Bài giảng vi sinh vật học chương 3 ths nguyễn thành luân

Chức năng sinh lý của nước trong tế bào là: - Hoà tan và chuyển vận các chất, hỗ trợ cho việc hấp thu chất dinh dưỡng, giải phóng các sản phẩm trao đổi chất.. - Là thể dẫn nhiệt tốt, hấ

Chương 3: Dinh dưỡng và sinh

trưởng của VSV

DINH DƯỠNG VI SINH VẬT

Khái quát về nhu cầu dd của VSV

 95% trọng lượng khô của tế bào: C, H, O, N, S, P, K, Ca,

Mg, Fe – Nguyên tố đa lượng

 C, H, O, N, S, P cấu tạo nên glucid, lipid, protein, a nucleic

 K, Ca, Mg, Fe hiện diện ở dạng cation

Những nguyên tố cần ở liều lượng rất thấp: Mn, Zn, Co,

Mo, Ni, Cu – Nguyên tố vi lượng

 Không thể thiếu được trong tế bào

 Tham gia vào cấu tạo enzyme, coenzyme, xúc tác phản ứng,

duy trì cấu trúc của protein

Các nguyên tố chủ yếu trong tế bào VSV (% trọng lượng khô)

Thành phần hóa học của vi khuẩn theo F.C Neidhardt 1996

- Nước

- Các đại phân tử

+Protein

+Polysaccharide

+Lipid

+ADN

+ARN

- Các đơn phân tử

+Aminoacid và tiền thể

+Đường và tiền thể

+Nucleotid và tiền thể

- Các ion vô cơ

-

96

55

5 9,1 3,1 20,5 3,0 0,5

2 0,5

1

Thành phần dinh dưỡng

trong môi trường nuôi cấy VSV

Các nguồn

dinh dưỡng

Nước

Nguồn cacbon Nguồn nito

Chất sinh trưởng Nguồn muối vô cơ

Nước (Water)

Nước là thành phần không thể thiếu để vi sinh vật có

thể sinh trưởng Chức năng sinh lý của nước trong tế bào

là:

- Hoà tan và chuyển vận các chất, hỗ trợ cho việc hấp

thu chất dinh dưỡng, giải phóng các sản phẩm trao đổi

chất

- Tham gia vào hàng loạt các phản ứng hóa học trong

tế bào

- Duy trì cấu hình thiên nhiên ổn định của các đại phân

tử như protein, acid nucleic

- Là thể dẫn nhiệt tốt, hấp thu tốt nhiệt lượng sinh ra

trong quá trình trao đổi chất và khuếch tán kịp thời ra bên

ngoài để duy trì sự ổn định của nhiệt độ bên trong tế bào

- Duy trì hình thái bình thường của tế bào

Nhu cầu về nguồn cacbon

Nhu cầu C, H, O thường được thỏa mãn cùng

một lúc

Carbon (C) cần cho sự hình thành bộ khung của

tất cả các phân tử chất hữu cơ

- Nguồn C trải qua một loạt quá trình biến hoá hoá học

phức tạp để tạo vật chất của bản thân tế bào VSV và các

sản phẩm trao đổi chất

Nguồn cacbon được VSV sử dụng

Đường glucose, fructose, maltose,

saccharose, galactose, lactose, Polysaccharide Tinh bột, cellulose …

Acid hữu cơ acid lactic, acid citric, acid fumaric,

acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp, aminoacid

Lipid lipid, phospholipid

Hydrocarbon khí thiên nhiên, dầu thô, dầu paraffin

Carbonate NaHCO3, CaCO3, đá phấn

Các nguồn C khác Hợp chất nhóm thơm, cyanide,

Nhu cầu nguồn Nitơ (source of nitrogen)

Protein và sản

phẩm phân giải

của protein

Peptone, peptide, aminoacid

Ammone và muối

ammone

NH3, (NH4)2SO4, (dễ được hấp thu)

Nitrate KNO3 (dễ được hấp thu)

N phân tử N2 (chỉ với vi sinh vật cố định N)

Các nguồn N

khác

Purine, pyrimidine, urea, amine, amide,

cyanide (chỉ một số nhóm vi sinh vật

mới có thể đồng hoá được)

Whey, cao nấm men, bột đậu nành

2 Khi nuôi cấy 1 đối tượng VSV có bổ sung

nguồn nitơ là muối amoni vô cơ hoặc nitrat vô cơ

người ta thấy VSV sinh trưởng phát triển không

tốt Nguyên nhân có thể do đâu? (giả sử các yếu

tố khác được đáp ứng đầy đủ) Có thể khắc phục

bằng cách nào?

