Chương Sinh lý học vi sinh vật Lời cảm ơn Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Nguyễn Bá Hiên, Trưởng môn Vi sinh vật – Truyền nhiễm, Khoa Thú y, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội dày công biên soạn giảng này! I Khái niệm : Sinh lý học vi khuẩn khoa học dinh dưỡng, sinh trưởng chức sống khác vi khuẩn Nội dung cụ thể: + Nghiên cứu thành phần hoá học + Quy luật chế : - Sự dinh dưỡng - Hô hấp - Sinh trưởng phát triển vi khuẩn II Thành phần hoá học tế bào VSV Chủ yếu nước phần vật chất khô Nước: Chiếm 70 - 80% trọng lượng tế bào, tồn hai dạng: + Nước kết hợp : - Tham gia vào thành phần chất keo NSC tế bào - Tạo môi trường thích hợp cho phản ứng sinh học nôi bào - Nước liên kết khó tách - Mất nước liên kết  cấu trúc tế bào bị phá huỷ, tế bào chết + Nước tự do: - Là dung môi cho chất vô cơ, hữu hoà tan - Tham gia vào phản ứng thủy phân tế bào - Nguồn cung cấp ion H+ , OH – - Dễ bay sấy khô, nước tự khô tế bào, TĐC bị ảnh hưởng sâu sắc Chất khô Chất khô tế bào chiếm từ 15- 25% trọng lượng tế bào gồm: Chất hữu chất khoáng + Chất hữu : Các chất hữu chiếm 85 % vật chất khô, gồm có: - Protit: Chiếm tỷ lệ lớn tổng số chất hữu :50 - 80% trọng lượng khô tế bào Protein nấm men : 40 – 60 % Protein nấm mốc : 15 – 40 % Protein vi khuẩn : 60 – 80 % Protein tảo hiển vi: 40 – 50 % Protit gồm loại: Là protein đơn giản albumin, globulin chất dự trữ Protit phức tạp ( proteit) có vai trò sinh học quan trọng tế bào Nucleoprotein, lipoprotein , glucoprotein… + Gluxit: - Chiếm tỷ lệ tương đối cao tế bào - Hàm lượng gluxit thay đổi tuỳ loại VSV: Vi khuẩn : 10 – 30 % trọng lượng khô Nấm men : 27 – 63 % Nấm mốc : 40 - 60 % - Tồn hai dạng: đơn giản (ozơ) phức tạp (ozit) -Đóng vai trò quan trọng tế bào: Tham gia cấu trúc tế bào (màng, giáp mô, axít Nucleic ) Là nguyên liệu chủ yếu cho hô hấp tế bào Thức ăn dự trữ tế bào + Lipit: - Lipit chiếm số lượng :3 – % trọng lượng khô Ơ nấm men, mốc lượng lipit có tới 40 % Ơ vi khuẩn có – 3% Riêng VK lao, lipit tế bào có tới 45 % - Lipit tồn dạng Dạng đơn giản hạt mỡ dự trữ .Dạng phức tạp lipoprotein, phospholipit - Tham gia cấu trúc màng NSC, màng tế bào, - Là nguồn nguyên liệu lượng .Sắc tố: - Sắc tố có nhiều loại, khác màu sắc: đỏ, xanh, đen, vàng, tím, …và khác tính chất lý học, hoá học - Sắc tố chứa chủ yếu dịch bào làm cho VSV có màu sắc Một số VSV sắc tố dạng hạt nằm rải rác NSC, số VSV khác sắc tố tiết môi trường - Chức năng: VSV tự dưỡng thu lượng mặt trời Tránh tác động tia tử ngoại ( VSV hoại sinh) Một số sắc tố có khả kháng khuẩn Một số chất hữu khác: - Các axit hữu cơ: axit oxalic, xitric… - Muối axit hữu - Vitamin : tiền vitamin A, vitamin B, C, K, PP… Trong tế