Chương trình Vi sinh vật học
13.1. YÊU CẦU DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT 13.1.1. Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật
Cơ sở vật chất cấu tạo nên tế bào vi sinh vật là các nguyên tố hoá học. Căn cứ vào mức độ yêu cầu của vi sinh vật đối với các nguyên tố này mà người ta chia ra thành các nguyên tố đa lượng và các nguyên tố vi lượng. Các nguyên tố chủ yếu bao gồm: C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca và Fe. Trong số này có 6 loại chủ yếu (chiếm đến 97% trọng lượng khô của tế bào vi sinh vật), đó là C, H, O, N, P và S. Các nguyên tố vi lượng thường là Zn, Mn, Na, Cl, Mo, Se, Co, Cu, W, Br và B. Tỷ lệ các nguyên tố hoá học tham gia cấu tạo tế bào vi sinh vật là không giống nhau ở các nhóm vi sinh vật khác nhau. Ví dụ nấm men, nấm sợi và vi khuẩn có lượng chứa trung bình của 6 nguyên tố chủ yếu là không giống nhau (bảng 13.1):
Bảng 13.1: Lượng chứa trung bình các loại nguyên tố chủ yếu trong tế bào một số nhóm vi sinh vật (% trọng lượng khô)
Nguyên tố
|
Vi khuẩn
|
Nấm men
|
Nấm sợi
|
C
H
O
N
P
S
|
~50
~8
~20
~15
~3
~1
|
~50
~7
~31
~12
-
-
|
~48
~7
~40
~5
-
-
|
Theo các tài liệu của Tempest (1969), Pirt (1975) và Herbert (1976) thì thành phần trung bình của các nguyên tố tạo nên tế bào vi sinh vật nói chung là như sau:
Bảng 13.2: Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên sinh khối tế bào
Nguyên tố
|
% trọng lượng khô*
|
Các nguồn dinh dưỡng điển hình được sử dụng cho sinh trưởng VSV trong môi trường
|
Trung bình
|
Biên độ
|
C
O
N
H
P
S
K
Mg
Ca
Cl
Fe
Na
Những nguyên tố khác,Mo, Ni, Co, Mn, Zn, ..
|
50
21
12
8
3
1
1
0.5
1
0.5
0.5
1
0.5
|
45-58
18-31
5-17
6-8
1.2-10
0.3-1.3
0.2-5
0.1-1.1
0.02-2.0
0.01-5.0
|
CO2, hợp chất hữu cơ
H20, 02, các hợp chất hữu cơ
NH3, NO3-, các hợp chất hữu cơ chứa N
Nước, các hợp chất hữu cơ.
Phosphate và các hợp chất chứa P.
SO4-2, H2S, và các hợp chất chứa S.
K+ (có thể thay thế bằng Rb+)
Mg2+
Ca2+
Cl-
Fe3+, Fe2+ và phức chất của Fe
Na+
Lấy từ các ion vô cơ khác
|
|
*Các tế bào bao gồm 70% trọng lượng là nước và 30% là các nguyên liệu khô khác. Mức trung bình này được tính theo sinh trưởng của vi khuẩn Gr(-) trong điều kiện dư thừa chất dinh dưỡng ở nuôi cấy theo mẻ.
Vi khuẩn lưu huỳnh (sulfur bacteria), vi khuẩn sắt (iron bacteria) và vi khuẩn đại dương (marine bacteria) có lượng chứa các nguyên tố S, Fe, Na, Cl nhiều hơn so với các nhóm vi khuẩn khác. Tảo Silic (diatom) có chứa lượng SiO2 khá cao trong thành tế bào. Thành phần các nguyên tố hoá học còn thay đổi trong một phạm vi nhất định tuỳ thuộc vào tuổi nuôi cấy và điều kiện nuôi cấy. Khi nuôi cấy trên các môi trường có nguồn N phong phú thì lượng chứa N trong tế bào sẽ cao hơn so với khi nuôi cấy trên các môi trường nghèo nguồn N.
Các nguyên tố hoá học chủ yếu tồn tại trong tế bào vi sinh vật dưới dạng chất hữu cơ, chất vô cơ và nước. Chất hữu cơ thường bao gồm protein, carbon hydrat, lipid, acid nucleic, vitamin và các sản phẩm phân giải của chúng cũng như các chất trao đổi chất. Để phân tích các thành phần hữu cơ trong tế bào thường sử dụng hai phương pháp: một là, dùng phương pháp hoá học để trực tiếp chiết rút từng thành phần hữu cơ trong tế bào, sau đó tiến hành phân tích định tính và định lượng. Hai là, phá thành tế bào, thu nhận các thành phần kết cấu hiển vi rồi phân tích thành phần hoá học của từng kết cấu đó. Chất vô cơ thường đứng riêng rẽ dưới dạng muối vô cơ hoặc kết hợp với chất hữu cơ. Khi phân tích thành phần vô cơ trong tế bào người ta thường phân tích tro sau khi đã nung tế bào ở nhiệt độ 5500 C, chất vô cơ thu được dưới dạng các oxit vô cơ được gọi là thành phần tro. Dùng phương pháp phân tích vô cơ có thể định tính hay định lượng từng nguyên tố vô cơ.
Bảng 13.3:Thành phần hóa học của tế bào vi khuẩn (theo F.C.Neidhardt et al.,1996)
Phân tử khô (1) / tế bào
|
% khối lượng
|
Số phân tử
|
Số loại phân tử
|
- 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
Tổng cộng
|
-
96
55
5
9,1
3,1
20,5
3,0
0,5
2
0,5
1
100
|
24 609 802
2 350 000
4 300
22 000 000
2,1
255 500
|
1
khoảng 2500
khoảng 1850
2 (2)
4 (3)
1
khoảng 660
khoảng 350
khoảng 100
khoảng 50
khoảng 200
khoảng 18
|
Chú thích:
(1) -Khối lượng khô của tế bào vi khuần Escherichia coli đang sinh trưởng là khoảng 2.8 x 10-13g.
(2) - Giả thiết Peptidoglycan và Glycogen là 2 thành phần chủ yếu.
(3) - Tế bào chứa vài loại phospholipid, do tính đa dạng của thành phần acid béo giữa các chi vi khuẩn khác nhau và do ảnh hưởng của điều kiện sinh trưởng mà có nhiều hình thức tồn tại của mỗi loại phospholipid.
Nước là thành phần không thể thiếu để duy trì hoạt động sống bình thường của tế bào. Nước thường chiếm đến 70-90% trọng lượng tế bào. Độ chênh lệch giữa trọng lượng tươi và trọng lượng khô chính là lượng nước trong tế bào, thường biểu thị bằng tỷ lệ % tính theo công thức sau đây:
(Trọng lượng tươi - Trọng lượng khô) / Trọng lượng tươi x 100%.
Đơn vị trọng lượng tế bào trong dịch nuôi cấy thường được biểu thị bằng đơn vị g/l hay mg/ml. Phương pháp nung khô tế bào ở nhiệt độ 5500C thường làm phân giải một số hợp chất của tế bào vì vậy khi tính trọng lượng khô của tế bào nên dùng phương pháp sấy khô ở 1050C hay làm khô ở nhiệt độ không cao trong chân không, hoặc làm khô nhanh nhờ tia hồng ngoại...
|
