161
Hình 6.4: Lên men lactic dị hình
:1. Glucose-6-phosphat-dehydrogenase
2. Phosphogluconat-dedihydrogenase
3. Epimerase ; 4. Phosphoketolase

4. ứng dụng của lên men lactic
Nếu để dung dịch đường không khử trùng chứa cả các nguồn nitơ
phức tạp và các chất sinh trưởng một cách tự nhiên trong trong điều kiện
kị khí hoặc dưới dạng lớp cao thì các vi khuẩn lactic sẽ nhanh chóng phát
triển ở phía bên trong. Chúng làm giảm pH xuống dưới 5 và qua đó ức chế
sinh trưởng của các vi khuẩn kị khí khác là bọn không có khả năng sinh

trong qnầ trình sản xuất phomat hoặc iagua.
Trong các giai đoạn sớm của lên men sữa lactose bị tấn công
nhanh bởi Streptococcus lactis và Lactobacillus spp. Sự tiết acid lactic và
sự giảm pH làm protein của sữa bị đông lại thành cục vón (curd). Sự đông
cũng làm tách riêng phần dịch đường sữa (whey) ở trên bề mặt. Cục vón
cũng có thể được tạo nên nhờ tác dụng của vi sinh vật hoặc nhờ một
enzyme (rennin) lấy từ dạ dày bê.
Một lít sữa nặng 1032g bao gồm 902g nước và 130g chất khô
trong đó chứa 49g lactose; 39g chất béo (là những giọt mỡ đường kính 1-8
μm gồm glixerit và các chất tan trong lipit, như colesterol và các vitamin
A, D, E, K; 32,7g protein mà chủ yếu là cazein; 9g chất khoáng (gồm
phosphate, xitrat, KCl, NaCl và MgCl
2
).
*Sữa chua (sữa bơ). Sữa chua là sản phẩm của sự lên men sữa lỏng
bằng sự để chua ngẫu nhiên dưới tác động của nhiều vi khuẩn sinh acid 163
lactic khác nhau (như Streptococcus lactis hay S. cremoris), hoặc của một
số lượng ít hơn nhiều các vi khuẩn gây thơm (như Streptococcus
diacetylacis, Betacoccus citrovorus) hoặc bằng việc cấy vào sữa đã đun
nóng các giống vi khuẩn thuần khiết. Khi lên men diễn ra, lactose được
chuyển hoá thành acid lactic, acid này sẽ ngưng kết cazein ở pH 4-5. Sữa
đông, đặc, có vị chua, tùy theo vùng có tên gọi khác nhau. Sữa chua được
làm từ sữa đầy đủ (chứa ít nhất 3% mỡ của sữa) thường được trộn với bột
sữa đã vớt váng nhằm làm tăng hàm lượng chất rắn toàn phần và cải thiện
cấu trúc gel protein. ở một số nước, sữa chua cũng được sản xuất từ sữa
cừu, sữa trâu, sữa tuần lộc hoặc sữa ngựa. Kem chua được sản xuất bởi
một quá trình rất giống quy trình dùng để sản xuất sữa chua chỉ trừ việc

2
và một số sản
phẩm phân giải cazein sinh ra từ hoạt động phân giải protein của nấm
men.
*Phomat. Phomat là sản phẩm thu được từ sữa đông bằng cách loại
bỏ dịch đường sữa và bằng cách làm chín cục vón khi có mặt một khu hệ 164
vi sinh vật đặc biệt. Có nhiều loại phomat với hình dạng và kích thước
khác nhau. được xếp thành nhóm dựa vào loại sữa sử dụng (bò, dê, cừu),
sự tạo thành cục vón (dùng acid, dùng rennin hay dùng cả hai), kiến trúc
hay độ đặc, và hàm lượng chất béo. Trong từng nhóm, các loại phomat
riêng biệt được đặc trưng bởi hương thơm. Sự sản xuất phomat về cơ bản
bao gồm hai công đoạn : sự tạo thành cục vón và quá trình làm chín.
*Sự tạo thành cục vón
Hàm lượng chất béo của sữa được điều chỉnh tới mức độ mong
mnốn, và khi cần, hàm lượng protein cũng được điều chỉnh. Các chất phụ
gia bao gồm muối canxi nhằm cải thiện sự ngưng kết protein và kiến trúc
của phomat, nitrat để kìm hãm khu hệ vi khuẩn kị khí hình thành bào tử và
các sắc tố tạo màu. Sữa thô hoặc sữa đã khử trùng được trộn trong một bể
ở nhiệt độ 15-59
o
C với một loại giống khởi động (vi khuẩn lactic hay vi
khuẩn propionic, nấm sợi, như Penicillium camemberti, P. candidum, P.
roqueforti , các vi khuẩn mang sắc tố màu vàng hoặc màu đỏ như
Bacterium linens, cùng các cầu khuẩn và nấm men) và sữa sẽ đông lại
thành một khối bán lỏng mềm, cụcvón, sau lên men lactic, được nối tiếp
bằng sự bổ sung rennin hoặc một tổ hợp nào đó mà thông thường nhất là
tổ hợp giữa acid và rennin. Gel protein này sẽ được cắt thành các hình

(như trong trường hợp của phomat Emmental), acid lactic được chuyển
hóa tiếp tục thành acid propionic, acid acetic, và CO
2
theo phản ứng :
3 CH
3
CHOHCOOH → 2 CH
3
CH
2
COOH + CH
3
COOH + CO
2
+ H
2
O
Tỉ lệ giữa acid propionic và acid acetic bị ảnh hưởng bởi thế oxi hóa
khử của phomat và tỉ lệ này sẽ thấp khi có mặt muối nitrat chăng hạn.
Phương thức và mức độ phân giải mỡ của sữa phụ thuộc vào khu hệ vi
sinh vật tham gia vào quá trình làm chín phomat. Sự giải phóng các acid
béo, đặc biệt là các acid ảnh hương đến hương thơm của phomat phụ
thuộc vào tính đặc hiệu của các lipase.
Ngoài các acid béo tự do, 2-alkanon và 2-alkanol cũng được tạo
thành như các sản phẩm phụ của sự β-oxi hoá các acid béo. Nấm sợi, đặc
biệt là Penicillium roqueorti, sử dụng β-ketoaxyl-CoA đeaxylase
(tiodihydroase) và β-ketoacid đecacboxylase để cung cấp các hợp chất
điển hình cho hương thơm của các phomat bán mềm.
Sự phân giải protein thành các amino acid xảy ra qua các peptit như
ìà các sản phẩm trung gian. Tùy thuộc vào loại sữa mà 20-40% cazein

+
là những cơ chế nào ? Chúng khác nhau ở
chỗ nào ? Đâu là một quá trình hiếu khí và đâu là một quá trình kị
khí ?
5. Lên men khác hô hấp oxy hóa chỗ nào khi xét về phương diện các
chất nhận điện tử và sự sản sinh năng lượng ?
6. Sự trao đổi điện tử để tạo nên ATP khác nhau như thế nào trong
các trường hợp NADH được tạo thành trong đường phân, NADH
được tạo thành trong chu trình acid citric, và FADH
2
được tạo
thành trong chu trình acid citric ?
7. Hiệu quả của việc phân giải hiếu khí hoàn toàn một phân tử
glucose ở vi khuẩn là bao nhiêu ? So sánh với hiệu quả của một
mình đường phân?
8. Hiệu ứng Pasteur có gặp ở các vi khuẩn lên men lactic đồng hình
không ? Vì sao ?
9. Giải thích tại sao ở một số nấm men, như Rhodotorula hay
Geotrichum, khi thừa nguồn C, đồng thời thiếu N và P thì lipit lại
được tích lũy ?
10. Cho ví dụ về những trường hợp lên men ở vi khuẩn trong đó có sự
tạo thành nhiều hơn 2 mol ATP trên một mol glucose bị phân hủy. 167
Chương 9
Vi khuẩn quang hợp và cố định đạm

I.Vi sinh vật quang hợp
1.Các vi khuẩn quang quang hợp (Phototrophic bacteria)

1.7. Chi Amoebobacter
1.8. Chi Lamprobacter
1.9. Chi Lamprocystis
1.10.Chi Thiodyction

168
1.11.Chi Thiopedia
1.12. Chi Rhabdochromatium
1.13. Chi Thiorhodococcus Chromatium Thiocapsa

Thiocystis Thiospirillum

Lamprocystis Thiopedia
Hình 9.1: Một số đại diện vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thuộc Họ
Chromatiaceae

169
b- Họ Ectothiorhodospiraceae:
1.1- Chi Ectothiorhodospirace
1.2- Chi Halorhodospira
1.2-Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria)
Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi khuẩn quang dị
dưỡng hữu cơ (photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số
loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng
hữu cơ- chemoorganoheterotrophs). Tế bào chứa chlorophyl a hoặc b, hệ
thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn
với màng sinh chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors)


Rhodospirillum
Rhodospirillum dưới KHV điện tử Rhodopseudomonas
Rhodopseudomonas dưới KHV điện tử Rhodobacter Rhodopila Rhodocyclus purpureus Rhomicrobium
Hình 9.2: Một số đại diện vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía

171
1.3.Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria)
Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang
tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a cùng
với b , c hoặc e, chứa caroten nhóm 5, hệ thống quang hợp liên quan đến
các lục thể (chlorosom) và độc lập đối với màng sinh chất. Để dùng làm
nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng H
2,

H
2
S hay S . Hạt lưu huỳnh tích luỹ bên ngoài tế bào Không có khả năng
di động , một số loài có túi khí; tỷ lệ G+C là 48-58%.
3.1- Chi Chlorobium
3.2- Chi Prosthecochloris

• -Chlorococcales
• -Gloeobacteria
• -Nostocales
• -Oscillatoriales
• -Pleurocapsales
• -Prochlorales
Trước đây thường nhầm lẫn là Tảo lam (Cyanophyta). Thực ra đây
là những cơ thể nhân nguyên thuỷ, không liên quan gì đến tảo , ngoài khả
năng quang hợp hiếu khí (quang tự dưỡng vô cơ) và dùng H
2
O làm chất
cho điện tử trong quá trình quang hợp. Vi khuẩn lam chứa chlorophyll a
và phycocyanin- phycobiliprotein. Một số loài có sắc tố đỏ phycoerythrin.
Chúng phối hợp với sắc tố lục tạo nên màu nâu. Màng liên kết với
phycobilisom. Đơn bào hoặc đa bào dạng sơi. Không di động hoặc di động
bằng cách trườn (gliding), một số loài có túi khí (gas vesicles).Nhiều loại
có dị tế bào (heterocysts) và có khả năng cố định nitơ. Vi khuẩn lam có
mặt ở khắp mọi nơi, trong đất, trên đá, trong suối nước nóng, trong nước
ngọt và nước mặn. Chúng có năng lực chống chịu cao hơn so với thực vật
đối với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, pH thấp. Một số loài có khả
năng sống cộng sinh với các cơ thể khác như Rêu, Dương xỉ, Tuế Nhiều
loài cộng sinh với nấm để tạo ra Địa y (Lichen). Vi khuẩn lam có thể là
sinh vật xuất hiện sớm nhất trên Trái đất

173
Vi khuẩn lam được chia thành 5 nhóm (subsection) như sau:
a- Nhóm I (có tác giả gọi là bộ Chroococcales):
Hình que hoặc hình cầu đơn bào, không có dạng sợi hay dạng kết
khối (aggregate); phân đôi hoặc nẩy chồi; không có dị tế bào
(heterocytes). Hầu hết không di động. Tỷ lệ G+C là 31-71% . Các chi tiêu

(fragmentation); không có dị tế bào; thường di động. Tỷ lệ G+C là 34-
67%. Các chi tiêu biểu là:
• -Lyngbya
• -Osscillatoria
• -Prochlorothrix
• -Spirulina
• -Pseudanabaena

Lyngbya Oscillatoria Prochlorothrix

Spirulina Pseudanabaena
Hình 9.7: Một số đại diện vi khuẩn lam thuộc bộ Oscillatorriales

175
d-Nhóm IV (có tác giả gọi là bộ Nostocales)
Dạng sợi ; dạng lông (trichome) không phân nhánh có thể chứa các
tế bào biệt hoá (specialized cell) ; phân đôi trên mặt phẳng, có kiểu đứt
đoạn tạo thành đoạn sinh sản (hormogonia) ; có tế bào dị hình ; thường di
động có thể sản sinh bào tử màng dày (akinetes). Tỷ lệ G+C là 38-47%.
Các chi tiêu biểu là :
• -Anabaena
• -Cylindrospermum
• -Aphanizomenon
• -Nostoc
• -Scytonema
• -Calothrix
Anabaena
Anabaena trong Bèo hoa dâu

