•Một số vi khuẩn có khả năng oxyd hóa các hợp chất nitơ vô cơ làm nguồn năng lượng
như : NH4+, NO2- . Đấy là các vi khuẩn nitrat hóa, một loại vi khuẩn tự dưỡng hóa năng bắt buộc do một nhà khoa học Nga, X.N
Vinograski phát hiện năm 1892
•Thực chất quá trình nitrat hóa gồm hai giai đoạn chính , mỗi giai đoạn do một nhóm vi sinh vật chuyên biệt đảm trách:
•* Giai đọan nitrit hóa:
•NH4+ sinh ra do sự phân giải các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ (quá trình thối rửa) sẽ bị một nhóm các vi khuẩn trong đất oxyd hóa thành NO 2-
•2 NH4+ + 1/2 O2 NO 2- + 2H+ + năng lượng.
•Các vi khuẩn tham gia giai đoạn này gồm : Nitrosomonas, Nitrosococcus (dạng cầu), Nitrospira (dạng xoắn).
• Giai đọan nitrat hóa:
•NO 2- vừa được sinh ra trong môi trường sẽ tiếp tục bi oxyd hóa bởi nhóm vi khuẩn nitrat hóa như: Nitrobacter, Nitrococcus....
•NO 2- + 1/2 O2 NO 3- + năng lượng.
•Trong cả hai trường hợp, năng lượng sinh ra được các vi khuẩn dùng để đồng hóa CO 2 của không khí tổng hợp nên chất hữu cơ của cơ thể
• Vi khuẩn nitrat tham gia vào quá trình chuyển hóa tuần hoàn các chất nitơ trong tự nhiên . Hiện nay, có ý kiến cho rằng vi khuẩn nitrat hóa gây ảnh
hưỡng bất lợi đối với cây trồng. Lý do là cây trồng đều hấp thu được dễ dàng đạm ở dạng NH4+ và
dạng NO3-. Ở dạng NH4+ , đạm có thể được giử lại trong đất bền hơn dạng NO 3-, nhờ chúng có thể
kết hợp với các thành phần chất mùn ở trong đất.
Trong khi đó, nếu NH3 bị oxyd hóa thành NO 3- do hoạt động của vi khuẩn nitrat, thì NO3- dễ bị rửa trôi và thấm sâu vào lòng đất, làm cây trồng có thể bị thiếu đạm. Ngoài ra dạng NO 3- còn dễ bị khử thành N2 phân tử do hoạt động phản nitrat của một số vi khuẩn kị khí có khả năng khử nitrat.
• 2 Quá trình oxyt hóa lưu huỳnh và các hợp chất có lưu huỳnh
• * Vi khuaồn lửu huyứnh :
• Đặc điểm của vi khuẩn lưu huỳnh là thường có chứa các giọt S trong tế bào chất. Đó là các vi khuẩn dạng sợi như:
Beggiatoa,Thiothrix; dạng cầu như:
Achromatium; dạng xoắn như Thiospira.
• H2S + 1/2 O2 S + H2O + Ecalo .
• S sinh ra được vi khuẩn tích lủy trong tế bào chất, khi môi trường không còn H2S thì vi khuẩn sẽ sử dụng S dự trử làm nguồn năng lượng theo phản ứng:
• * Vi khuaồn sulphat:
• Vi khuẩn sulphat không tích lủy các hạt S trong tế bào. Chúng có khả năng oxyd hóa S và các hợp chất chứa S dạng khử như H2S, S2O32-...Vi khuẩn sulphat chỉ có một giống là Thiobacillus.
