DINH DƯỠNG CHUYỂN hóa vật CHẤT và NĂNG LƯỢNG ở VI SINH vật

CHUYÊN ĐỀ DINH DƯỠNG CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT I.. Tiêu chíphân biệt các kiểu dinh dưỡng: - Nguồn các bon chia VSV thành: + VSV tự dưỡng sử dụng C từ C02 + VSV dị d

CHUYÊN ĐỀ DINH DƯỠNG CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI

SINH VẬT

I CÁC KIỂU DINH DƯỠNG CHÍNH Ở VI SINH VẬT

- Kiểu dinh dưỡng là cách thức VSV sử dụng năng lượng và thức ăn trong MT

1 Tiêu chíphân biệt các kiểu dinh dưỡng:

- Nguồn các bon chia VSV thành:

+ VSV tự dưỡng (sử dụng C từ C02)

+ VSV dị dưỡng (Chất hữu cơ)

- Nguồn năng lượng.

+ VSV quang dưỡng (ánh sáng)

+ VSV hóa dưỡng (Chất hữu cơ và chất vô cơ)

2 Các kiểu dinh dưỡng ở VSV

+ Quang tự dưỡng : nguồn năng lượng là AS, nguồn C chủ yếu là CO2

Diệp lục

CO2 + H2O (CH2O)n + O2

Khuẩn lục tố

CO2 + H2S (CH2O)n + H2O + S

Nitrobacter ( VK nitơrát hóa)

Nitrosomonas

(VK nitrít hóa)

+ Hoá tự dưỡng : nguồn năng lượng là các chất vô cơ, nguồn C chủ yếu là CO2 ( Chỉ có ở VK nitrát , nitrit hoá )

- Các vi khuẩn nitrít hóa:

2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+ + 552,3kj

- Các vi khuẩn nitrát hóa:

NO2- + 1/2O2 → NO3- + 75,7 kj

* Phản ứng tổng hợp chất hữu cơ

Q

[H] + CO2 → C6H12O6 + H2O (Q = 6% 158 kcal ; = 7% 38kcal )

VK sắt:

2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ → 2Fe3+ +

H2O + 88,7kj

* Các VK tự dưỡng có thể sử dụng các con đường khác nhau để cố định CO2 do chúng xuất hiện rất sớm và đa dạng hoá theo thời gian

- Con đường khử Axetyl – CoenzimA

- Chu trình ATC( chu trình Krebs)

- Chu trình Calvin

+ Quang dị dưỡng : nguồn năng lượng là AS, nguồn C là các chất hữu cơ

Khuẩn lục tố

CO2 + C3H7OH (CH2O)n + H2O + CH3 – CO – CH3

VK lưu huỳnh

- 2H2S + O2 → 2H2O + 2S +209,6kj

- 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4+626,8kj

VK không chứa S màu lục (Rhodobacter ) VK không chứa S màu tía (Chloronema )

- Hoá dị dưỡng: nguồn năng lượng là các chất hữu cơ, nguồn C chủ yếu là chất

hữu cơ

Phần lớn các VSV:nấm, tất cả động vật nguyên sinh, VK lactic, Clostridium,

Bacillus, Pseudomonas, VSV khử sun phat.

Tóm tắt các kiểu dinh dưỡng của VSV

Kiểu dinh

dưỡng

Nguồn năng lượng

Nguồn cacbon VSV

Quang tự

dưỡng

Hóa tự

dưỡng

Chất vô cơ CO2 VK nitrat hóa, VK oxi hóa lưu

huỳnh, VK hidro Quang dị

dưỡng

Ánh sáng Chất hữu cơ VK tía, VK lục không chứa lưu

huỳnh Hóa dị

dưỡng

Hợp chất hữu

cơ

Hợp chất hữu

cơ

VSV lên men VSV hoại sinh

ĐV nguyên sinh

3 Câu hỏi

CH1- Giải thích thuật ngữ “hóa tự dưỡng vô cơ”, “hóa dị dưỡng hữu cơ”

CH2- Trong điều kiện có ánh sáng, giàu CO2, 1 loại VSV có thể phát triển trên môi trường có thành phần như sau:

(NH4)3PO4 : 1,5 KH2PO4: 1,0 MgSO4: 0,2 CaCl2: 0,1 NaCl: 5,0

+ Môi trường trên là loại môi trường gì ?

+ VSV phát triển trên môi trường trên có kiểu dinh dưỡng gì ?

+ Nguồn C, nguồn năng lượng và nguồn nito của VSV trên là gì ?

CH3- VSV và cơ thể đa bào bậc cao (ĐV, TV) có những kiểu dinh dưỡng nào giống nhau ? Kiểu dinh dưỡng nào chỉ có ở VSV ? Tại sao mỗi loại VSV lại có các kiểu dinh dưỡng đa dạng như vậy ?

CH4- Một VK chỉ cần axit amin methionin như 1 nguồn dinh dưỡng hữu cơ và sống trong các hang động không có ánh sáng VK này sử dụng phương thức dinh dưỡng nào? Giải thích?

CH5- Nếu người cũng như VK lam có thể cố định nitrogen thì trong 1 bữa ăn bạn

có thể ăn những gì?

II CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VSV

1 Chuyển hóa vật chất

- Chuyển hóa vật chất là tất cả các phản ứng hóa học diễn ra trong TB VSV được xúc tác bởi Enzim Gồm 2 qúa trình:

- Sinh tổng hợp các đại phân tử từ các chất dinh dưỡng đơn giản (đồng hóa)

- Các p/ứng cần cho việc tạo thành các chất giàu năng lượng (dị hóa)

- Tùy theo chất nhận e cuối cùng mà các VSV hóa dưỡng chia thành những kiểu chuyển hóa vật chất sau:

Glucozo

Quá trình đường phân

Axit pyruvic

Hô hấp hiếu khí Hô hấp kị khí Lên men

Chiều hướng tiến hóa

Hiếu khí Kị khí

- Sự có mặt ô xi

-Vị trí chuỗi vận

chuyển e

- Chất nhận e cuối

cùng

- Chất tham gia

- Sản phẩm

Có Màng

Ô xi Phân tử hữu cơ

CO2, H2O, ATP

Không Màng

NO3-, SO4

2-Phân tử hữu cơ

CO2, chất vô cơ

Không TBC Phân tử hữu cơ Phân tử hữu cơ Phân tử hữu cơ trung gian (Rượu)

2 Qúa trình tổng hợp các chất

a Tổng hợp axit nucleic và protêin:

Tương tự như ở mọi tế bào sinh vật

b Tổng hợp polisaccarit:

- Ở vi khuẩn và tảo, việc tổng hợp tinh bột và glycogen cần có hợp chất mở đầu

là ađenozin điphơtphat- glucôzơ ( ADP- Glucôzơ)

- (Glucôzơ)n + (ADP – Glucôzơ) à (Glucôzơ)n+1 + ADP

c Tổng hợp lipit:

Glyxêrol + axit béo à lipit

3 Lên men

3.1- Lên men rượu : Là quá trình phân giải kị khí đường thành rượu êtilic với sự

tham gia của nấm men và 1 số vi sinh vật khác

a- Đặc điểm

glucozo axit pyruvic

NAD+ <-> NADH2 (loại CO2)

Etanol Axetyl aldehit

- VSV tham gia: Saccharomyces chức năng tạo enzim amyaza

- Phản ứng: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 113,4 KJ

- Hiệu ứng Pater: Muốn biến thành rượu, axetyl adehit phải nhận hidro từ NADH2

dưới xúc tác của alcool dehydrogenaza Khi môi trường hiếu khí phần lớn các nucleotit khử phải đi vào con đường hô hấp hiếu khí -> làm giảm lượng NADH2

-> giảm rượu, sinh khối tăng Trong quá trình lên men rượu, khi có oxi phân tử thì quá trình lên men rượu bị ức chế gọi là hiệu ứng Paster

b 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…

* Sản xuất rượu:

Điều kiện lên men: Không có ôxi, nhiệt độ: 37 – 40oC

Giai đoạn 1: Đường hóa tinh bột nhờ nấm mốc

(C6H12O6)n Nấm mốc, VSV nC6H12O6

Giai đoạn 2: Lên men rượu

C6H12O6 Nấm men, kị khí C2H5OH + CO2 + 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)

3.2- Lên men lactic : Là quá trình phân giải kị khí đường thành axit lactic êtilic

với sự tham gia của vi khuẩn lactic.

a) Cơ chế

*) Lên men lactic đồng hình

C6H12O6 2 CH3CHOH – COOH + Q

*) Lên men lactic dị hình

C6H12O6 axit lactic 40% + Axit succinic + Axit axetic + R etylic + khí (CO2, H2)

- VSV tham gia: Steptococus, Lactobacilus

b) Điều kiện lên men: Không có ôxi, nhiệt độ: 37 – 40oC, PH <7

c) Ứng dụng

- Làm sữa chua, muối dưa, ủ chua thức ăn cho gia súc

3.3- Một số ứng dụng khác của lên men

a) Sử dụng enzim prôtêaza trong ruột cá và vi sinh vật tạo hương để làm nước mắm:

- Tạo hương nhờ các vi sinh vật ưa mặn à mùi thơm đặc trưng của mắm

b) Sử dụng nấm sợi và vi khuẩn để làm tương:

- Ủ mốc

(C6H12O6)n Nấm sợi nC6H12O6

- Ngâm nước đậu:

Prôtêin (đậu tương) Vi khuẩn Axit amin

c) Sử dụng vi khuẩn axêtíc để làm giấm:

C2H5OH VK Axêtíc CH3COOH + H2O + Q

4 Vai trò oxi trong chuyển hóa:

- VSV hiếu khí bắt buộc

- VSV kị khí bắt buộc

- VSV kị khí không bắt buộc

5 Chuyển hóa nitrogen

- Nito cần để tổng hợp axit amin và axit nucleic trong cơ thể sống SV nhân thực chỉ thu nhận nito từ 1 số hợp chất chứa nito nhất định Nhưng SV nhân sơ có thể chuyển hóa theo nhiều cách khác nhau:

VK lam và VSV sinh CH4 có khả năng cố định nito khí quyển

6 Hợp tác chuyển hóa:

- VK lam (Anabaena): Các mối liên hệ giữa các tế bào cho phép chuyển nito được

cố định từ tế bào dị hình sang tế bào bên cạnh (thực hiện quang hợp) và nhận lại cacbohydrat

- Khuẩn lạc có nhiều tế bào bên trong: Mỗi tế bào có các kênh trong màng sinh học cho phép các chất dinh dưỡng đi đến các tế bào bên trong và chất thải được thải ra ngoài

7 Câu hỏi:

CH1- So sánh đồng hóa và dị hóa ?

CH2- So sánh lên men rượu và lên men lactic ?

CH3- Muốn biết 1 chủng VSV có phải VSV hiếu khí hay không thì phải làm như thế nào ?

CH3- Từ hiểu biết về kiểu chuyển hóa của VSV hãy:

+ Phân biệt hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí, lên men ?

+ Nấm men có hình thức trao đổi nào ? Muốn thu sinh khối nấm men người ta phải làm gì ?

CH4- Để nghiên cứu kiểu hô hấp của 3 loại VK A, B, C Người ta đưa chúng vào các ống nghiệm không đậy nắp với môi trường phù hợp, nhiệt độ phù hợp, môi trường vô trùng Sau 48h quan sát thấy ở các ống như sau:

+ Ống 1 chứa A: tập trung ở miệng ống

+ Ống 2 chứa B: tập trung khắp ống

+ Ống 3 chứa C: Tập trung ở đáy ống

-> Kiểu hô hấp của A, B, C ?

-> Lấy VD loại VK A, B, C ?

-> Lấy VD về VSV nhân chuẩn có kiểu hô hấp như A, B

CH5- Một cốc rượu nhạt hoặc bia có thể cho thêm 1 ít chuối, đậy cốc bằng vải màn, để ở nơi ấm sau vải ngày sẽ có lớp váng trắng trên bề mặt

+ Váng trắng do VSV nào tạo ra ? Ở đáy cốc có loại VSV này không ? Tại sao ?

+ Nhỏ 1 giọt dịch nuôi cấy VSV này lên lam kính ròi nhỏ bổ sung thêm 1 giọt

H2O2 vào giọt trên Hiện tượng gì sẽ xảy ra ? Giải thích ?