bào VSV, phần lớn loại coenzym vitamin dẫn xuất vitamin Vitamin hấp thu từ môi trường VSV tổng hợp từ hợp chất hữu khác Vitamin cần thiết cho VSV phát triển, số VSV muốn phát triển bình thường phải cung cấp nhiều loại vitamin Chất khoáng: - Chiếm số lượng tế bào VSV( 15 % vật chất khô), - Chúng có thành phần hợp chất hữu phức tạp: proteit, vitamin, enzym… - Giữ vai trò quan trọng hoạt động sống tế bào Giữ áp suất thẩm thấu nội bào mức bình thường - Lượng chất khoáng thay đổi tuỳ loại VSV, tuỳ giai đoạn điều kiện phát triển - Chất khoáng chia làm hai loại: + Nguyên tố đa lượng: + Nguyên tố vi lượng: III Dinh dưỡng vi sinh vật Khái niệm: + Chất dinh dưỡng: Là chất VSV hấp thu từ môi trường xung quanh sử dụng cho trình trao đổi chất tế bào Ví dụ: Axit amin Các loại đường đơn N2 , CO2 , NH3 , … + Quá trình dinh dưỡng: Là trình hấp thụ chất dinh dưỡng từ môi trường vào tế bào VSV Nhu cầu thức ăn VSV Ví dụ: Vi khuẩn cần lượng thức ăn trọng lượng thể chúng Bởi : Cần thức ăn cho việc kiến tạo Cung cấp lượng cho trình sống Cần thức ăn cho trình sinh sản ( VK sinh sản nhanh 20 - 30 phút sinh sản lần theo cấp số nhân tế bào/ 24  47.146,9 x 106 tế bào) Nhu cầu thức ăn cuả VSV chia làm loại: + Thức ăn cung cấp lượng: cung cấp lượng cho hoạt động sống VSV như: gluxit, lipit, protein , NH3 … + Thức ăn kiến tạo: sau hấp thụ tiêu hoá, chế biến lại thành nguyên liệu tham gia xây dựng cấu trúc tế bào như: gluxit, lipit, protein , N2 ,CO2 … • + Thức ăn đặc biệt: • Là chất cần thiết hoạt động sống VSV mà loài tự tổng hợp • Ví dụ : • - Axit amin không thay • - Vitamin Vikhuẩn Streptococcus cần B1 Các kiểu dinh dưỡng VSV Thành phần cấu tạo lên tế bào VSV gồm nguyên tố :C, H, O, N + Dinh dưỡng cacbon: Các bon chiếm > 50 % vật chất khô VSV Là yếu tố quan trọng hợp chất có mặt tế bào Trong tự nhiên cac bon tồn dạng - Hợp chất cac bon vô : CO2 , muối cacbonát - Hợp chất cac bon hữu cơ: gluxit, lipit, protein Tuỳ thuộc khả sử dụng nguồn bon, người ta chia VSV làm nhóm VSV tự dưỡng bon: Là VSV sử dụng nguồn cacbon vô CO2 muối cacbonat Dựa vào nguồn cung cấp lượng, người ta chia kiểu tự dưỡng cacbon làm loại: - VSV tự dưỡng C quang năng: có sắc tố quang hợp (Bacterioclorophil) Có khả chuyển hoá trực tiếp lượng ánh sáng mặt trời thành lượng hoá học tích luỹ lại ATP Sử dụng lượng để chuyển cacbon vô thành cacbon hữu cần thiết cho thể Ví dụ: Quá trình quang hợp VK lưu huỳnh màu lục (Green sunfua bacteria): CO2 + 2H2S Tương xanh: tự ánh sáng mặt trời CO2 + 2H2O Lục tố vi khuẩn (C6H12O6) + H2O + 2S Ánh sáng mặt trời (C6H12O6) O2 Diệp lục + Như hai phản ứng sử dụng quang để tạo thành hợp chất cacbon hữu từ CO2 chất khác Điều khác là: Vi khuẩn lưu huỳnh