Khái quát chung về vi sinh vật: Chuyển hoá vật chất và năng lượng vi sinh vật

A. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI SINH VẬT
1. Khái niệm :
VSV gồm nhiều nhóm phân loại khác nhau, là những cơ thể đơn bào hay tập hợp đơn bào, có kích thước
hiển vi.
2. Đặc tính chung
- Kích thước vô cùng nhỏ bé, cấu tạo rất đơn giản
- Có khả năng sinh trưởng và phát triển cực kỳ nhanh.
(TB nhỏ, DT bề mặt lớn->có lợi cho sự vận chuyển chất dinh dưỡng -> sinh trưởng nhanh )
- Có khả năng hấp thụ nhiều, chuyển hóa nhanh, sinh tổng hợp mạnh mẽ các chất có hoạt tính sinh học.
( TB nhỏ, tỷ lệ S/V lớn-> Bề mặt TĐC lớn ->sự TĐC với MT hiệu quả hơn.
. 1cm3 VK có S = 6m2.
. 1kg nấm men phân giải được 1000kg đường/ngày có nghĩa là trong 1h có thể phân giải lượng thức ăn
gấp 110 lần khối lượng cơ thể.)
- Phân bố rất rộng rãi nhờ khả năng thích ứng với nhiều điều kiện khác nhau của MT
( Bào tử nhiều Vk chịu được 10% AgCl trong 2h, trong phênol 5% /15 ngày.)
- Dễ phát sinh biến dị:
• Tần số biến dị ở vi sinh vật là 10-5 – 10-10
• Biến dị thường gặp là đột biến gen
- Đa dạng về chủng loại:( ĐV có 1,5 triệu loài, TV có 0,5 triệu loài, VSV có 100 000 loài (1/10 con số thực
trong tư nhiên).Trong ruột người có 100 - 400 loại VSV, chiếm 1/3 khối lượng phân khô của người. Hàng
năm bổ sung thêm 1500 loài mới.)
3. Phương pháp nuôi cấy VSV:
a. Cơ sở: tạo các chủng VSV thần khiết
b. Phương pháp:
- Pha loãng mẫu trong nước vô trùng
- Cấy dung dịch lên môi trường đặc ở nhiệt độ thích hợp à tạo khuẩn lạc
- Cấy từ khuẩn lạc sang môi trường mới à tạo chủng VSV thần khiết
c. Cần phân biệt được MT tự nhiên và MT nuôi cấy của VSV
- VSV phân bố rất rộng rãi trong đất, nước, đáy đại dương, trên cơ thể người, động vật, thực vật, …Các
yếu tố trên được gọi là MT tự nhiên (nơi cung cấp các chất cần thiết cho sự ST và PT) của VSV
- MT nuôi cấy VSV: do con người chủ động tạo ra để nuôi cấy các VSV trong phòng thí nghiệm. Dựa vào

nguồn gốc của nguyên liệu chia 3 loại:
+ MT tự nhiên: Chứa các chất tự nhiên như sữa, thịt , trứng, huyết thanh, máu, …với số lượng và
thành phần không xác định
+ MT tổng hợp: Đã biết thành phần hóa học và số lượng của các chất có trong MT:
[ VD: (NH4)PO4-1,5; KH2PO4-1,0; MgSO4-0,2; CaCl2-0,1; NaCl – 5,0 ( g/l) ]
+ MT bán tổng hợp: chứa 1 số chất tự nhiên và một số chất hóa học đã biết rõ thành phầnvà số lượng
B. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT
I.. Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật
Nguồn năng lượng nguồn cacbon chủ yếu Đại diện
Quang tự dưỡng Ánh sáng CO2. VK lam anabaena cylindrica
VK lưu huỳnh màu tía
Hoá tự dưỡng các chất vô cơ CO2. Nitrosomonas, Nitrobacter
VK hydro, VK sắt
Quang dị dưỡng Ánh sáng các chất hữu cơ. VK không chứa S màu lục
VK không chứa S màu tía
Hoá dị dưỡng chất hữu cơ chất hữu cơ nấm, tất cả động vật nguyên sinh,
VK lactic, Clostridium, Bacillus,
Pseudomonas, VSV khử sun phat…
* Sư khác nhau cơ bản giữa VK màu lục, VK lam, VK không S màu tía:
+ Về cấu trúc bộ máy quang hợp
+ Sắc tố quang hợp
+ Nơi phân bố
Ví dụ:
VK S màu lục VK lam VK không S màu tía
Về cấu trúc
bộ máy
quang hợp
Cloroxom gồm các túi liên
kết với protein nằm trong
màng TBC.

