Sinh học vi sinh vật

Sinh học Vi sinh vậtChuyển hoá vật chất và năng lượng ở vi sinh vật Các kiểu dinh dưỡng	Tự dưỡng là hình thức mà cơ thể tự tổng hợp được các chất hữu cơ từ vô cơ. Có hai hình thức tự dưỡng là quang tự dưỡng và hoá tự dưỡng. Dị dưỡng: Là hình thức mà sinh vật không tự tổng hợp được mà lấy từ sinh vật khác. Các kiểu dinh dưỡng	Tự dưỡng là hình thức mà cơ thể tự tổng hợp được các chất hữu cơ từ vô cơ. Có hai hình thức tự dưỡng là quang tự dưỡng và hoá tự dưỡng. Dị dưỡng: Là hình thức mà sinh vật không tự tổng hợp được mà lấy từ sinh vật khác. Phân biệt các hình thức dinh dưỡng ? Đáp án Các kiểu chuyển hoá vật chấtHô hấp hiếu khí: Quá trình phân giải các chất hữu cơ thành CO2, nước và giải phóng ra năng lượng. Quá trình này diễn ra có sự tham gia của ôxi. Hô hấp kị khí: cũng là hình thức hô hấp những không có sự tham gia của tế bào. Lên men: là quá trình chuyển hoá năng lượng sinh học kị khí nhưng chất hữu cơ vừa là chất cho, vừa là chất nhận điện tử. Quá trình tổng hợp các chất nhờ vi sinh vậtĐặc điểm chung 	Các quá trình hấp thụ dinh dưỡng, chuyển hoá vật chất trong tế bào và sinh tổng hợp các chất của tế bào diễn ra với tốc độ khác nhanh. 	Phần lớn vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được cả 20 loại axit amin. Nguyên liệu dùng để sản xuất các loại axit amin là các sản phẩm trung gian. 	Trong nhiều trường hợp thì nhóm amin (NH2) được đưa vào trong giai đoạn cuối cùng của sinh tổng hợp nhờ chuyển axit amin. Nhiều axit amin được tổng hợp nhờ chuyển hoá các axit amin khác hay nhờ quá trình lên men. 	Có sự phân biệt rõ của hai loại chất là chất chuyển hoá sơ cấp và chuyển hoá thứ cấp. 	Chuyển hoá sơ cấp: các chất được sinh ra qua hàng loại các phản ứng trung gian tạo nên các nguyên liệu để sinh tổng hợp các phân tử hữu cơ.Chất chuyển hoá thứ cấp: được sinh ra sau pha sinh trưởng cấp số (pha log). Các chất này không nhất thiết cần cho sự phát triển của sinh vật, thường được tổng hợp bằng con đường riêng dưới sự điều khiển của các gen trên plasmid, các chất này thường được tiết ra ngoài tế bào.Tổng hợp axit axeticAxit axetic (CH2COOH)Tổng hợp axit xitricTổng hợp axit glutamic Tổng hợp protein đơn bàoĐược khai thác từ sinh khối của nhiều loại vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn lam, tảo spirulina, nấm men, vi khuẩn Con người dùng các loại protein này để bổ sung chất dinh dưỡng cho con người bằng cách ăn trực tiếp, thêm vào khẩu phần ăn Ngoài ra, nhiều loại axit amin, axit nucleic, vitamin cần cho sự sống cũng được con người khai thác từ sự tổng hợp của vi sinh vậtQuá trình phân giải các chất nhờ vi sinh vậtQUÁ TRèNH LấN MENLờn men là quỏ trỡnh phõn giải đường thành cỏc chất oxy hoỏ chưa triệt để. Sản phẩn của quỏ trỡnh lờn men là cỏc chất hữu cơ trung gian như rượu etylic, axit lactic Cỏc quỏ trỡnh lờn men thỡ chất cho điện tử và chất nhận điện tử đều là cỏc chất hữu cơ. Năng lượng thu được sau quỏ trỡnh lờn men thường thấp. Lên men rượuQuỏ trỡnh lờn men rượu hay cũn gọi là lờn men Etylic. Quỏ trỡnh này phõn giải đường glucozơ, tạo thành