• -Thiobacillus thioparus: là vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng bắt buộc,
dạng que ngắn, thích hợp môi trường kiềm hay trung tính. Khi oxyd hóa S2O32- sẽ tạo thành H2SO 4 , acid này sẽ bị trung hòa nhờ môi trường kiềm :
• 5Na 2S 2O 3 + H2O+ 4O2 5Na 2SO4 + H 2SO 4 + 4 S + năng lượng
• 4S + 6 O2 + 4 H2O 4 H 2SO 4 + năng lượng
• -Thiobacillus denitrificans: trực khuẩn ngắn, ki khí tuỳ ý, có thể sử dụng NO3-làm chất nhận điện tử trong môi trường không có oxy ( khi nuôi cấy phải cho vào môi trường chất NaHCO3)
• 5Na 2S 2O 3 + 8KNO 3 +2NaHCO 3 6Na 2SO4 + 4K 2SO 4 + 4N2 + 2CO 2 + H2O + năng lượng
• 3. Quá trình oxyd hóa sắt-Vi khuẩn sắt
• Vi khuẩn có khả năng oxyd hóa các hợp chất sắt dạng khử (Fe2+ Fe3+) để tạo năng lượng cho cơ thể, được gọi là Ferrobacterie bao gồm các các vi khuẩn dạng sợi đa bào như:
Lepthotrix, Crenothrix; dạng đơn bào như: Gallionella, Siderocapsa, Sideromonas.
• Vi khuẩn sắt có thể oxyd hóa sắt ở dạng FeCO3 (dạng hòa tan trong nước ) thành Fe(OH)3 (dạng kết tuả không tan trong
nước). Sắt dạng kết tủa được tạo thành, thường tích lủy trong lớp bao nhầy cuả vi khuẩn sắt dạng sợi , đấy là các hạt
hydroxyd saét.
• 2FeCO 3 + 1/2 O 2 + 3 H2O 2Fe(OH)3 + 2CO 2 + 2kcal.
• Năng lượng sinh ra khi oxyd hóa 2 phân tử FeCO3 chỉ khoảng 2 kcal, quá ít so với nhu cầu năng lượng của tế bào , do đó các vi khuẩn sắt thường phải oxyd hóa một lượng lớn chất FeCO3 dạng hòa tan trong nước, biến chúng thành dạng kết tủa
Fe(OH)3. Đó là lý do tại sao vi khuẩn sắt là một trong những nguyên nhân gây nên lớp trầm tích sắt đưới đáy ao hồ. và là nguyên nhân gây sự tắt nghẻn các ống dẩn nước bằng sắt
•Đặc biệt các vi khuẩn Thiobacillus ferroxydans là một loại vi khuẩn sulphat có khả năng vừa oxyd hóa các hợp chất S, vừa có khả năng oxyd hóa các hợp chất sắt dạng khử.
•Đây là các vi khuẩn có hại , vì khi phát triển trong các mỏ kim loại có chứa S (Fe S, CuS, MoS...) chúng sẽ oxyd hợp chất có S tạo thành H2SO4, acid
sinh ra sẽ làm hao hụt trử lượng kim loại có trong mỏ.
•Nhưng gần đây , người ta biết sử dụng các vi khuẩn này để trích ly các quặng sắt nghèo hay xỉ quặng để thu hồi một số các kim loại mà trước đây không thể tận thu được, nhờ dựa vào đặc tính chúng có thể oxyd hóa các hợp chất Fe dạng hòa tan , để biến thành dạng sắt kết tủa.
Thiobacillus ferroxodans Crenothrix
Vi khuẩn sắt oxid hoá ống dẫn nước
Growth of iron bacteria
An acid hot spring at the Norris Geyser Basin in Yellowstone is rich in iron and sulfur
Vi khuẩn sắt tạo váng màu vàng trên mặt nước
Lithotrophic oxidations
•Tảo và một số các vi khuẩn màu lục và màu tía có khả năng hấp thu được năng lượng ánh sáng và chuyển chúng thành năng lượng hóa học tích trử trong các dây nối cao
năng của ATP, năng lượng này sẽ được vi khuẩn sử dụng để cố định CO 2 của không khí, tổng hợp thành chất hữu cơ cho cơ thể. Quá trình này được gọi là quá trình quang tổng hợp.
