KHUẨN [4]
Để tồn tại vă phât triển, tế băo vi sinh vật thường xuyín phải trao đổi chất vă năng lượng với mơi trường bín ngoăi. Một mặt chúng nhận câc chất dinh dưỡng cần thiết từ môi trường ngoăi, mặt khâc thải ra ngoăi câc sản phẩm trao đổi chất. Như vậy, giữa môi trường xung quanh vă mơi trường bín trong tế băo tồn tại một hăng răo thẩm thấu, hăng răo năy chính lă măng tế băo chất lypoprotein. Những dẫn chứng sau đđy có thể chứng minh kết luận trín: Câc hợp chất ưa lipid thường xđm nhập văo tế băo nhanh hơn câc hợp chất kỵ lipid. Hơn nữa nếu xử lý vi sinh vật bằng câc dung mơi của lipid như butanol (gđy nín việc tâch câc hợp chất phđn tử thấp khỏi tế băo) thì hăng răo thẩm thấu của vi sinh vật có thể bị hủy hoại. Rõ răng lă măng tế băo chất phải có khả năng tinh vi, điều chỉnh sự ra văo câc chất khâc nhau, tế băo nhận vă thải câc chất một câch chọn lọc. Vận chuyển của câc chất qua thănh tế băo tương đối đơn giản. Sự xđm nhập của nước vă câc chất hòa tan qua măng tế băo chất lă quâ trình động học; tế băo vi sinh vật đang sống không bao giờ ở trạng thâi cđn bằng với môi trường xung quanh. Câc chất được vận chuyển qua măng tế băo chất thông qua một trong hai cơ chế:
khuếch tân đơn giản hay còn gọi lă vận chuyển bị động vă vận chuyển chủ động phđn tử
protein đặc biệt có trín bề mặt tế băo.
3.1. Khuếch tân thụ động
Câc phđn tử đi qua măng nhờ sự chính lệch nồng độ (trong trường hợp câc chất khơng điện phđn) hay chính lệch điện thế (trường hợp câc ion) ở hai phía của măng. Sự vận chuyển kiểu năy khơng địi hỏi bất kỳ một chi phí năng lượng năo của tế băo vi sinh vật.
Hăng loạt câc nghiín cứu đê khẳng định, trừ nước ra, rất ít câc hợp chất có thể qua được măng tế băo theo cơ chế trín. Đa số câc chất hịa tan qua măng do tâc dụng của câc chất vận chuyển đặc biệt:
Những phđn tử protein vận chuyển sắp xếp trong măng liín kết với câc phđn tử chất hịa tan rồi chuyển chúng văo bề mặt bín trong của măng: từ đđy câc phđn tử hòa tan được chuyển văo trong tế băo chất. Kiểu khuếch tân năy được gọi lă kiểu khuếch tân xúc tiến. Câc phđn tử protein vận chuyển nói trín được gọi lă protein thấm-permease. Bản chất protein của permease được khẳng định bởi câc dẫn chứng sau:[4]
Việc tổng hợp permease thường được cảm ứng hoặc được kiềm chế như tổng hợp một số enzyme.
Chloramphenicol ức chế việc tổng hợp protein cũng ức chế quâ trình tổng hợp permease.
Hăng loạt câc protein măng mang tính chất của permease đê được tâch ra.
Tế băo vi sinh vật có khả năng tổng hợp một lượng lớn câc permease, câc acid amine vă hydrate carbon. Tuy nhiín nếu hệ thống vận chuyển năy đều được tổng hợp thường xuyín theo kiểu cấu trúc thì tế băo sẽ phí phạm về vật chất vă năng lượng. Do đó, chúng ta khơng lấy lăm lạ lă, nhiều permease được tổng hợp theo kiểu cảm ứng hoặc kiềm chế. Ngoăi ra protein thấm cịn có enzyme vận chuyển.
Sự vận chuyển câc chất dinh dưỡng nhờ permease có thể theo cơ chế thụ động (khơng cần năng lượng) hoặc chủ động (cần năng lượng tế băo).
Theo cơ chế vận chuyển thụ động thì chất hịa tan liín kết thuận nghịch văo một vị trí trín phđn tử permease nằm ở bín trong măng (có thể ở câc lỗ của măng). Phức hợp chất hòa tan được vận chuyển theo cả hai phía của măng nhờ sự chính lệch nồng độ của một chất năo đó, nghĩa lă sự vận chuyển diễn ra theo kiểu ''xi dịng''. Sự vận chuyển thụ động đê được chứng minh ở một số vi sinh vật.
Tuy nhiín vi sinh vật có khả năng tích luỹ một số chất với nồng độ cao hơn nhiều so
với bín ngoăi. Chẳng hạn nồng độ của K+ bín trong tế băo có thể cao gấp hăng ngăn lần so
với bín ngoăi. Để đảm bảo trung hịa điện tử, tế băo cũng phải thải ra ngoăi câc ion H+, hay
Na+. Thím văo đó người ta cịn thấy ở câc măng tế băo vi khuẩn có hoạt tính của ATP - ase lă
men có liín quan đến việc vận chuyển câc chất. Như vậy trong tế băo vi sinh vật ngoăi cơ chế vận chuyển thụ động còn tồn tại cơ chế vận chuyển chủ động nhờ permease. Sự vận chuyển năy được tiến hănh bất chấp gradien nồng độ nghĩa lă theo kiểu ''ngược dịng'' năng lượng tiíu thụ có lẽ do ATP ( hình thănh trong mesosom hoặc măng tế băo chất) cung cấp.
Trong mơ hình vận chuyển trín thì cùng một phđn tử permease có thể đảm nhận cả chức vận chuyển chủ động lẫn chức vận chuyển thụ động (tùy theo sự có mặt hay vắng mặt của ATP).
Ngăy nay, người ta đê phđn lập được hăng loạt protein vận chuyển trong câc loăi vi sinh vật. Giống như enzime, chúng có tính đặc hiệu cơ chất khâc nhau. Một số có tính đặc hiệu hầu như tuyệt đối. Chẳng hạn như permease của galactose ở E. coli chỉ vận chuyển galactose. Câc permease của đường vă acid amine khâc thể hiện tính đặc hiệu yếu hơn đối với câc chất hòa tan. Điều đâng chú ý lă, trong vi khuẩn sự vận chuyển chủ động của đường, phụ thuộc văo câc q trình phosphorryl hóa. Năm 1964 Kundig phđn lập được một hệ thống phosphortransferase bao gồm hai men (E1 vă E2) vă một protein vận chuyển bền nhiệt (HPr) có khối lượng phđn tử thấp. Câc thănh phần protein của hệ thống năy đê được thuần khiết vă phản ứng diễn ra hai bước:
Trước hết E1 chuyển phosphate từ phosphorenolpiruvat (PEP) đến HPr: HPr +PEP → HPr-P + Piruvat
E1 lă chung cho nhiều loại đường nhưng E2 lại đặc hiệu cho từng loại đường. Nghĩa lă một đột biến năo đó ảnh hưởng đến việc tổng hợp E1 sẽ dẫn đến mất khả năng vận chuyển nhiều loại đường. Trâi lại với đột biến như thế với E2 chỉ ảnh hưởng đến sự vận chuyển một loại đường.