sản phẩm cuối cựng là rượu Etylic và CO2. Loài cú khả năng mạnh nhất trong quỏ trỡnh này là một loại nấm men Saccharomyces cerevisiae. Quỏ trỡnh lờn men rượu được ứng dụng trong cụng nghiệp làm bỏnh mỳ, dựng trong ủ men thức ăn gia sỳc, tạo cho thức ăn gia sỳc cú hương vị thơm ngon, kớch thớch tiờu hoỏ. Lên men lacticQuỏ trỡnh này phõn giải đường glucozơ thành axit lactic. Cú hai loại lờn men lactic là lờn men lactic đồng hỡnh và lờn men lactic dị hỡnh. Lờn men lactic đồng hỡnh thỡ glucụzơ bị phaõ giải thành sản phẩm chỉ là axit lactic. Nhúm vi sinh vật thực hiện quỏ trỡnh này là nhúm vi khuẩn Lactobacterium và StreptococcusLờn men lactic dị hỡnh thỡ glucozơ bị phõn giải thành axit lactic và cũn cú cả rượu etylic, axit axetic và glyxerin. Quỏ trỡnh lờn men lactic được ứng dụng để chế tạo axit lactic, muối rau quả, chế biến sữa chua Phân giải proteinQuỏ trỡnh phõn giaả protein gồm cú nhiều giai đoạn cú sự tham gia của vi sinh vật. Quỏ trỡnh biến từ protein thành NH3 được gọi là quỏ trỡnh amon hoỏ. Chỳng ta sẽ đề cập kỹ tới quỏ trỡnh này vỡ nú là quỏ trỡnh chủ yếu trong việc chuyển hoỏ protein.AMễN HOÁ PROTEINNhúm vi sinh vật cú khả năng phõn giải protein là những vi sinh vật cú khả năng tiết ra enzim proteinaza và peptidaza. Đầu tiờn, enzim proteinaza phõn giải protein thành cỏc chuỗi polypeptit và oligopeptit. Sau đú, dưới tỏc dụng của enzim peptidaza, cỏc chuỗi này bị phõn giải thành cỏc axit amin. Cỏc axit amin sẽ bị khử tạo thành NH3 và cỏc sản phẩm trung gian khỏc.Sinh trưởng của vi sinh vậtKhái niệm sinh trưởng	Sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật là sự tăng số lượng tế bào trong quần thể. Các khái niệm khác	Vi sinh vật có thể được nuôi cấy trên các máy lắc hoặc ở trạng thái tĩnh. Khi môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng thì là nuôi cấy không liên tục. Khi môi trường nôi cấy thường xuyên được bổ sung các chất là môi trường nuôi cấy liên tục. 	Thời gian từ khi xuất hiện đến lúc phân chia của một tế bào gọi là thời gian thế hệ (g)đồ thị sinh trưởngSố tế bào (N) sau n lần phân chia từ một N0 tế bào ban đầu trong một khoảng thời gian xác định (t) là N = N0.2n - Số lần phân chia trong một thời gian và đây là một chỉ số đặc trưng của từng loài. Trong mô trường nuôi cấy không liên tục thì sự sinh trưởng có đồ thị:t (giờ) N N0Pha lagPha logPha cân bằng độngPha suy vongPHa tiềm phát (Pha lag)	Đây là pha thích nghi của vi sinh vật với môi trường nuôi cấy. 	Trong pha này, các enzim thích hợp để phân giải cơ chất (enzim cảm ứng) được hình thành để phân giải các chất. 	Số tế bào của quần thể chưa tăng. Pha cấp số (Pha log)	Đây là pha mà tế bào nhân lên theo cấp số nhân vì trong giai đoạn thì môi trường đầy đủ dinh dưỡng, chưa có chất độc hại, số lượng tế bào vẫn ít nên không phải cạnh tranh nhiều. 	Số lần phân chia ở pha này đạt tới mức cực đại và không đổi theo thời gian đối với chủng sinh vật đó và loại môi trường đó. Pha cân bằng động	Sau pha log, số lượng tế bào đạt tới mức cực đại và không đổi do có tế bào chết đi và được thay thế bằng tế bào mới sinh ra, dinh dưỡng vẫn đủ dùng và chất độc chưa tích luỹ nhiều. Vì thế, pha này được gọi là pha cân bằng động. 	