thu H từ H2S, giải phóng S Cây xanh thu H từ H2O giải phóng O2 Do công thức tổng quát trình quang hợp là: CO2 + 2H2A ánh sáng Sắc tố quang hợp (C6H12O6) + H2O + 2A Trong A chất vô -VSV tự dưỡng C hoá năng: Là nhóm VSV sử dụng lượng phản ứng oxy hoá để chuyển nguồn C vô thành chất hữu cần thiết cho thể Ví dụ: Vi khuẩn Nitrocomonas sử dụng lượng phản ứng oxy hoá NH3 O2 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O 158 calo 4H+ CO2 + 4H+ H2O (C6H12O6) + Vi khuẩn lưu huỳnh (Green sunfua bacteria) có kiểu hoá năng: O2 + H2S + O2 2H2O + S + 126 calo 4H+ Từ vi khuẩn khử CO2 không khí: + 4H+ 126 calo CO2 + (C6H12O6) + H2O Từ phản ứng rút công thức tổng quát dạng dinh dưỡng hoá sau: Chất vô : H2M + O2 CO2 + 4H+ Chất oxy hoá + Q (năng lượng) Q (C H O ) 12 H62O + Như nhóm VSV tự dưỡng C hoá năng, để đồng hoá C phải gồm bước: + Bước 1: Oxy hoá hợp chất vô để giải phóng W + Bước 2: Nhờ có W chuyển C vô > C hữu Ơ VSV trình diễn song hành VSV tự dưỡng C hoá có chuyên tính cao Ví dụ: Vi khuẩn Nitrocomonas oxy hoá NH3 + Vi sinh vật dị dưỡng cacbon: - Là VSV sử dụng C dạng hợp chất hữu sẵn có môi trường làm nguồn dinh dưỡng xây dựng thể cung cấp W cho hoạt động sống VSV • Dựa vào nguồn cung cấp hợp chất hữu cơ,nhóm VSV chia làm loại: + VSV ký sinh: Là loại VSV sử dụng nguồn C từ hợp chất hữu có sẵn thể vật chủ +VSV hoại sinh: Là VSV sử dụng nguồn C từ hợp chất hữu có xác chết động, thực vật [...]... hoạt động sống của VSV như: gluxit, lipit, protein , NH3 … + Thức ăn kiến tạo: sau khi hấp thụ được tiêu hoá, chế biến lại thành nguyên liệu tham gia xây dựng cấu trúc tế bào như: gluxit, lipit, protein , N2 ,CO2 … • + Thức ăn đặc biệt: • Là những chất cần thi t đối với hoạt động sống của VSV mà một loài nào đó không thể tự tổng hợp được • Ví dụ : • - Axit amin không thay thế • - Vitamin Vikhuẩn Streptococcus... Sử dụng năng lượng này để chuyển cacbon vô cơ thành cacbon hữu cơ cần thi t cho cơ thể Ví dụ: Quá trình quang hợp của VK lưu huỳnh màu lục (Green sunfua bacteria): CO2 + 2H2S Tương xanh: tự ánh sáng mặt trời 1 cây CO2 + 2H2O Lục tố vi khuẩn 6 (C6H12O6) + H2O + 2S Ánh sáng mặt trời (C6H12O6) O2 Diệp lục + Như vậy cả hai phản ứng đều sử dụng quang năng để tạo thành các hợp chất cacbon hữu cơ từ CO2... 1 Sắc tố quang hợp 6 (C6H12O6) + H2O + 2A Trong đó A là một chất vô cơ -VSV tự dưỡng C hoá năng: Là nhóm VSV sử dụng năng lượng của các phản ứng oxy hoá để chuyển nguồn C vô cơ thành chất hữu cơ cần thi t cho cơ thể Ví dụ: Vi khuẩn Nitrocomonas sử dụng năng lượng của phản ứng oxy hoá NH3 O2 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O 158 calo 4H+ CO2 + 4H+ H2O 1 6 (C6H12O6) + Vi khuẩn lưu huỳnh (Green sunfua bacteria)