1 Nấm men, vi khuẩn, tảo, nấm mốc thích hợp với nguồn nitơ vô

cơ nào?

3 Phân biệt các nhóm VSV có nhu cầu khác nhau

với amino acid?

Nguồn muối vô cơ (source of inorganic salt)

Các muối vô cơ là nguồn chất dinh dưỡng không thể thiếu

Hợp chất sử dụng Chức năng sinh lý

KH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 Là tp của acid nucleic, nucleoprotein, phospholipid, coenzyme,

ATP Làm nên hệ thống đệm giúp điều chỉnh pH môi trường

(NH 4 ) 2 SO 4

, MgSO 4

Là thành phần của các aminoacid chứa S, một số vitamin;

glutathione…

MgSO 4 Là thành phần trung tâm hoạt tính của một số enzyme, thành

phần của sắc tố quang hợp…

CaCl 2 , Ca(NO 3 ) 2 Tạo tính ổn định của một số cofactor, enzyme

NaCl Thành phần của hệ thống chuyển vận của tế bào, duy trì áp

suất thẩm thấu, duy trì tính ổn định của một số enzyme

KH 2 PO 4 , KH 2 PO 4 Là cofactor của một số enzyme, duy trì áp suất thẩm thấu của

tế bào…

FeS0 4 Thành phần của sắc tố vi khuẩn và một số enzyme

Nhu cầu về chất sinh trưởng

Nhu cầu về yếu tố tăng trưởng

Có 3 loại yếu tố tăng trưởng

Acid amin: cần để tổng hợp protein

Purine hay pyrimidine: cần để tổng hợp acid amin

Vitamin: là thành phần cấu thành các coenzyme

Yếu tố tăng trưởng của VSV này có thể không phải là yếu

tố tăng trưởng của VSV khác

Vai trò của vitamin đối với một số VSV

Cho biết vai trò của các chất trong 2 mt trên?

Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng

Chất dinh dưỡng phải được vsv hấp thu vào tế bào

trước khi được sử dụng

Cơ chế hấp thu phải mang tính chuyên biệt

Màng tế bào chất là một màng thấm có tính chọn lọc

– ngăn cản sự xuyên qua tự do của phần lơn các cơ

chất

Các cơ chất được hấp thu qua màng thông qua các cơ

chế: vận chuyển thụ động (passive transport) và vận

chuyển chủ động (active transport)

Vận chuyển thụ động

Phân tử di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ

thấp do giao động nhiệt

Nồng độ cơ chất bên ngoài phải cao hơn bên trong tế bào 

vận chuyển từ ngoài vào trong

Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào sự chênh lệch gradient

nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào Tốc độ giảm khi

chênh lệch gradient nồng độ giảm

 Không tiêu tốn năng lượng, ít hiệu quả (vận chuyển được

những phân tử có kích thước nhỏ hoặc có khả năn hòa tan

trong lipid)  ít được sử dụng

Khuếch tán

Khuếch tán dễ dàng

Là quá trình khuếch tán các phân tử lớn (như glucose)

qua màng nhờ những protein nằm trên màng tế bào

chất (các kênh protein và các protein mang)

Vận chuyển chủ động

Là quá trình vận chuyển cơ chất qua màng ngược gradient

nồng độ

Quá trình này tiêu tốn năng lượng của tế bào (ATP)

Những protein màng có vai trò vận chuyển (permease)

Những phân tử được vận chuyển kết hợp chuyên biệt với

permease – làm permease thay đổi cấu trúc và năng lượng

hoạt hóa – được vận chuyển vào trong

Đây là cơ chế vận

chuyển điển hình

xảy ra với hầu hết

chất dinh dưỡng

SINH TRƯỞNG – PHÁT TRIỂN

CỦA VI SINH VẬT

1 Khi nghiên cứu sự sinh trưởng, phát triển

của VSV có gì đặc biệt hơn so với thực vật,

động vật?

2 Ý nghĩa các đại lượng và công thức tương

quan giữa các đại lượng khi xây dựng mẫu

lí thuyết cho ST-PT của VSV?

Sinh trưởng, phát triển của VSV trong nuôi cấy tĩnh

Đặc điểm ST-PT của VSV trong từng pha?

Đường cong sinh trưởng của VSV trong nuôi cấy tĩnh

Đường cong sinh trưởng trên xảy ra trong điều kiện nào?

Time

Sinh

khối

VSV

Đường cong trên cho biết hiện tượng gì ở VSV?

Giải thích cụ thể?

Time

lag

log

Cân bằng động

Tử vong

lag

log

Sinh

khối

VSV

Giả sử khi nuôi cấy vi khuẩn Vibrio, ban đầu

người ta cấy 3 triệu tế bào/ml vào môi trường

nuôi cấy Hỏi sau 1h số lượng tế bào đạt bao

nhiêu, biết rằng cứ 20 phút tế bào phân chia 1

lần?

Khi theo dõi sinh trưởng của Vibrio người ta ghi:

G=1/5h, hoặc khi ghi C = 6 h-1  có thể hiểu như

thế nào?

Phương pháp xác định ST-PT của VSV

 Đếm tế bào bằng buồng đếm trên kính hiển vi

 Xác định sinh khối khô

 Đo độ đục

 Phương pháp MPN

 Xác định nitơ tổng hay cacbon tổng

 Xác định O2 , CO2 hay sản phẩm lên men thông

qua quá trình trao đổi chất

ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ

YẾU TỐ HÓA HỌC – VẬT

LÍ ĐẾN ST - PT

Ảnh hưởng pH môi trường

* Độ pH là đại lượng đo độ axid hay độ kiềm tương

đối

* Độ pH ảnh hưởng tới tính thấm qua màng, hoạt

động chuyển hóa vật chất trong tế bào, hoạt tính

enzim, sự hình thành ATP,…

pH có ý nghĩa quyết định đối với sinh trưởng

của nhiều vsv

Có 3 nhóm vsv:

 - VSV ưa acid: đa số nấm, 1 số vi khuẩn,…

 - VSV ưa trung tính: vi khuẩn, bệnh, động vật nguyên sinh

 - VSV ưa kiềm: vi khuẩn ở các hồ, đất kiềm

 Mỗi nhóm có pH cực tiểu, tối thích, cực đại khác nhau

Thiobacillus thiooxydans Actinomycetes Bacillus

(vsv ưa acid) (vsv ưa kiềm) (vsv ưa trung tính)

Ảnh hưởng pH môi trường

Ảnh hưởng pH môi trường

 Môi trường nuôi cấy VSV thường bổ sung chất đệm

(như muối của acid yếu, muối của kiềm yếu) để ổn

định tính pH khi nuôi cấy

 Phân biệt các nhóm vsv theo nhu cầu oxi cho sinh trưởng của chúng

Nhóm vsv Đặc điểm phân biệt Đại diện

Hiếu khí bắt

buộc

Cần ôxi Nhiều VK, hầu hết tảo,

nấm, ĐV nguyên sinh Hiếu khí không

bắt buộc

Có oxi hoặc không có oxi, có

oxi thì sinh trưởng tốt hơn

Phần lớn nấm men, nhiều Vk

Vi hiếu khí Điều kiện áp lực oxi rất thấp

( 0.01-0.03 Ba)

Vibrio cholerae, hydrogenomonas,…

Kị khí chịu

dưỡng

Có oxi thì hô hấp hiếu khí,

không có oxi thì hô hấp kị khí

hoặc lên men

Nấm men, bacillus

Kị khí Bị chết khi có mặt oxi Clostridium,Enterobac

terium,…

Ảnh hưởng của O2

 Các chất hóa học khác nhau sẽ gây ra những tác động khác nhau đến

VSV

Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn

Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn

Ảnh hưởng của các yếu tố vật lí

- Nhiệt độ

- Độ ẩm

- Áp lực, áp suất thủy tĩnh và áp suất thẩm

thấu

- Các tia bức xạ

- Sức căng bề mặt

- Âm thanh

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM

Hầu hết các quá trìnhghghghh sống của vi khuẩn có

liên quan đến nước  độ ẩm không khí và môi trường

có ảnh hưởng đến ST-PT của VSV

VSV sống trong mt thiếu nước → loại nước khỏi tế

bào vi khuẩn → trao đổi chất bị giảm → tế bào chết

 Hoạt độ nước (Aw) là lượng nước tự do có trong thực

phẩm  phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần hóa

học của thực phẩm

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM

trong chân không Bảo quản thời gian dài

Nguyên tắc đông khô

Phơi khô hoặc sấy khô → bảo quản lâu dài nhiều loại sản

phẩm (hoa quả khô, cỏ khô, ruốc thịt khô)

