quá trình tổng hợp cac chất dinh dưỡng
9/12/2017 17
d. Dị dưỡng hoá năng:
• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hoá chất hữu cơ để
thực hiện quá trình sinh tổng hợp các chất cần thiết cho tế bào.
•Phần lớn các nhóm VSV thuộc nhóm này: phần lớn vi khuẩn,
nấm, protozoa)
•Tuỳ theo loại VSV khác nhau mà tiến hành các quá trình oxy hoá
cho năng lượng khác nhau:
9/12/2017 18
Tóm tắt các loại hình dinh dưỡng của vi sinh vật
Vi sinh vật đại cương 9/12/2017
TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 4
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 19
3.1.3 Cơ chế hấp thu các chất dinh dưỡng ở
VSV
Các chất được vận chuyển qua màng tế bào chất thông
qua một trong hai cơ chế:
Vận chuyển thụ động (Khuếch tán đơn giản): Các chất
đi qua màng NSC nhờ sự chênh lệch nồng độ giữa hai
phía của màng (không tiêu tốn năng lượng của tế bào).
Vận chuyển chủ động: Các chất đi qua lại màng NSC
nhờ sự liên kết với những phân tử vận chuyển đặc biệt
nằm trong màng. Những phân tử này gọi là pecmeaza
(protein thấm). Vận chuyển chủ động cần tiêu tốn năng
lượng của tế bào
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 20
a. Vận chuyển thụ động
Các phân tử đi qua màng nhờ sự chênh lệch nồng độ
(trong trường hợp các chất không điện phân) hay
chênh lệch điện thế (trường hợp các ion) ởhai phía
của màng.
Kiểu vận chuyển này không tiêu tốn năng lượng của tế
bào vi sinh vật.
Có 3 hình thức vận chuyển thụ động:
-Khuếch tán đơn giản (simple diffusion)
-Khuếch tán xúc tiến (kt gia tốc- facilitated diffusion)
-Sự thẩm thấu (osmosis )
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 21
Là hình thức vận chuyển các chất hòa tan từ nơi có nồng độ cao
đến nơi có nồng độ thấp và không tiêu tốn năng lượng.
Sự khác biệt về nồng độ của một chất ở 2 bên màng NSC tạo
nên một gradient nồng độcác phần tử chất đó đi từ nơi có
nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp cho tới khi đạt tới sự cân
bằng động ở hai bên màng mà không đòi hỏi phải cung cấp
năng lượng.
KTĐG phụ thuộc vào động năng (kinetic energy) của các
phần tử nên sự khuếch tán sẽ xảy ra nhanh hơn khi (1) nhiệt
độ tăng, (2) gradient nồng độ lớn và (3) vật thể có kích thước
nhỏ.
Lipid, các chất tan trong lipid như oxy, nitơ, CO2, các vitamin tan
trong dầu (như vitamin A, D, E, K), rượu,cồn.
a1: Khuếch tán đơn giản (simple diffusion):
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 22
Khuếch tán đơn giản
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 23
a2. Khuếch tán xúc tiến (facilitated diffusion)
•Là sự khuếch tán nhờ vai trò của protein mang
•Đặc điểm:Tốc độ khuếch tán tăng dần đến mức tối đa thì dừng
lại,mặc dù nồng độ chất khuếch tán vẫn tiếp tục tăng.
Những chất được vận
chuyển bằng khuếch tán
xúc tiến: có kích thước lớn
và không đi màng bằng
phương thức khuếch tán
đơn giản (glucose,
mannose, galactose, xylose,
arabinose và phần lớn các
acid amin)
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 24
a3. Thẩm thấu (osmosis)
•Là hiện tượng vận chuyển thụ động của các phân tử
nước từ nơi có nồng độ nước cao (nồng độ chất hòa tan
thấp)tới nơi có nồng độ nước thấp (nồng độ chất hòa tan
cao).
Phân tử nước
được vận chuyển
như thế nào ở các
môi trường có nồng
độ nước và chất tan
khác nhau ?
Vi sinh vật đại cương 9/12/2017
TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 5
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 25
Hiện tượng thẩm thấu (Osmosis)
Môi trường có nồng
độ chất tan cao hơn
nồng độ chất tan
trong tế bào Môi
trường Ưu trương
Môi trường có nồng
độ nước cao hơn
nồng độ nước trong
tế bào môi trường
Nhược trương
Nồng độ nước/chất
tan cân bằng giữa
môi trường và TB
MT đẳng trương
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 26
b. Vận chuyển chủ động
-Là hình thức vận chuyển sử dụng năng lượng ATP nhằm đưa
các chất tan đi ngược chiều gradient nồng độ của chúng
-Hình thức vận chuyển này được thực hiện qua vai trò của các
protein xuyên màng đặc hiệu,đóng vai trò như các bơm hoạt
động nhờ ATP để đẩy các ion như Na+, K+, H+, Ca2+, I-, Cl-
hoặc các phân tử nhỏ như các acid amin, các monosaccharide
đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chúng.
-Các hình thức vận chuyển chủ động;
+Bơm ion (ion pump – vận chuyển chủ động nguyên phát)
+Đồng vận chuyển (cotransport – VCCĐ thứ phát)
+Chuyển vị nhóm (group translocation)
+Nhập bào (endocytosis)
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 27
b1: Bơm ion: Bơm Natri-kali
•Bơm natri - kali (bơm Na+- K+- ATPase): bơm Na+ra khỏi tế
bào, đồng thời bơm K+vào trong tế bào. Bơm natri - kali có ở
màng của mọi loại tế bào.
•Bơm natri - kali là một protein mang có hai phân tử protein dạng
cầu,một to và một nhỏ.Chưa biết chức năng của phân tử protein
nhỏ. Protein to có 3 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với Na+ở
mặt trong và 2 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với K+ở mặt
ngoài. Ở mặt trong, gần receptor tiếp nhận Na+có enzyme
ATPase.
•Khi có 3 Na+gắn ở mặt trong và 2 K+gắn ở mặt ngoài phân tử
protein mang thì enzyme ATPase được hoạt hoá, phân giải một
phân tử ATP và giải phóng năng lượng.Năng lượng này làm thay
đổi hình dạng phân tử protein mang, để đưa 3 Na+ra ngoài và 2
K+vào trong tế bào
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 28
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 29
Video: Bơm Na - K
9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 30
b2: Đồng vận chuyển (cotransport)
•Là quá trình vận chuyển cùng lúc 2 chất qua màng .
•Ví dụ:Bơm Na+- K+- ATPase hoạt động tạo nồng độ Na+
rất cao ởbên ngoài màng tế bào. Nồng độ cao này là một
thế năng, có xu hướng làm Na+khuếch tán vào bên trong,
khi Na+đi vào thì "kèm theo" một chất khác cùng gắn vào
chất mang chung với Na+.
•Những chất đi cùng chiều
với Na+thì gọi là "đồng
vận-symport", những
chất đi ngược chiều thì
gọi là "đối vận -antiport"
hay "đổi chỗ".