Cylindrospermum Calothrix

1
đến R
7
) có thể thấy rõ
sự khác nhau này trong bảng sau đây:
Bảng 9.1: Sự sai khác giữa chất diệp lục a và các loại chất khuẩn lục


H. 9.10: Cấu trúc hóa học của một số sắc tố quang hợp


H.9.12:Phosphoryl hóa quang hợp kiểu tuần hoàn
Trong điều kiện kỵ khí một số vi khuẩn quang hợp có thể sử dụng
năng lượng của ánh sáng để thực hiện phản ứng phosphoryl hóa sản sinh
ra ATP. Electron từ bacteriochlorophyll được tách ra dưới tác dộng của
ánh sáng, sau đó tham gia vào chuỗi hô hấp tuần hoàn và quay trở lại
Bchl. Trên đường đi đã sản sinh ra ATP. Việc sinh ra ATP được thực hiện
riêng rẽ với việc sinh ra [H] có năng lực khử. [H] có năng lực khử được
sinh ra từ các chất vô cơ cho hydrogen (như H
2
S ).Quá trình quang hợp
này không sản sinh ra oxi.

180 H.9.12: Phosphoryl hóa quang hợp kiểu không tuần hoàn

Chú thích: Chlb
*
và Chla
*
là ở trạng thái kích phát.
Đây là kiểu phản ứng phosphoryl hóa quang hợp gặp ở vi khuẩn
lam và cũng tương tự như ở tảo và cây xanh. Ở đây chuỗi vận chuyển
electron là không tuần hoàn vì vậy còn gọi là dòng chảy electron không
tuần hoàn.
Quang hợp xảy ra trong điều kiện có oxi và có 2 hệ thống quang.
Hệ thống quang I có chứa Chl a (chất diệp lục a) và có thể sử dụng
được tia đỏ có bước sóng dài.
Hệ thống quang II có chứa Chl.b và có thể sử dụng được tia sáng

181
nhau, chiếm tới một nửa tổng diện tích của màng tế bào vi khuẩn. Màng
này có khả năng thực hiện một quá trình quang hợp độc đáo. Có một loại
protein gọi là bacteriorodopsin, rất giống với rodopsin, loại protein có
trong tế bào hình trụ ở trên võng mạc của mắt. Bacteriorodopsin chiếm tới
75% màng màu tía.
Những vi khuẩn này có thể sinh trưởng được trong tối hoặc ngoài
sáng nếu có mặt oxi, khi không có mặt oxi chúng chỉ sinh trưởng được
ngoài sáng. Chúng có 2 con đường thu nhận năng lượng: một đường oxi
hóa phosphoryl hóa khi có oxi và một đường oxi hóa phosphoryl hóa khi
được chiếu sáng (quang hợp). Tốc độ tạo ra ATP là cao nhất khi được
chiếu sáng bằng bước sóng 550-600nm. H.9.13: Sơ đồ minh họa 2 hệ thống quang

3. Cơ chế quang hợp
3.1. Pha sáng quang hợp
Pha sáng là giai đoạn đầu của quang hợp, giai đoạn này ánh sáng là
nhân tố trực tiếp tham gia vào quang hợp nên gọi là pha sáng.
Pha sáng xảy ra qua 2 giai đoạn: giai đoạn quang lý và giai đoạn

PO
4
→ ATP + H
2
O
Có 3 hình thức Phosphoryl hoá xảy ra:
+ Phosphoryl hoá vòng.
+ Phosphoryl hoá không vòng.
+ Phosphoryl hoá hoá vòng giả.
Kết quả chung của pha sáng là:

12H
2
O +18ADP +18H
3
PO
4
+12NADP
+
→18ATP + 12NADPH+H
+
+ 6O
2

+ 18H
2
O
Pha sáng đã tạo ra ATP và NADPH+H
+
cung cấp cho pha tối quang

+ Tiếp nhận CO
2
: Ribulozo 1,5dP tiếp nhận CO
2
sau đó biến đổi
thành 2 phân tử APG. APG là sản phẩm đầu tiên nên chu trình còn được
gọi là chu trình C3.
+ APG bị khử thành AlPG nhờ ATP và NADPH+H+ của pha sáng.
+ AlPG sẽ tái tạo lại Ribulozo 1,5dP đồng thời tạo nên sản phẩm của chu
trình là C
6
H
12
O
6
.
Tóm tắt chu trình Calvin:

183

C5 + CO2 + ATP + NADPH > C6H12O6
H. 9.14: Chu trình Calvin
www.starsandseas.com/. /cellcalvin.htm

II.Cố đinh nitrogen phân tử

Trong không khí có rất nhiều N phân tử, nhưng tuyệt đại đa số sinh

Khi sống trong điều kiện không có N hợp chất Azotobacter sẽ dùng
N của không khí để biến thành hợp chất N của cơ thể sống. Khi sống trong
môi trường đủ thức ăn N hữu cơ hoặc vô cơ thì tác dụng cố định N sẽ rất
thấp hoặc không có. Azotobacter thích hợp với điều kiện hiếu khí vừa phải
và pH trung tính hoặc hơi kiềm. Trong điều kiện thích hợp cứ mỗi khi tiêu
thụ 1gam hydratcarbon Azotobacter có thể cố định được 10- 15mg N.
Vì Azotobacter có khả năng cố định N mạnh mẽ như vậy nên từ cuối
thế kỷ 18 đã có nhiều nước nghiên cứu sử dụng chúng làm phân vi khuẩn
(gọi là phân Azotobacterin). Việc sử dụng Azotobacterin cũng đang phát
triển mạnh ở nhiều nước và thu được kết quả. Tuy nhiên sử dụng
Azotobacterin không phải là vấn đề tiếp giống đơn giản, mà còn phải tạo
điều kiện để chúng phát triển mạnh cố định được nhiều N, nghĩa là sử
dụng kỹ thuật liên hoàn.
Để chế tạo Azotobacterin trước hết ta nuôi thật nhiều Azotobacter
trên môi trường đặc hoặc lỏng có bơm không khí. Sau đó đem trộn chúng
với than bùn hoặc các chất nuôi dưỡng khác để chế thành bột
Azotobacterin.
1.2. Một số đặc điểm sinh học của vi khuẩn Azotobacter
a. Hình thái khuẩn lạc
Khi nuôi trong môi trường thạch,vi khuẩn Azotobacter có khuẩn
lạc nhầy, lồi hoặc tan, lúc đầu không màu, sau biền thành màu nâu tối,
thậm chí đến màu đen nhưng không làm nhuộm màu môi trường khuẩn
lạc. Ngoài ra một số loài Azotobacter có dạng nhăn nheo, khuẩn lạc có
màu vàng lục, màu hồng .
Vỏ nhầy của vi khuẩn Azotobacter chứa khoảng 75% là chất hiđrit
của acid uronic và chứa khoảng 0.023% N.


Lượng ADN trong tế bào Azotobacter thường thấp hơn so với
nhiều loại vi khuẩn khác (0,70- 0,81%).
Tóm lại hình dạng tế bào Azotobacter và chu kì biến đổi của chúng
phụ thuộc vào tuổi của ống giống và điều kiện phát triển.
1.3. Các đặc tính sinh lí, sinh hoá.
a. Đặc điểm nuôi cấy :
Vi khuẩn Azotobacter thuộc loại vi khuẩn hiếu khí, sống theo
phương thức dị dưỡng. Chúng sử dụng nhiều loại hợp chất hữu cơ khác
nhau: disacarit, dextrin, tinh bột, acid hữu cơ, hợp chất thơm, … tuy vậy,
nhiều tác giả cho biết có không ít các chủng Azotobacter không có khả
năng đồng hoá lactose, manitol hoặc natribenzoat.
b. Khả năng sử dụng nguồn N:
Trên các môi trường không chứa N khuẩn lạc Azotobacter có dạng
nhầy, lồi, đôi khi nhăn nheo. Chứng tỏ vi khuẩn Azotobacter có khả năng
sinh trưởng trên môi trường không có N. Sở dĩ chúng tồn tại được là vì có
khả năng đồng hoá muối amonium, urê. Một số chủng Azotobacter có khả