• Vi khuẩn có khả năng này là nhờ trong tế bào của
chúng có các sắc tố quang hợp như: bacteriochlorophil (gồm các Bchl a, b, c, d) và các sắc tố thuộc loại carotenoic. Các sắc tố này thường khu trú trong những túi hình bầu dục hay những diã dẹt nằm sát màng tế bào chất, đấy được gọi là
các sắc đài thể ( thể mang màu - chromatophore). Trong các thể mang màu còn có các enzime vận chuyển e-.
QUÁ TRÌNH THU NĂNG LƯỢNG ÁNH SÁNG CỦA VK QUANG HỢP
• Ở các nhóm vi khuẩn khác nhau thành phần các sắc tố
quang hợp cũng khác nhau . Phổ hấp thu ánh sáng của của các sắc tố cũng khác nhau.Nhờ vậy mà vi sinh vật tránh được hiện tượng canh tranh ánh sáng. Thí dụ:
• - Ở cây xanh , diệp lục tố chlorophil hấp thu ánh sáng có λ= 700-740 nm, còn ở vi khuẩn, bacteriochlorophil (Bchl) có
thể hấp thu những tia sáng có λ= 840 nm .
• - Các vi khuẩn màu tía, sắc tố Bchl a của nó hấp thu ánh sáng có λ lớn hơn 900 nm, sắc tố Bchl b hấp thu ánh sáng có λ =1100nm. Sự khác nhau về phổ hấp thu có ý nghĩa sinh thái. Nó cho phép vi khuẩn sinh trưỡng trong các vùng sâu dưới đáy ao hồ(nơi chỉ có các tia hồng ngoại hay tử ngoại truyề qua được), dưới các lớp tảo, mà không bi canh tranh ánh sáng với tảo
Phửụng trỡnh chung
ánh sáng
CO 2 + 2 H2A [CH2 O] + H2O + 2A
• Ở vi khuẩn S màu lục và màu tía có thể dùng:
• *H2A ở dạng H2S:
• ánh sáng
• CO2 + 2H2S [CH2 O] + H2O + 2S
• H 2A ở dạng S:
• ánh sáng
• 3CO2 + 2S + 5H2O 3 [CH2 O] + 2 H 2SO 4
• H 2A ở dạng H2SO 3 ( sulphit):
• ánh sáng
• CO2 + 2H2SO3 + 2 H2O [CH2 O] + H2O + 2 H 2SO 4
• H 2Aứ ở dạng Na2S2 O 3 (thiosulphat):
• ánh sáng
• * CO2 + 4Na2S2 O 3 + 3 H2O [CH2 O] + Na2S4O6 + 4NaOH
• trường hợp có PH thấp
• * 2CO2 + Na2S2 O 3 + 3 H2O 2[CH2 O] + Na2SO4 + H 2SO 4
• trường hợp có PH = 6.25-7.30
• H 2A có thể là chất hữu cơ:
• Vi khuẩn quang hợp có thể sử dụng chất hữu cơ làm nguồn cho e- hay Hydro: các chất đường , rượu, acdd hữu cơ, acid amin....Đây là các vi khuẩn quang tự dưỡng hữu cơ ( photoorganoautotrophe) .Vi dụ : vi khuẩn Rhodopseudomonas có thể sử dụng isopropanol làm nguồn cho hydro và chuyển chúng thành aceton:
• ánh sáng
CO2 + 2CH3CHOHCH3 [CH 2O] + 2CH3 COCH3 + H2O
Differences between plant and bacterial photosynthesis
plant photosynthesis bacterial photosynthesis
organisms plants, algae,
cyanobacteria purple and green bacteria type of chlorophyll chlorophyll a
absorbs 650-750nm bacteriochlorophyll absorbs 800-1000nm Photosystem I
(cyclic
photophosphorylation) present present
Photosystem I (noncyclic
photophosphorylation) present absent
Produces O2 yes no
Photosynthetic electron
donor H2O H2S, other sulfur compounds
or
certain organic compounds
Vi khuẩn quang hợp có 3 họ :