MỤC LỤC
Toàn bộ các hoạt động hoá học trong cơ thể nhằm đảm bảo cho cơ thể sinh trưởng, phát triển thì gọi là quá trình trao đổi chất. Trong trao đổi chất của vi sinh vật chúng ta chủ yếu tìm hiểu quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ chứa nitơ và không chứa nitơ. Người ta ước tính nếu không có sự bù trả lại CO2 cho không khí thì số lượng CO2 trong không khí chỉ đủ để cung cấp cho quang hợp của cây xanh trong vòng 40 năm.
Nhưng trong thực tế, song song với sự mất CO2 trong không khí do quá trình quang hợp luôn luôn có một lượng CO2 gần như vậy được sinh ra do quá trình hô hấp, quá trình đốt cháy nhiên liệu, đun nấu, quá trình phân giải các xác hữu cơ nhờ vi sinh vật và quá trình hoạt động của núi lửa. Riêng đối với vi sinh vật, chúng ta thấy rằng do tốc độ sinh sôi nảy nở rất nhanh chóng, với tính đa dạng về mặt sinh lý và khả năng trao đổi chất mạnh mẽ, vi sinh vật có vai trò to lớn trong việc thực hiện vòng tuần hoàn cacbon trong tự nhiên. Tốc độ phân giải và chiều hướng phân giải các hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, loại hình vi sinh vật và điều kiện ngoại cảnh.
Oxy phân tử không tham gia vào quá trình oxy hoá, sở dĩ ở đây có quá trình oxy hoá là do hidro được tách ra khỏi cơ chất. Hidro được tách ra có thể được tách ra dưới dạng khí hoặc có thể lại được liên kết ngay với chính sản phẩm phân giải của cơ chất hữu cơ đó. Năng lượng sinh ra trong quá trình lên men sẽ chi phí một phần cho các phản ứng khử, ngoài ra còn được tích luỹ lại trong liên kết cao năng.
Sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men ngoài CO2 còn có cả những hợp chất cacbon chưa được oxy hoá ho àn toàn như rượu, axit hữu cơ, aldehyt, xeton. Tất cả các quá trình lên men đều bắt đầu từ sự phân giải đường trong điều kiện kỵ khí theo con đường EMP để tạo thành axit piruvic. * Quá trình lên men etylic (lên men rượu): Quá trình lên men rượu là quá trình chuyển hoá đường glucoza thành rượu etylic và CO2, đồng thời làm sản sinh ra một số năng lượng xác định dưới tác dụng của hệ thống enzim của một số vi sinh vật.
Nhiều loài vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí không bắt buộc cũng có khả năng tạo thành rượu như là một sản phẩm chủ yếu hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men các hexoza hay pentoza. - Lên men rượu nhờ nấm men: Trong quá trình này glucoza được chuyển hoá thành axit piruvic theo con đường EMP, sau đó axit piruvic sẽ bị decacboxyl hoá thành axetaldehyt và axetaldehyt tiếp tục bị khử thành rượu etylic.
(cất hay không cất, pha hay không pha) mà người ta có thể làm ra nhiều loại đồ uống khác nhau có chứa rượu etylic. Hiện tượng này được Pastuer phát hiện đầu tiên, ông nhận thấy trong quá trình lên men rượu, khi sục oxy vào thì việc tích luỹ rượu bị ngừng lại và nhu cầu glucoza bị giảm đi, quá trình đường phân EMP bị đình chỉ, lúc đó vi sinh vật tăng cường quá trình hô hấp. Lượng glyxerin càng sinh ra nhiều hơn nữa nếu quá trình lên men xảy ra với sự có mặt của NaHSO3.
- Lên men rượu nhờ vi khuẩn: trong các vi khuẩn lên men rượu chỉ ở Sarcina ventriculi người ta mới tìm thấy con đường tạo thành etylic theo kiểu của nấm men (phân giải đường theo con đường EMP). Trong quá trình lên men của một số vi khuẩn đường ruột và Clostridium, rượu được hình thành như là một sản phẩm phụ của quá trình lên men. Song tiền chất của etylic tức axetaldehyt không được giải phóng trực tiếp từ axit piruvic nhờ piruvatdecacboxylaza mà nhờ phản ứng khử axetyl photphat.
* Quá trình lên men lactic: Lên men laitic là quá trình chuyển hoá glucoza thành axit lactic trong điều kiện kỵ khí. Các vi khuẩn lên men lactic đồng hình phân giải glucoza theo con đường EMP, nhưng các vi khuẩn lên men lactic dị hình do thiếu các enzim chủ yếu của con đường EMP, đó là aldolaza và triozophotphatizomeraza, vì thế giai đoạn đầu của sự phân giải glucoza theo con đường HMP, sau khi tạo thành 3 P glyxeraldehyt thì mới đi vào đoạn cuối của con đường EMP để tạo thành axit piruvic. Vi khuẩn len men lactic đồng hình là: Streptococcus lactis, Streptococcus cremosis, và các loài trong 2 giống phụ Streptobacterim, Thermobacterium, thuộc giống Lactobacterium.