Ứng dụng:

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phát triển của VSV

Nhiệt độ cao: protein biến tính

Nhiệt độ thấp: bất hoạt quá trình vận chuyển các

chất hòa tan qua màng do:

thay đổi hình không gian của một số permeaza

chứa trong màng

ảnh hưởng đến việc hình thành và tiêu thụ ATP

cần cho quá trình vận chuyển chủ động

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu

Ứng dụng tác dụng co sinh chất ở các nồng độ: muối cao

(10 – 15%) hoặc đường (50 – 80%) để bào quản thực

phẩm và làm mứt…

Môi trường ưu trương Môi trường nhược trương

- Tế bào mất khả năng rút

nước và chất dinh dưỡng

- Tế bào sẽ khô sinh lý, bị co

sinh chất và nếu thời gian

kéo dài -> chết

- Nước từ môi trường sẽ xâm nhập vào tế bào

- Áp lực bên trong tế bào tăng lên, do thành tế bào vi khuẩn cứng nên không xảy

ra hiện tượng vỡ sinh chất

Ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh

 - Áp suất cao + thể tích tế bào giảm + độ nhớt

 nội chất tăng -> bất hoạt 1 số enzym, nhất là

 enzym trong quá trình phân chia -> giảm tốc độ

 hoặc ngừng phản ứng sinh hóa

 - Áp lực thủy tĩnh cao -> 1 số chức phận của màng tế bào tổn

thương

 => Gây tác hại làm chậm hoặc mất khả năng di động, làm ngừng

sinh trưởng, làm thay đổi quá trình trao đổi chất

Ảnh hưởng của sức căng bề mặt

 - Làm thay đổi đặc tính bề mặt của vi khuẩn:

- - Nâng cao tính thấm của thế bào

 - Sử dụng nuôi cấy vi khuẩn kháng acid Vì vi khuẩn kháng

aicd có bề mặt khị nước Giảm sức căng bề mặt kích tích

sinh trưởng của chúng

- - Ngăn cản vi khuẩn gắn lên vật cứng

 - Thêm 1 lượng nhỏ chất hoạt tính bề mặt Tween 80 vào

môi trường giúp vi khuẩn khuếch tán đều

- - Sử dụng sát trùng hay tẩy uế

 - Vi khuẩn Gram dương rất mẩn cảm với chất này

 Thay đổi sức căng bề mặt môi trường dịch thể:

Các chất hoạt tính bề mặt

Các chất nâng cao sức căng bề

mặt: đa số là các muối vô cơ

Các chất giảm sưc căng bề mặt: các acid béo, ancohol, saponat và chất với chuỗi cacbon dài, thẳng và thơm

Ảnh hưởng của sức căng bề mặt

Ảnh hưởng của sóng âm thanh

Sóng âm thanh, đặc biệt là sóng siêu âm (>20kHz) ảnh

hưởng lớn đến vi khuẩn

Dưới tác dụng của siêu âm, môi trường truyền âm bị xô đi

đẩy lại, bị ép và tạo chân không liên tiếp sinh ra nhiều

khoảng trống

 > các chất hòa tan và hơi của chất lỏng lập tức dồn

vào các khoảng trống gây ra tác dụng cơ học làm chết vi

sinh vật (vỡ vỏ tế bào)

> một phần chất khí hoà tan bị ion hóa tạo ra nước

oxi già, nitro oxid là những chất độc đối với vi sinh vật,

nhất là vi khuẩn

- Các tế bào sinh dưỡng chết nhanh chóng

- Tế bào non mẫn cảm hơn tế bào già

- Các loài vi khuẩn khác nhau có sức chịu đựng

khác nhau với sóng siêu âm:

Vi khuẩn kháng acid

Ảnh hưởng của sóng âm thanh

Ứng dụng:

 - Thu nhận các chế phẩm vô bào

 - Tách các enzyme nội bào

 - Phân lập một số thành phần của tế bào:

riboxom, thành tế bào,

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ

Tia bức xạ có bước sóng càng ngắn thì năng lượng

càng lớn

 Tia cực tím, tia X và đặc biệt tia phóng xạ có khả

năng tiêu diệt VSV rất nhanh  gây tổn thương

thành tế bào, DNA, protein cấu trúc, enzyme …

 Ứng dụng: tiệt trùng thực phẩm, tạo giống đột

biến