Tilacoit và phicobilixom. Các vùng lõm vào của
màng TBC.
Sắc tố
quang hợp
Là khuẩn diệp lục a,c, d, e. Diệp lục a, caroten,
phicoxianin, phicoeritrin
Là khuẩn diệp lục a,b.
Nơi phân
bố
Sống ở đáy ao giàu chất hữu
cơ phân giải
Sống ở lớp nước bề mặt giàu
oxy.
Sống ở lớp nước nông.
II. Hô hấp và lên men:
* glucoza là trung tâm của mọi con đường TĐC ở VSV
+ Glucoza là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho mọi hoạt động của cơ thể
+ VSV dễ đồng hóa nhất
+ Cung cấp các tiền chất cho hầu hết các quá trình sinh tổng hợp đại phân tử cho TB
+ Tồn tại ở dạng dự trữ góp phần duy trì sự ổn định tính chất sinh lý, áp suất thẩm thấu của TB
* Glucoza có thể được VSV phân giải theo các con đường sau:
 Đường phân (EMP)
- Diễn ra trong TBC, xuất hiện sớm nhất, ở hầu hết các VSV.
- 1G à 2 axit piruvic + 2ATP (Năng lượng 51%)
 Con đường HMP hay PP
- Phổ biến ở rất nhiều VSV, sản xuất các tiền chất trao đổi dùng trong đồng hóa mà đường phân không tạo
ra được.
- 1G à 1 axit piruvic + 1ATP (Năng lượng 25,5%)
 Con đường ED
- Rất ít VSV tham gia trừ Pseu. aeruginosa và Enterococcus faecalis

- Tạo ra các tiền chất trao đổi mà đường phân không tạo ra
1G à 2 axit piruvic + 1ATP (Năng lượng 25,5%)
C
6
H
12
O
6
à KDPG à NADH + H
+
, NADPH + H
+
,2 CH
3
COCOOH + 1ATP
(KDPG : kêtô 3 đêoxi 6 phôtphoglucônat)
Axit piruvic
Hô hấp hiếu khí
Hô hấp kị khí
Lên men
CO
2
+ H
2
O
Các hợp chất
hữu cơ
Các hợp chất
vô cơ
A.Lác tíc,

A.propionic,
rươu etylic
Đặc điểm so
sánh
Hô hấp hiếu khí Hô hấp kị khí Lên men:
Điều kiện
Chất nhận e
Cách tạo ATP
Sản phẩm cuối
cùng
Enzim sử dụng
-
Số -ATP/1glucôzơ
Hiệu suất năng
lượng
VSV thực hiện
Có O
2
O
2
- chuỗi vận chuyển e
ở màng trong ti thể
( nhân thực)
ở màng sinh chất( nhân
sơ)
CO
2
+ H
2
O.

Nghèo năng lượng
Bị ôxihóa triệt để
-SOD( superoxit
dismutaza), catalaza
36 (38 )ATP
41%
Nấm mốc
Ít O
2
NO
2
, SO
2
,CO
2
- chuỗi vận chuyển e
màng sinh chất
NO
3
-
, SO
4
-
,CO
3
-
Nghèo năng lượng
Bị ôxi hóa triệt để
-Không có SOD và
catalaza

< 36 (38)ATP
25- 30%
Vi khẩn sinh mêtan, vi
khuẩn oxi hóa sắt
Không có O
2
Chất hữu cơ
chuỗi vận chuyển e
nằm trong tế bào chất
Chất hữu cơ
Giàu năng lượng
Bị ôxi hóa từng phần
có SOD, không có
catalaza
2ATP
5%
Mấm men, vi khuẩn
lactic
III. Qúa trình tổng hợp ở vi sinh vật và ứng dụng
– Phần lớn vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các loại axit amin, chúng sử dụng năng lượng và enzim
nội bào để tổng hợp các chất.
1.Tổng hợp prôtêin:
sự tổng hợp prôtêin diễn ra tương tự ở mọi tế bào sinh vật do các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết
peptit: n(axit amin) → prôtêin
2. Tổng hợp pôlisaccarit :
ở vi khuẩn và tảo, việc tổng hợp tinh bột và glicôgen cần hợp chất mở đầu là ADP-glucôzơ (ađênôzin
điphôtphat-glucôzơ):
(Glucôzơ)n + ADP-glucôzơ → (Glucôzơ)
n+1
+ ADP