Vi khuẩn lactic ít gặp trong đất và nước, chúng thường phát triển ở những nơi nhiều chất hữu cơ phức tạp như trên xác thực vật, sữa. *Ứng dụng quá trình lên men lactic: vi khuẩn lactic được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến sữa, chế biến rau quả, thực phẩm như: làm sữa chua;. Axit lactic là nguyên liệu rất cần thiết của công nghiệp thuộc da (làm mềm và làm nở da), công nghiệp dệt (nhuộm, in), công nghiệp tổng hợp chất dẻo, công nghiệp thực phẩm.
Vi khuẩn sinh metan là nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, chúng có khả năng chuyển hoá chất hữu cơ thành CH4, CO2 và một số axit hữu cơ khác. Quá trình này có thể chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu là sự phân giải các hợp chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, axit béo, rượu hữu cơ và CO2.
Các chất này tiếp tục được phân giải thành các axit amin hoặc được hấp thụ ngay vào tế bào vi sinh vật sau đó mới chuyển hoá thành axit amin. Một phần các axit amin này được vi sinh vật sử dụng trong quá trình tổng hợp protein của chúng, một phần khác tiếp tục được phân giải để tạo ra NH3, CO2 và nhiều sản phẩm trung gian khác. Các vi sinh vật không có khả năng sản sinh ra các enzim phân giải protein ngoại bào không có khả năng đồng hoá các protein thiên nhiên mà chỉ có thể sử dụng các sản phẩm thuỷ phân của protein (polipeptit, oligopeptit, axit amin).
Quá trình phân giải axit amin thành NH3, CO2, và nhiều sản phẩm trung gian khác có thể xảy ra nhờ quá trình khử amin, khử cacboxyl, hoặc đồng thời vừa khử amin vừa khử cacboxyl. - Khi phân giải axit amin có chứa lưu huỳnh sẽ giải phóng ra H2S, nếu tích luỹ nhiều trong đất có thể làm thối rễ cây trồng, đây cũng là chất khí làm cho phân hoặc thịt cá thối rữa có mùi hôi. - Một số amin sinh ra trong quá trình khử cacboxyl của axit amin có thể độc đối với người và gia súc như: histamin (tạo thành từ histidin), acmatin (tạo thành từ acginin), putrexin (tạo thành từ ocnitin), cadaverin (tạo thành từ lizin).
- Để tránh hiện tượng vi sinh vật tranh chấp thức ăn nitơ đối với lúa, việc cày vặn rạ hoặc bón phân xanh vào ruộng lúa nên tiến hành trước khi cấy 3 – 4 tuần và cần bổ sung thêm phân chuồng, phân đạm hoá học và vôi. Thực vật không có khả năng đồng hoá trực tiếp urê, nếu không có vi sinh vật phân giải urê thành NH3 thì tất cả nguồn nitơ lớn lao này cũng trở thành vô ích đối với mọi thực vật. Trong tự nhiên có nhiều vi khuẩn có khả năng phân giải urê như: Sarcina hansenii, Planosarcina ureae, Bacillus pasteurii, Micrococcus ureae, Proteus vulgaris, Pseudobacterium ureolyticum, Chromobacterium prodiogiosum.
Kitin là một hợp chất hữu cơ cao phân tử bền vũng, có cấu trúc gần giống với xenluloza nhưng khác ở chỗ gốc –OH ở nguyên tử C thứ 2 được thay thế bằng những gốc amin đã được axetyl hoá (-NHCOOCH3). Kitin có mặt trong thành phần của màng tế bào nhiều loài vi sinh vật, nhất là nấm Ascomycetes, Basidiomycetes, đồng thời cũng là một thành phần quan trọng của vỏ côn trùng và nhiều động vật khác (giáp xác). Trong tự nhiên cũng có nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải kitin, đáng chú ý là các loài thuộc giống: Achromobacter, Flavobacterium, Bacillus,.
Kitinaza tác dụng đồng thời lên các phần khác nhau của phân tử kitin và tạo thành kitobioza và kitotrioza, sau đó dưới tác dụng của enzim kitobiaza chúng được chuyển hoá thành các gốc monomer (glucozamin). NH4+ được sinh ra trong quá trình amôn hoá cũng như được giải phóng ra từ các dạng phân đạm hoá học sẽ nhanh chóng bị oxy hoá thành NO2-, rồi sau đó thành NO3-.