Số lần phân chia ở đây coi như là bằng 0. Pha suy vong	Các chất dinh dưỡng dần cạn kiệt, các chất độc thải ra trong quá trình trao đổi chất được tích lũy nhiều lên nên các tế bào chết đi, phân hủy trong khi đó tế bào mới lại không có đủ điều kiện (về dinh dưỡng) để phân chia nên số lượng tế bào của quần thể giảm dần. Sinh trưởng trong môi trường nuôi cấy liên tục	Đây là môi trường mà các chất dinh dưỡng liên tục được bổ sung, các chất độc được rút ra nên nên các quần thể tránh bị tình trạng “già hoá” (do thiếu dinh dưỡng, do chất độc quá nhiều)	Người ta dùng phương pháp này để thu sinh khối các chất như protein đơn bào, axit amin, vitamin. Sự sinh sản của vi sinh vậtSinh sản phân đôiHình thức sinh sản của vi sinh vật nhân sơ. Khi tế bào hấp thụ các chất dinh dưỡng, lớn lên, dẫn ngay tới sự phân chia. Màng sinh chất gấp nếp tạo thành mezoxôm ADN đính vào các vòng này để làm điểm tựa nhân đôi, đồng thời thành tế bào hình thành vách ngăn để tạo ra hai tế bào. Sinh sản bằng bào tử, nảy chồiMột số loại vi sinh vật có hình thức sinh sản bằng ngoại bào tử như vi sinh vật dinh dưỡng metan, bào tử đốt.. Một số vi sinh vật khác lại sinh sản bằng cách nảy chồi. Các bào tử sinh sản này đều chỉ có màng, không có vỏ và không có canxi đipicolinat. Nội bào tử vi khuẩnĐây không phải là một hình thức sinh sản mà chỉ là một thể tạm nghỉ gồm có nhiều lớp màng dày, có khả năng đề kháng cao đối với các tác nhân lý, hoá, chịu nhiệt. Nội bào tử vi khuẩn có vỏ đồng thời hình thành hợp chất đặc trưng là canxi đipicolinat Chính nhờ hợp chất này mà nó có khả năng chịu nhiệt cao.Bào tử nấmĐây là một loại bào tử sinh sản Cấu tạo chủ yếu từ hai lớp màng dày (hemi-xenlulozơ và kitin),không có axit đipicôlinic (muối đipicôlinat). Có nhiều loại nấm có thể sinh sản hữu tính bằng cách tiếp hợp bào tử do kết hợp hai tế bào với nhau. Chúng có thể sinh sản bằng bào tử kín, một loại bào tử do tiếp hợp có sự giảm phân) hoặc bào tử trầnSinh sản ở tảo đơn bào và động vật nguyên sinh	Chúng sinh sản vô tính bằng cách phân đôi nguyên nhiễm hoặc sinh sản hữu tính bằng cách hình thành bào tử chuyển động hay hợp tử nhờ sự kết hợp giữa hai tế bàoảnh hưởng của các yếu tố hoá học lên sinh trưởng và phát triển của vi sinh vậtCác chất dinh dưỡngCác nguyên tố cơ bản là : C, H, O, N, S là những nguyên tố kiến tạo nên các thành phần tế bào. Các nguyên tố này thường được vi sinh vật hấp thụ qua một hợp chất. Các nguyên tố vi lượng như Zn, Mn, Mo có vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng hoá thẩm thấu, hoạt hoá enzim.Một số chất mà một loại vi sinh vật nhất định không thể tổng hợp được từ các nguyên tố vô cơ, nhưng lại rất cần thiết đối với cơ thể vi sinh vật gọi là vi sinh vật khuyết dưỡng với chất đó. Ví dụ, vi sinh vật không có khả năng tổng hợp lizin gọi là vi sinh vật khuyết dưỡng lizin Vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được tất cả các chất cho cơ thể chúng thì gọi là vi sinh vật nguyên dưỡng. các chất ức chế Các chất hoá họcCơ chế tác độngứng dụngCác hợp chất phenol Biến tính protein, màng tế bàoKhử trùng trong bệnh viện . Các loại cồnThay đổi sự cho đi qua của lipit màngThanh trùng trong y tế Iot, rượu iot Oxi hoá các thành phần tế bàoDiệt khuẩn trên da, tẩy trùng  Clo, cloraminSinh oxi nguyên tử, ôxi hoá mạnhThanh trùng nước máy, nước bể bơiCác kim loại nặngGắn vào vị trí SH của protein, làm bất hoạt chúngDiệt bào tử đang nảy mầm, các thể sinh dưỡngCác andehytBất hoạt các proteinSử dụng rộng rãi trong thanh trùngCác khí O2, C2H4Oxi hoá các thành phần tế bàoKhử trùng các dụng cự nhựa, kim loạiCác chất kháng sinh Diệt khuẩn có chọn lọcDùng trong y tế, thú ý ảnh hưởng của các yếu tố vật lý lên sinh trưởng và phát triển của vi sinh vậtNhiệt độNhiệt độ ảnh hưởng sâu sắc tới sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật vì nhiệt độ ảnh hưởng tới các loại protein, các loại enzim, tốc độ các phản ứng hoá học nên nó quyết định sự nhanh chậm của quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh sản. Dựa vào đặc điểm nhiệt độ mà chia làm 3 nhóm vi sinh vật là ưa nhiệt, ưa ấm, ưa lạnhNhóm ưa ấm: nhiệt độ sinh trưởng từ 20oC đến 40oCNhóm ưa nhiệt: nhiệt độ sinh trưởng từ 45oC đến 55oCNhóm ưa lạnh: nhiệt độ sinh trưởng từ 0oC đến 10oC	Tuy nhiên, sự phân chia này chỉ mang tính tương đối vì còn thuộc vào chủng, điều kiện sinh trưởng cụ thể. Có nhiều loài có khả năng chịu nhiệt ngoài các ngưỡng này. độ pH	pH ảnh hướng tới tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hoá vật chất của tế bào, hoạt tính enzim, sự hình thành ATP 	Dựa vào môi trường mà chia làm 3 nhóm chính là nhóm ưa axit, ưa kiềm, ưa môi trường trung tính. 	Sinh vật cũng có thể sản sin và tiết H+ vào môi trường làm thay đổi pH của môi trường. Khái niệm về VIRUTVi rỳt là kớ sinh nội bào bắt buộc, chưa cú cấu tạo tế bào, chỉ gồm cso một axit nucleic (hoặc là ADN hoặc là ARN) được bao bọc bởi vỏ protein, muốn nhõn lờn phải nhờ bộ mỏy tổng hợp của tế bào chủ. CẤU TẠO CỦA VI RUTTất cả cỏc virut đều gồm cú hai thành phần cơ bản: Lừi axit nucleic (Bộ gen) và vỏ protein (cũn gọi là vỏ capsit) bọc bờn ngoài để bảo vệ axit nucleic. Phức hợp này cọi là nucleo-capsit.Bộ gen của virut cú thể là ADN hoặc ARN, chuỗi đơn hoặc chuỗi kộp. Vỏ capsit được cấu tạo từ cỏc tiểu đơn vị protein gọi là capsome. Virut càng lớn thỡ lượng capsome càng nhiều. Một số loại virut cũn cú thờm một vỏ bao bờn ngoài vỏ capsit, gọi là vỏ ngoài. Vỏ ngoài là lớp lipitkộp, trờn cú cỏc gai glicoprotein làm nhiệm vụ khỏng nguyờn và giỳp virut bỏm lờn bề mặt tế bào. Virut khụng cú vỏ ngoài gọi là virut trần.Một virut hoàn chỉnh cũn được gọi là virionHèNH THÁIMỗi virut thường được gọi là hạt. Hạt virut cú 3 loại cấu trỳc: xoắn, khối, và hỗn hợp. Cấu trỳc xoắn: Capsome sắp xếp theo chiều xoắn của axit nucleic. Cấu trỳc xoắn thường làm cho virut cú hỡnh que hay hỡnh sợi nhưng cũng cú loại lại cú hỡnh cầu. Cấu trỳc khối: capsome sắp xếp theo hỡnh khối đa diện với 20 mặt tam giỏc đều. - Cấu trỳc hỗn hợp: Chỳng chứa cả hai dạng cấu trỳc là xoắn