3. Tổng hợp lipit:
vi sinh vật tổng hợp lipit bằng cách liên kết glixêrol và các axit béo. Glixêrol là dẫn xuất từ đihiđrôxiaxêtôn-
P (trong đường phân). Các axit béo được tạo thành nhờ sự kết hợp liên tục với nhau của các phân tử axêtyl-
CoA.
4.Tổng hợp axit nuclêic:
các bazơ nitơ kết hợp với đường 5 cacbon và axit phôtphoric để tạo ra các nuclêôtit, sự liên kết các nuclêôtit
tạo ra các axit nuclêic.
5. Ứng dụng của sự tổng hợp ở vi sinh vật trong đời sống con người
+ Con người khai thác đặc điểm của VSV như tốc độ sinh trưởng và tổng hợp sinh khối cao để sản xuất các
sản phẩm sinh học. 500 kg nấm men có thể tạo thành mỗi ngày 50 tấn prôtêin.
+ Sử dụng vi sinh vật để tạo ra các loại axit amin quý như axit glutamic, lizin và tạo prôtêin đơn bào...
+ Sản xuất các chất xúc tác sinh học: các enzim ngoại bào của vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong đời
sống con người và trong nền kinh tế quốc dân, chẳng hạn:
* Amilaza (thuỷ phân tinh bột) được dùng khi làm tương, rượu nếp, trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo,
công nghiệp dệt, sản xuất xirô…
* Prôtêaza (thuỷ phân prôtêin) được dùng khi làm tương, chế biến thịt, trong công nghiệp thuộc da, công
nghiệp bột giặt…
* Xenlulaza (thuỷ phân xenlulôzơ) được dùng trong chế biến rác thải và xử lí các bã thải dùng làm thức ăn
cho chăn nuôi và sản xuất bột giặt…
* Lipaza (thuỷ phân lipit) dùng trong công nghiệp bột giặt và chất tẩy rửa…
IV. Qúa trình phân giải ở vi sinh vật và ứng dụng
* Phân giải ngoại bào:
Khi tiếp xúc với các chất dinh dưỡng có phân tử lớn như acid nucleic, protein, tinh bột và lipid... (chứa
trong xác của động vật và thực vật) không thể được vận chuyển qua màng sinh chất, vi sinh vật phải tiết vào
môi trường các enzyme thuỷ phân các cơ chất trên thành các chất đơn giản hơn.
1. Phân giải acid nucleic và protein
Vi sinh vật tiết ra các enzyme:
-Nucleaza: phân giải DNA và RNA thành các nucleotid.
-Proteaza: phân giải protein thành các acid amin.
2. Phân giải polysacharite

Các loại polysacharite tự nhiên khá phong phú và đa dạng. Để đồng hoá được các cơ chất trên, vi sinh vật tiết ra các
enzyme:
-Amilaza phân giải tinh bột thành glucose.
-Cellulaza phân giải cellulose thành glucose và kitinaza phân giải kitin thành N-acetyl-glucozamin.
3. Phân giải lipid
Để thu được nguồn carbon và năng lượng từ lipid, vi sinh vật tiết vào môi trường enzyme lipaza phân giải lipid
(mỡ) thành các acid béo và glycerol.
4. ỨNG DỤNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI Ở VI SINH VẬT
a, Sản xuất thực phẩm cho người và thức ăn cho gia súc
-Trồng nhiều loại nấm ăn: Lợi dụng hoạt tính phân giải cellulose người ta đã tận dụng các bã thải thực vật (rơm,
rạ, lõi ngô, bã mía, xơ bông).
- Lên men rượu, giấm…
*Lên men rượu
- Cơ chế lên men
C
6
H
12
O
6

Nấm men
C
2
H
5
OH + CO
2
+ 113.4 Kcalo
- Nhóm vi sinh vật thực hiện: Nấm men

- Điều kiện lên men: Không có ôxi, nhiệt độ: 37 – 40oC
- Ứng dụng
+ Sản xuất rượu, bia, rượu vang, cồn
+ Thu sinh khối nấm men à làm thức ăn
+ Sản xuất rượu nếp, rượu trắng, rượu cần
Giai đoạn 1: Đường hóa tinh bột nhờ nấm mốc
(C
6
H
12
O
6
)
n

Nấm mốc, VSV
nC
6
H
12
O
6
Giai đoạn 2: Lên men rượu
C
6
H
12
O
6

Nấm men, kị khí
C
2
H
5
OH + CO
2
+ 113.4 Kcalo

pH 4-5
*Sản xuất bia:
+ Nguyên liệu : Tinh bột, rỉ đường, hoa hublông ( hương bia)
+ Cơ chế : giống sản xuất rượu:
- Sản xuất rượu vang:
+ Nguyên liệu: trái cây ( đường trái cây)
Cơ chế:
C
6
H
12
O
6

Nấm men
C
2
H
5
OH + CO
2

+ 113.4 Kcalo
*Lên men lactic
- Cơ chế lên men
C
6
H
12
O
6

VK Lactic
CH
3
CHOH COOH
- Nhóm vi sinh vật thực hiện: Vi khuẩn lactic
- Điều kiện lên men: Không có ôxi, nhiệt độ: 37 – 40oC, PH <7
- Ứng dụng
- Làm sữa chua, muối dưa, ủ chua thức ăn cho gia súc
 Phân biệt quá trình lên men lactic đồng hình và dị hình:
Đặc điểm so sánh Lên men lactic đồng hình Lên men lactic dị hình
1. VSV thực hiện
2. Sản phẩm
3.Năng lượng
-Vi khuẩn lactic đồng hình
-Axit lactic, không tạo CO2
-Nhiều
-Vi khuẩn lactic dị hình
-Ngoài axít lactíc còn có rượu, axit
axêtic, glixêril, CO2
- Ít hơn

* Sử dụng enzim prôtêaza trong ruột cá + vi sinh vật tạo hương để làm nước mắm: