Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt)

Cổ khuẩn sinh methane (methanogens) Trong cổ khuẩn, các loài sinh methane làm thành một nhóm lớn và đa dạng với các đặc điểm chung là (1) tạo khí methane như sản phẩm cuối cùng của chu trình trao đổi năng lượng và (2) sống kỵ khí bắt buộc. Cổ khuẩn sinh methane thu năng lượng cho quá trình sinh trưởng từ việc chuyển hoá một số chất thành khí methane. Nguồn cơ chất chủ yếu của các vi sinh vật này là hydro, format và acetat. Ngoài ra, một số hợp chất C1 như metanol, trimethylamin, dimethylsulfid và rượu...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt) Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt)Cổ khuẩn sinh methane(methanogens)Trong cổ khuẩn, các loài sinhmethane làm thành một nhóm lớnvà đa dạng với các đặc điểm chunglà (1) tạo khí methane như sảnphẩm cuối cùng của chu trình traođổi năng lượng và (2) sống kỵ khíbắt buộc. Cổ khuẩn sinh methanethu năng lượng cho quá trình sinhtrưởng từ việc chuyển hoá một sốchất thành khí methane. Nguồn cơchất chủ yếu của các vi sinh vậtnày là hydro, format và acetat.Ngoài ra, một số hợp chất C1 nhưmetanol, trimethylamin,dimethylsulfid và rượu nhưisopropanol, isobutanol,cyclopentanol, etanol cũng đượcsử dụng làm cơ chất (Bảng 4). Quá trình sinh methane ở cổkhuẩn có thể coi như là quá trìnhhô hấp kỵ khí, trong đó chất nhậnđiện tử là CO2 hoặc nhóm methyltrong các hợp chất C1 và acetat.Tuy nhiên, như ta thấy trong bảng4, năng lượng được giải phóng ratrong các phản ứng tạo methaneđều rất nhỏ. Để so sánh ta có thểlấy năng lượng giải phóng từ phảnứng oxygen hoá glucoza bằngoxygen C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 +6 H2O (∆G0’ = 2870 kJ/mol). Lànhững sinh vật duy nhất có khảnăng tạo ra khí methane, cổ khuẩnsinh methane có những enzyme vàcoenzyme thiết yếu cho quá trìnhtổng hợp methane và đóng vai tròchỉ thị cho nhóm, ví dụ nhưcoenzyme F420 và coenzyme M. Sựhiện diện của coenzyme F420 khiếncho các tế bào của cổ khuẩn sinhmethane có tính tự phát sáng dướiánh đèn huỳnh quang (bước sóng350420 nm). Mặc dù hiện tượng tựphát sáng này có thể mạnh, yếu,hay đôi khi mất hẳn, tuỳ thuộc vàocác pha sinh trưởng của tế bào,nhưng đó vẫn là một đặc điểm đơngiản và tiện lợi để nhận biết cổkhuẩn sinh methane dưới kính hiểnvi. Bên cạnh đó, trình tự acid amintrong các chuỗi peptid củacoenzyme M cũng được dùng đểphân loại cổ khuẩn sinh methane.Những nghiên cứu trong lĩnh vựcnày cho thấy sự tương đồng giữacây phân loại dựa trên trình tự 16SrARN và cây phân loại dựa trêntrình tự acid amin của các đơnvị và trong coenzyme M.Bảng 4. Phản ứng tạo methane trên các cơ chất khác nhau và năng lượng được giải phóng từ đóPhản ứng sinh Năngmethane lượng được giải phóng G 0’ (kJ/ methane)4H2 + CO2 CH4 + 135,62H2O4 Format CH4 + 130,13CO2 + 2H2O4 Isopropanol +  36,5CO2 CH4 + 4Aceton + 2H2O2 Etanol + 116,3CO2 CH4 + 2AcetatMetanol + 112,5H2 CH4 + H2O4 Metanol 3CH4 + 104,9CO2 + 2H2O4 Methylamin +  75,02H2O 3CH4 +CO2 + 4NH4+2 Dimethylamin +  73,22H2O 3CH4 +CO2 + 2 NH4+4 Trimethylamin +  74,36H2O 9 CH4 +3CO2 + 4 NH4+2 Dimethylsulfid +  73,82H2O 3CH4 +CO2 + H2SAcetat CH4 + CO2  31,0 Những nơi thông thườngcó thể tìm thấy cổ khuẩn sinhmethane là các bể lên men hữu cơkỵ khí, các lớp trầm tích thiếuoxygen, đất ngập úng và hệ đườngruột của động vật. Khi ở dạngchủng đơn cổ khuẩn sinh methanerất nhạy cảm với oxygen, tuy vậytrong tự nhiên chúng có thể tồn tạiở môi trường hiếu khí nhờ đượcbao bọc và bảo vệ bởi các vi sinhvật hiếu khí và kỵ khí khác. Trongmôi trường kỵ khí, cổ khuẩn sinhmethane phải cạnh tranh về cơchất, đặc biệt là hydro và acetat,với các nhóm vi sinh vật sử dụngchất nhận điện tử có hiệu điện thếkhử dương tính hơn so vớiCO2 như là nitơrat, sulfat và ôxitsắt III. Như vậy cổ khuẩn sinhmethane sẽ chiễm lĩnh các môitrường nơi không có nhiều các loạichất nhận điện tử tiềm năng này.Do không có khả năng sử dụngrộng rãi các loại cơ chất khácnhau, trong tự nhiên cổ khuẩn sinhmethane thường phải phụ thuộcvào các loài vi khuẩn lên men vìchúng chuyển hoá đa dạng chấthữu cơ thành các acid hữu cơ,hydro, format và acetate, trong đóhydro, format và acetate là nguồnthức ăn trực tiếp cho cổ khuẩn sinhmethane, còn các acid hữu cơ sảnphẩm của quá trình lên men nhưpropyonat, butyrate thì cần phảiđược một nhóm vi khuẩn khácchuyển hoá thành cơ chất thíchhợp rồi mới đến lượt cổ khuẩnchuyển thành khí methane. Có haihình thức cộng sinh: bắt buộc vàkhông bắt buộc. Trong hình thứccộng sinh giữa cổ khuẩn sinhmethane và vi khuẩn lên men, chỉcó cổ khuẩn phụ thuộc vào mốiliên hệ này do nhu cầu về thức ăncòn các hoạt động trao đổi chấtcủa chúng hoàn toàn không có ảnhhưởng gì tới các vi khuẩn lên men,vì thế hình thức này được gọi làcộng sinh không bắt buộc. Cộng sinh bắt buộc diễn ra giữa cổ khuẩn sinh methane và một nhóm vi khuẩn cộng sinh bắt buộc, trongHình 9 : Cộng đó cả đôi bênsinh cùng cần đếngiữa Methanobr nhau, ví dụ nhưevibacter (tế hiện tượng cộngbào trực sinhkhuẩn) và Synth giữa Methanobrrophobacter (tế evibacter và Synbào hình oval). throphobacter ( Hình 9). Nhómvi ...