Câu 1: Nêu đặc điểm, thành phần, cấu trúc, chức năng của vách tế bào + Vách tế bào là lớp ngoài cùng bao bọc vi khuẩn, giữ cho chúng có hình dạng nhất định, chiếm 15 30% trọng lượng khô của tế bào. + Thành phần hoá học của vách tế bào vi khuẩn rất phức tạp, bao gồm nhiều hợp chất khác nhau như Peptidoglycan, Polisaccarit, Protein, Lipoprotein, Axit tecoic, Lipoit v.v.... Dựa vào tính chất hoá học của vách tế bào và tính chất bắt màu của nó, người ta chia ra làm 2 loại Gram+ và Gram. Gram+: peptidoglycan chiếm gần 90% nên vách tế bào dày, cứng; kích thước. Axit tecoic (có 2 loại axit: ribi tecoic và glixerun tecoic) chỉ có trong gram+, nằm rải rác hòa lẫn trong peptidoglycan. Gram : Có độ dày của vách tế bào dưới 10nm. Peptidoglican rất mỏng chỉ chiếm 1020%. Các thành phần liposaccarit, lipoprotein chiếm 50%. Với cùng một phương pháp nhuộm như nhau, trong đó có hai loại thuốc nhuộm Cristal Violet màu tím và Fushsin màu hồng, vi khuẩn gram+ bắt màu tím, vi khuẩn gram bắt màu hồng. Nguyên nhân là do cấu tạo thành tế bào của hai loại khác nhau. Ngoài hai loại trên, còn có loại gram biến đổi (gram variable) có khả năng biến đổi từ gram+ sang gram và ngược lại. + Chức năng: Duy trì hình thái tế bào và áp suất thẩm thấu bên trong tế bào. Bảo vệ tế bào trước những tác nhân vật lý, hoá học của môi trường. Thực hiện việc tích điện ở bề mặt tế bào. Vách tế bào chính là nơi bám của Phage và chứa nội độc tố của một số vi khuẩn có độc tố. Đóng vai trò kháng nguyên thân của các vi khuẩn gây bệnh. Đây được xem là 1 tiêu chí để xác định khả năng gây bệnh vì trong thành phần hóa học của vách tế bào chứa nội độc tố liposaccarit Có một số vi khuẩn không có thành tế bào (Micoplasma), một số trường hợp vi khuẩn bị phá vỡ thành tế bào mà vẫn sống (Protoplast ...)
1.đặc điểm, thành phần, cấu trúc, chức vách tế bào 2.Sự trao đổi chất qua màng tế bào( hình thức vận chuyển chất qua màng) - Cơ chế trình lên men rượu, lên men lactic Ứng dụng Sự phân bố vi sinh vật nước 4.Cơ chế tác nhân vi sinh vật trình cố định nitơ Vi sinh vật gây bệnh đường ruột k/n bao gồm loài chế gây bệnh (cách gây bệnh) hậu 6.Công trình xử lý nước thải hiếu khí điều kiện nhân tạo ( sở khoa học, tác nhân vi sinh sơ đồ) VI SINH VẬT Câu 1: Nêu đặc điểm, thành phần, cấu trúc, chức vách tế bào + Vách tế bào lớp bao bọc vi khuẩn, giữ cho chúng có hình dạng định, chiếm 15 - 30% trọng lượng khô tế bào + Thành phần hoá học vách tế bào vi khuẩn phức tạp, bao gồm nhiều hợp chất khác Peptidoglycan, Polisaccarit, Protein, Lipoprotein, Axit tecoic, Lipoit v.v - Dựa vào tính chất hoá học vách tế bào tính chất bắt màu nó, người ta chia làm loại Gram+ Gram- Gram+: peptidoglycan chiếm gần 90% nên vách tế bào dày, cứng; kích thước Axit tecoic (có loại axit: ribi tecoic glixerun tecoic) có gram +, nằm rải rác hòa lẫn peptidoglycan Gram- : Có độ dày vách tế bào 10nm Peptidoglican mỏng chiếm 10-20% Các thành phần liposaccarit, lipoprotein chiếm 50% - Với phương pháp nhuộm nhau, có hai loại thuốc nhuộm Cristal Violet màu tím Fushsin màu hồng, vi khuẩn gram + bắt màu tím, vi khuẩn gram- bắt màu hồng - Nguyên nhân cấu tạo thành tế bào hai loại khác Ngoài hai loại trên, có loại gram biến đổi (gram variable) có khả biến đổi từ gram + sang gram- ngược lại + Chức năng: - Duy trì hình thái tế bào áp suất thẩm thấu bên tế bào - Bảo vệ tế bào trước tác nhân vật lý, hoá học môi trường - Thực việc tích điện bề mặt tế bào - Vách tế bào nơi bám Phage chứa nội độc tố số vi khuẩn có độc tố - Đóng vai trò kháng nguyên thân vi khuẩn gây bệnh Đây xem tiêu chí để xác định khả gây bệnh thành phần hóa học vách tế bào chứa nội độc tố liposaccarit - Có số vi khuẩn thành tế bào (Micoplasma), số trường hợp vi khuẩn bị phá vỡ thành tế bào mà sống (Protoplast ) Câu : Sự trao đổi chất qua màng tế bào Màng tế bào chất (Cell membran) Màng tế bào chất gọi màng nguyên sinh chất lớp màng nằm thành tế bào, có độ dày khoảng - nm, chiếm 10 - 15% trọng lượng tế bào vi khuẩn Màng tế bào chất có nhiều chức quan trọng: Duy trì áp suất thẩm thấu tế bào, đảm bảo việc chủ động tích luỹ chất dinh dưỡng thải sản phẩm trao đổi chất khỏi tế bào Màng tế bào chất nơi sinh tổng hợp số thành phần tế bào, đặc biệt thành phần thành tế bào vỏ nhày, nơi chứa số men quan trọng Permeaza, ATP-aza v.v Màng tế bào chất nơi tiến hành trình hô hấp quang hợp (ở vi khuẩn quang dưỡng) Thành phần hoá học màng tế bào chất đơn giản thành tế bào nhiều Bao gồm photpholipit protein protein xếp thành lớp: lớp photpholipit bao gồm hai lớp phân mồi phân tử gồm đầu chứa gốc photphat háo nước đầu chứa hydratcacbon, đầu háo nước hai lớp phân tử photpholipit quay ngoài, chứa men vận chuyên Pecmeaza Hai lớp và Protein Màng tế bào chất nơi gắn nhiễm sắc thê Ngoài hai thành phần trên, màng tế bào chất chứa số chất khác hydratcacbon, glycolipit, v.v Câu 3: Cơ chế trình lên men rượu, lên men lactic Ứng dụng Quá trình lên men rượu Quá trình lên men etylic gọi trình lên men rượu Sản phẩm trình rượu etylic CO2 Dưới tác dụng hệ thống enzym sinh vi sinh vật, glucoza chuyển hoá theo đường Embden - Mayerhof để tạo thành pyruvat Pyruvat tác dụng men piruvat decacboxylaza tiamin pirophotphat khử cacboxyl tạo thành axetaldehyt Axetaldehyt bị khử thành rượu etylic Đó chế trình lên men rượu, trình tác dụng hệ thống enzym vi sinh vật tiết đòi hỏi tham gia photphat vô Đó kiểu lên men rượu bình thưuờng Khi có mặt NaHCO hay Na2HPO4 trình lên men sinh sản phẩm khác Glyxerin đồng thời hạn chế sịn rượu etylic Nhiều loài vi sinh vật có khả lên men rượu, mạnh có ý nghĩa kinh tế nấm men Saccharomyces cerevisiae Người ta thường ứng dụng trình lên men rượu để sản xuất rượu, bia nước giải khát lên men Khi sử dụng nguồn tinh bột để chế tạo rượu người ta phải tiến hành bước, bước trình phân huỷ tinh bột thành đường thường dùng loài nấm mốc phân huỷ tinh bột Bước trình lên men đường thành rượu thường sử dụng nấm men Để rút ngan đơn giản hoá trình, số nhà nghiên cứu tiến hành ghép gen phân huỷ tinh bột loài nấm mốc có khả phân huỷ tinh bột vào Saccharomyces serevisiae Quá trình lên men rượu sử dụng công nghiệp làm bánh mỳ, CO sinh trình lên men có tác dụng làm nở bột mỳ Các nấm men có khả lên men rượu dùng việc ủ men thức ăn Thức ăn gia súc ủ men có hương vị thơm ngon kích thích tiêu hoá gia súc Quá trình lên men Lactic Quá trình phân giải glucoza thành axit lactic gọi trình lên men lactic Có loại lên men lactic đồng hình lên men lactic dị hình ∗ Ở lên men lactic đồng hình glucoza bị phân giải theo đường Embden Mayerhof tạo thành axit pyruvic, axit pyruvic khử thành axit lactic - Quá trình lên men lactic đồng hình thực nhóm vi khuẩn Lactobacterium Streptococcus - Ớ lên men lactic dị hình glucoza bị phân giải theo đường pentozophotphat Sản phấm trình lên men axit lactic có rượu etylic, axit axetic glyxerin Vi khuẩn lactic thường đòi hỏi nhiều loại chất sinh trưởng, chúng khó phát triển môi trường tổng hạp mà sống môi trường có chất hữu nước chiết nấm men, sữa, máu v.v Chúng thường phân bố thực vật xác thực vật, sữa, sản phẩm sữa, ruột người động vật Quá trình lên men lactic ứng dụng để chế tạo axit lactic, muối rau quả, chế biến sữa chua v.v Rau muối, sữa biến thành sữa chua sau trình lên men lactic có tác dụng tiêu hoá tốt Việc ủ chua thức ăn gia súc dựa lên men lactic Trong trình muối dưa, áp suất thẩm thấu muối tạo làm cho chất dịch bên tế bào rau Vi khuẩn lactic có sẵn không khí sử dụng dịch tế bào để sống, lúc đầu có vi khuẩn hoại sinh khác, sau axit lactic sinh làm hạ pH, ức chế vi khuẩn khác Đen pH định vi khuẩn lactic bị ức chế, lúc xuất váng dưa loại nấm men chịu pH thấp Nấm men phân huỷ axit lactic thành CO H2O làm cho dưa giảm độ chua, loại vi khuẩn hoại sinh pH lên cao lại phát triển trở lại làm cho dưa bị khú Ngoài trình lên men rượu, lên men lactic nói trên, thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật tiến hành phân giải đường nhờ trình lên men khác Ví dụ lên men propionic, sản phẩm trình axit propionic, lên men focmic, lên men butiric, lên men metan sản phẩm trình axit focmic, rượu butiric, khí mêtan nhóm vi khuẩn phân bố rộng rãi đất tiến hành phân giải đường đơn thành sản phẩm khác Đó phân giải đường nhờ trình lên men Câu 4: Sự phân bố vi sinh vật nước Vi sinh vật có mặt khắp nơi nguồn nước Sự phân bố chúng hoàn toàn không đồng mà khác tuỳ thuộc vào đặc trưng loại môi trường Các yếu tố môi trường quan trọng định phân bố vi sinh vật hàm lượng muối, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ ánh sáng Nước nguyên chất nguồn môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, nước nguyên chất môi trường giàu dinh dưỡng Trong nước có hoà tan nhiều chất hữu muối khoáng khác Những chất hoà tan thuận lợi cho vi sinh vật sinh trưởng phát triển Vi sinh vật nước đưa từ nhiều nguồn khác nhau: - Có thể từ đất bụi bay lên, nguồn nước chủ yếu bị nhiễm vi sinh vật bề mặt - Có thể nước mưa sau chảy qua vùng đất khác theo nhiều vi sinh vật nơi nước chảy qua - Do nước ngầm nguồn nước khác qua nơi nhiễm bẩn nghiêm trọng - Số lượng thành phần vi sinh vật thấy nước mang đặc trưng vùng đất bị nhiễm mà nước chảy qua Ở môi trường nước ngọt, đặc biệt nơi có nhiễm khuẩn từ đất, hầu hết nhóm vi sinh vật có đất có mặt nước, nhiên với tỷ lệ khác biệt Nước ngầm nước suối thường nghèo vi sinh vật nơi nghèo chất dinh dưỡng Trong suối có hàm lượng sắt cao thường chứa vi khuẩn sắt Leptothrix ochracea Ở suối chứa lưu huỳnh thường có mặt nhóm vi khuẩn lưu huỳnh màu lục màu tía Những nhóm thuộc loại từ dưỡng hoá quang Ở suối nước nóng thường tồn nhóm vi khuẩn ưa nhiệt Leptothrix thermalis Ở ao, hồ sông hàm lượng chất dinh dưỡng cao nước ngầm suối nên số lượng thành phần vi sinh vật phong phú nhiều Ngoài vi sinh vật tự dưỡng có nhiều nhóm vi sinh vật dị dưỡng có khả phân huỷ chất hữu Ở nơi bị nhiễm bẩn nước thải sinh hoạt có mặt vi khuẩn đường ruột vi sinh vật gây bệnh khác Tuy vi khuẩn sống nước thời gian định nguồn nước thải lại đổ vào thường xuyên nên lúc chúng có mặt Đây nguồn ô nhiễm vi sinh nguy hiểm sức khoẻ người Ở thuỷ vực có nguồn nước thải công nghiệp đổ vào thành phần vi sinh vật bị ảnh hưởng theo hướng khác tuỳ thuộc vào tính chất nước thải Những nguồn nước thải có chứa nhiều axit thường làm tiêu diệt nhóm vi sinh vật ưa trung tính có thuỷ vực Tuy môi trường nước phân bố vi sinh vật hồ sông khác Ở hồ nghèo dinh dưỡng, tỷ lệ vi khuẩn có khả hình thành bào tử thường cao so với nhóm bào tử Ở tầng hồ khác phân bố vi sinh vật khác Ở tầng mặt nhiều ánh sáng thường có nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang Dưới đáy hồ giàu chất hữu thường có nhóm vi khuẩn dị dưỡng phân giải chất hữu Ở tầng đáy có phân huỷ chất hữu mạnh tiêu thụ nhiều ôxy tạo vùng ôxy hoà tan có mặt nhóm kỵ khí bắt buộc khả tồn có oxy Ở môi trường nước mặn bao gồm hồ nước mặn b iển, phân bố vi sinh vật khác hẳn so với môi trường nước nồng độ muối nơi cao Tuỳ thuộc vào thành phần nồng độ muối, thành phần số lượng vi sinh vật khác nhiều Các vi sinh vật sống môi trường nước mặn nói chung có khả sử dụng chất dinh dưỡng có nồng độ thấp Chúng phát triển chậm nhiều so với vi sinh vật đất Chúng thường bám vào hạt phù sa để sống Vi sinh vật biển thường thuộc nhóm ưa lạnh, sống nhiệt độ từ đến 0C Chúng thường có khả chịu áp lực lớn vùng biển sâu Nói chung nhóm vi sinh vật sống nguồn nước khác đa dạng hình thái hoạt tính sinh học Chúng tham gia vào việc chuyển hoá vật chất vi sinh vật sống môi trường đất Ở môi trường nước có mặt đầy đủ nhóm tham gia vào chu trình chuyển hoá hạp chất cacbon, nitơ chất khoáng khác Mối quan hệ nhóm với phức tạp, có quan hệ ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh, kháng sinh môi trường đất Chỉ cần tác nhân đột biến biến từ dạng sang dạng khác thể máy di truyền vi sinh vật đơn giản so với sinh vật bậc cao Ngày nguồn nước, nước ngầm nước biển mức độ khác bị ô nhiễm nguồn chất thải khác Do khu hệ vi sinh vật bị ảnh hưởng nhiều khả tự làm nguồn nước hoạt động phân giải vi sinh vật bị ảnh hưởng Câu 5: Cơ chế , tác nhân vi sinh vật trình cố định nitơ? Cơ chế trình co định nitơphân tử Nitơ phân tử cấu tạo từ nguyên tử nitơ nối với dây nối N = N Để phá vỡ dây nối phương pháp hoá học cần phải tiến hành nhiệt độ áp suất cao Ví dụ muốn tạo thành xianamit canxi loại phân đạm hoá học người ta phải tiến hành phản ứng nitơ phân tử cacbit canxi nhiệt độ 1000 - 11000C CaC2 + N2 CaCN2 + C Neu muốn liên kết nitơ với hydro để tạo thành amoniac phản ứng phải tiến hành nhiệt độ 6000C áp suất 1000at với chất xúc tác đắt tiền Trong nhóm vi khuẩn cố định nitơ biến khí nitơ thành hạp chất đạm điều kiện bình thường nhiệt độ áp suất Vậy chế cố định nào? Đó điều nhà khoa học nghiên cứu lĩnh vực quan tâm Từ trước tới có nhiều giả thiết chế trình cố định đạm sinh học Đa số nhà nghiên cứu thống cho rằng: Quá trình cố định nitơ sinh học trình khử N2 thành NH3 tác dụng men nitrogenaza sinh vi sinh vật Nitrogenaza N2 + 6e + 12ATP + 12 H2O 2NH4+ + 12 ADP + 12P + H+ Nitrogenaza chiết xuất từ Azotobacter vinelandii - 1loài vi khuẩn cố đinh nitơ sống tự đất Nitrogenaza bao gồm hai thành phần khác nhau, thành phần gồm protein Fe, thành phần gồm protein, Fe, Mo Electron chất khử vào thành phần thứ nitrogenza (phần có chứa protein sắt) sau chuyển sang thành phần thứ 2, qua electron hoạt hoá phản ứng với N N2 qua thành phần nitrogeneza hoạt hoá Hydro hoạt hoá nhờ enzymcủa hệ thong hydrogenaza Năng lượng dùng trình ATP tế bào Cuối NH3 hình thành Có thể tóm tắt sơ đồ sau Enzym nitrogenaza tác dụng khử N2 thành NH3 có khả xúc tác cho việc khử số chất khác Ví dụ khử axetylen thành etylen Phản ứng khử axetylen ngày dùng để xác định hoạt tính nitrogenaza Azotobater loại vi khuẩn hiếu khí, song trình cố định nitơ lại trình khử điều kiện oxy Hai điều kiện trái ngược thoả mãn dối với tế bào Azotobacter có nhiều màng lipoporotein Bên màng men hô hấp hoạt động, sử dụng oxy để hình thành ATP làm cho oxy không thấm vào phía màng, nơi có nitrogenaza tiến hành cố định nitơ điều kiện kỵ khí NH3 hình thành đến môt mức đô kìm hãm hoat đông nitrogenaza, yếu tố điều hoà hoat tính enzym Ở vi khuẩn cố định nitơ sống cộng sinh với đậu, chế cố định nitơ có phần phức tạp có liên quan đến thực vật Vai trò thực vật hình thành Leghemoglobin, chất đóng vai trò chuỗi chuyển điện tử từ trình quang hạp vào nitrogenaza vi khuẩn Enzym nitrogenaza vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh với đậu có cấu trúc giống nitrogenaza vi khuẩn cố định nitơ sống tự đất Mối quan hệ thực vật vi khuẩn trình cố định nitơ cộng sinh biểu diễn sơ đồ sau: Tuy nhiên gần có số tác giả cho rằng, trình cố định nitơ phân tử xảy tế bào thực vật không xảy tế bào vi khuẩn Những tác giả dựa vào kết thí nghiệm dùng nguyên tố phóng xạ N15 thấy xuất chủ yếu màng tế bào thực vật xuất tế bào vi khuẩn Câu 6: Vi sinh vật gây bệnh đường ruột? Câu 7:Công trình xử lý nước thải hiếu khí điều kiện nhân tạo ( sở khoa học, tác nhân vi sinh sơ đồ)? Cơ chế phân hủy chất hữu điều kiện hiếu khí Các trình hiếu khí xảy điều kiện tự nhiên hay điều kiện xử lý nhân tạo Trong điều kiện xử lý nhân tạo người ta tạo điều kiện tối ưu cho trình oxy hóa sinh hóa nên trình xử lý có tốc độ cao hiệu suất cao Quá trình chuyển hóa vật chất: +Qúa trình oxy hóa chất hữu :(đáp ứng nhu cầu lượng tế bào) CxHyOzN + O2 vsv „ CO2 + NH3 + H2O + Q +Qúa trình tổng hợp tế bào:(tổng hợp xây dựng tế bào) CxHyOz + NH3 + O2vsv,C5H7NO2 + CO2 + H2O + Q (2) (C5H7NO2: Công thức theo tỷ lệ trung bình nguyên tố tế bào vi sinhvật) +Qúa trình oxy hóa nội bào (tự oxy hóa): tiếp tục tiến hành QT oxy hóa không đủ chất dinh dưỡng, Qúa trình chuyển hóa chất tế bào bắt đầu xảy qúa trình tự oxy hóa: C5H7NO2 + O2vsv,CO2 + NH3 +H2O + Q (3) Trong trình oxy hóa sinh hóa hiếu khí, chất hữu chứa N, S, P chuyển thành NO3-, SO42-, PO43-, CO2, H2O NH3 + O2vsv ềHNO2+ O2 +vsy HNO3 (4) (2): lượng oxy tiêu tốn cho phản ứng tổng BOD NT (1), (2), (3), (4): lượng oxy tiêu tốn gần gấp lần lượng oxy cho phản ứng đầu Khi môi trường cạn nguồn C hữu cơ, loại vi khuẩn nitơrít hóa (nitrosomonas) nitơrat hóa (nitrobater) thực trình nitơrat hóa theo giai đoạn: 55NH4+ + 76O2 + 5CO2 nitrosomonaC5H7NO2 + 54NO2- + 52H2O + 109 H+ 400 NO2- + 19 O2 + NH3 + H2O + 5CO2 nitrobater , ,C5H7NO2 + 400 NO3-