và cấu trỳc hỗn hợp. Vớ dụ như phagơ: đầu cú cấu trỳc khối chứa axit nucleic gắn với đuụi cú cấu trỳc xoắn.MỘT PHAGƠKÍCH THƯỚC	Virut cú kớch thước trung bỡnh từ 10 đến 100 nm. Nếu lấy vi khuẩn E.coli làm chuẩn thỡ virut lớn nhất bằng 1/10; cũn virut bộ nhất cú kớch thước bằng 1/100.PHÂN LOẠI VIRUTVirut được phõn loại chủ yếu dựa vào axit nucleic (ADN hay ARN), cấu trỳc vỏ capsit (cú bao nhiờu capsome), cấu trỳc vỏ ngoài (Cú vỏ ngoài hay khụng cú vỏ ngoài). Trong đú, cú hai nhúm virut lớn là virut ADN và virut ARN. Ngoài ra cũn cú thể phõn loại: vi khuẩn động vật, vi rut thực vật, hay virut vi sinh vật (phagơ) VIROIT	Viroit là phõn tử ARN gõy nhiễm cho tế bào thực vật, cú kớch thước nhỏ, mạch đơn, khộp vũng và khụng cú vỏ protein. Viroit thậm chớ khụng cú cả gen mó hoỏ cho protein. Sự nhõn lờn của viroit hoàn toàn phụ thuộc vào enzim của vật chủ. Viroit gõy bệnh ở thực vật. PRIONPrion là phõn tử protein, khụng cú axit nucleic gõy nhiễm ở một số tế bào nhất định của động vật. Prion thường được viết tắt là PrP. Trong điều kiện bỡnh thường thỡ chỳng khụng độc, nhưng vỡ một lý do nào đú làm cho chỳng thay đổi cấu hỡnh khụng gian thỡ chỳng trở thành độc và lõy lan bằng cỏch biến cỏc protein khỏc của cơ thể trở thành cú cấu hỡnh giống mỡnh.SỰ NHÂN LấN CỦA VIRUTChu trỡnh nhõn lờn của virut gồm cú 4 giai đoạnGiai đoạn 1: Hấp phụ: 	Virut bỏm một cỏch đặc hiệu lờn thụ thể bề mặt tế bào, nếu khụng đặc hiệu thỡ virut khụng thể bỏm vào được. Giai đoạn 2: Xõm nhập: 	Đối với phagơ: enzim lizozim làm tan thành tế bào và bơm axit nucleic vào trong, cũn vỏ thỡ ở bờn ngoài. 	Đối với virut động vật: đưa toàn bộ vào trong tế bào, sau đú mới bỏ vỏ để giải phúng axit nucleic. Giai đoạn 3: Sinh tổng hợp: 	Virut sử dụng enzim và nguyờn liệu của vật chủ để nhõn tổng hợp axit nucleic và protein cho riờng mỡnh. Một số virut cú enzim riờng tham gia quỏ trỡnh tổng hợp. Giai đoạn 4: Lắp rỏp: 	Lắp rỏp axit nucleic vào protein vỏ để tạo thành viroin hoàn chỉnh. Giai đoạn 5: Phúng thớch 	Virut phỏ vỡ tế bào vật chủ, ồ ạt tràn ra ngoài. Nếu virut nhõn lờn làm tan tế bào gọi là quỏ trỡnh sinh tan. Nếu ADN của virut gắn vào NST của vật chủ mà tế bào vẫn sinh trưởng bỡnh thường thỡ thỡ gọi là quỏ trỡnh tiềm tan. 	Khi cảm ứng, virut cú thể chuyển từ kiểu tiềm tan sang thành sinh tan. HIV VÀ BỆNH AIDSHIV là virut gõy suy giảm miễn dịch ở người. Chỳng cú khả năng gõy nhiễm, phỏ huỷ tế bào bạch cầu Limpho T. Sự giảm cỏc tế bào này làm mất khả năng miễn dịch của cơ thể. Cỏc vi sinh vật khỏc lợi dụng lỳc này sẽ gõy bệnh cỏc bệnh cơ hội. Các tài liệu tham khảo- Nguyễn Thành Đạt (Tổng chủ biên kiêm chủ biên) – Trần Dụ Chi – Trịnh Nguyên Giao – Phạm Văn Lập – Phạm Văn Ty. Sinh học 10 – Sách giáo khoa thí điểm – Ban Khoa học Tự nhiên – Nhà xuất bản Giáo dục năm 2003. Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty. Vi Sinh vật học – Nhà xuất bản Giáo dục năm 2003. Nguyễn Thành Đạt. Cơ sở sinh học vi sinh vật – Nhà xuất bản Đại học Sư phạm Hà Nội năm 2005.Trần Cẩm Võn. Giỏo trỡnh vi sinh vật học mụi trường. NXB ĐHQGHN năm 2001