Vi sinh vật - Khái niệm chung về trao đổi chất ở Vi sinh vật

Tham khảo tài liệu vi sinh vật - khái niệm chung về trao đổi chất ở vi sinh vật, khoa học tự nhiên, công nghệ sinh học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vi sinh vật - Khái niệm chung về trao đổi chất ở Vi sinh vật Vi sinh vat Khái niệm chung về trao đổi chất ở Vi sinh vật Chương 16.16.1. NĂNG LƯỢNG16.1.1. Năng lượng và công Có thể định nghĩa một cách đơn giản nhất năng lượng là khả năng tạo nêncông hoặc gây nên những biến đổi đặc biệt. Do đó, tất cả các quá trình lý, hoá làkết quả của việc sử dụng hoặc vận động của năng lượng. Tế bào sống thực hiện baloại công chủ yếu, tất cả đều cần thiết cho các quá trình sống. Công hoá học, bao gồm việc tổng hợp các phân tử sinh học phức tạp từ các  tiền chất đơn giản hơn. Năng lượng ở đây được dùng để nâng cao tính phức tạp phân tử của tế bào. Công vận chuyển, cần năng lượng để hấp thu các chất dinh dưỡng, loại bỏ  các chất thải và duy trì các cân bằng ion. Như ta biết, nhiều phân tử chất dinh dưỡng bên ngoài môi trường phải đi vàotế bào mặc dù nồng độ nội bào của các chất này thường cao hơn ngoại bào nghĩalà ngược với gradien điện hoá. Với các chất thải và các chất độc hại cần phải đượcloại bỏ khỏi tế bào, tình hình cũng diễn ra tương tự.Vi sinh vat Công cơ học, có lẽ là loại công quen thuộc nhất trong ba loại công. Năng  lượng ở đây cần cho việc thay đổi vị trí vật lý của các cơ thể, các tế bào và các cấu trúc bên trong tế bào. Hầu hết năng lượng sinh học bắt nguồn từ ánh sáng mặt trời khả kiến chiếu lên bề mặt trái đất. Quang năng được hấp thu bởi các sinh vật quang dưỡng trong quá trình quang hợp nhờ chất diệp lục và các sắc tố khác sau đó chuyển thành hoá năng. Trái với sinh vật quang dưỡng, nhiều vi khuẩn hoá tự dưỡng vô cơ (chemolithoautotrophs) lại thu được năng lượng nhờ oxy hoá các chất vô cơ. Hoá năng từ quang hợp và hoá dưỡng vô cơ sau đó có thể được các sinh vật quang tự dưỡng vô cơ và hoá tự dưỡng vô cơ sử dụng để chuyển CO2 thành các phân tử sinh học như Glucose (Hình 16.1).  Hình 16.1: Dòng carbon và năng lượng trong một hệ sinh thái (Theo: Prescott và cs, 2005) Các phân tử phức tạp do các cơ thể tự dưỡng tổng hợp (cả thực vật và vi sinhvật) được dùng làm nguồn carbon cho các sinh vật hoá dị dưỡng và các sinh vậttiêu thụ khác vốn sử dụng các phân tử hữu cơ phức tạp làm nguồn vật chất và nănglượng để xây dựng nên các cấu trúc tế bào của riêng mình (trên thực tế các sinhvật tự dưỡng cũng sử dụng các phân tử hữu cơ phức tạp). Các sinh vật hoá dịdưỡng thường sử dụng O2 làm chất nhận electron khi oxy hoá Glucose và các phânVi sinh vattử hữu cơ khác thành CO2. Trong quá trình này - được gọi là hô hấp hiếu khí - O2đóng vai trò là chất nhận electron cuối cùng và bị khử thành nước. Quá trình trêngiải phóng ra nhiều năng lượng. Do đó trong hệ sinh thái năng lượng được hấp thubởi các cơ thể quang tự dưỡng và hoá tự dưỡng vô cơ. Sau đó, một phần nănglượng này được chuyền cho các cơ thể hoá dị dưỡng khi chúng sử dụng các chấtdinh dưỡng bắt nguồn từ bọn tự dưỡng (Hình 16.1). CO2 tạo thành trong hô hấphiếu khí có thể lại được lắp vào các phân tử hữu cơ phức tạp trong quang hợp vàhoá tự dưỡng vô cơ. Rõ ràng, dòng carbon và năng lượng trong hệ sinh thái có liênquan mật thiết với nhau. Các tế bào phải vận chuyển năng lượng một cách có hiệu quả từ bộ máy sảnxuất năng lượng tới các hệ thống thực hiện công. Nghĩa là, chúng cần có một đồngtiền chung về năng lượng để tiêu dùng, đó là Adenosine 5’- triPhosphate tức ATP(hình 16.2).Vi sinh vat Hình 16.2. Adenosine triPhosphate và Adenosine diPhosphate. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005) Hình 16.3: Chu trình năng lượng của tế bào. Khi ATP phân giải thành Adenosine diPhosphate (ADP) và ortoPhosphate (Pi)năng lượng giải phóng ra sẽ được dùng để thực hiện công hữu ích. Sau đó, nănglượng từ quang hợp, hô hấp hiếu khí, hô hấp kỵ khí và lên men lại được dùng đểtái tổng hợp ATP từ ADP và Pi trong chu trình năng lượng của tế bào (Hình 16.3). ATP được tạo thành từ năng lượng cung cấp bởi hô hấp hiếu khí, hô hấp kịkhí, lên men và quang hợp. Sự phân giải của ATP thành ADP và Phosphate (Pi)giúp cho việc sản ra công hóa học, công vận chuyển và công cơ học.16.1.2. Các định luật về nhiệt động học Để hiểu được năng lượng tạo thành ra sao và ATP hoạt động như thế nào vớivai trò là đồng tiền năng lượng ta cần nắm được một số nguyên lý cơ bản của nhiệtVi sinh vatđộng học. Nhiệt động học phân tích những thay đổi về năng l ượng trong một tổhợp vật thể (ví dụ: một tế bào hay một cây) được gọi là một hệ thống. Mọi vật thểkhác trong tự nhiên được gọi là môi trường xung quanh. Nhiệt động học tập trungvào sự sai khác năng lượng giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng của mộthệ thống mà không quan tâm đến tốc độ của quá trình. Chẳng hạn, nếu một xoongnước đư ...