Tài liệu Khái niệm chung về trao đổi chất ở Vi sinh vậtChương 16 docx

Khái niệm chung về trao đổi chất ở Vi sinh vật

Chương 16.

16.1. NĂNG LƯỢNG

16.1.1. Năng lượng và công

Có thể định nghĩa một cách đơn giản nhất năng lượng là khả năng tạo nên công hoặc gây

nên những biến đổi đặc biệt. Do đó, tất cả các quá trình lý, hoá là kết quả của việc sử dụng hoặc

vận động của năng lượng. Tế bào sống thực hiện ba loại 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 vào tế bào mặc dù

nồng độ nội bào của các chất này thường cao hơn ngoại bào nghĩa là ngược với gradien điện

hoá. Với các chất thải và các chất độc hại cần phải được loại bỏ khỏi tế bào, tình hình cũng diễn

ra tương tự.

 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 sinh vật) được dùng

làm nguồn carbon cho các sinh vật hoá dị dưỡng và các sinh vật tiêu thụ khác vốn sử dụng các

phân tử hữu cơ phức tạp làm nguồn vật chất và năng lượng để xây dựng nên các cấu trúc tế bào

của riêng mình (trên thực tế các sinh vật tự dưỡng cũng sử dụng các phân tử hữu cơ phức tạp).

Các sinh vật hoá dị dưỡng thường sử dụng O2 làm chất nhận electron khi oxy hoá Glucose và

các phân tử hữu cơ khác thành CO2. Trong quá trình này - được gọi là hô hấp hiếu khí - O2 đóng

vai trò là chất nhận electron cuối cùng và bị khử thành nước. Quá trình trên giải phóng ra nhiều

năng lượng. Do đó trong hệ sinh thái năng lượng được hấp thu bởi các cơ thể quang tự dưỡng và

hoá tự dưỡng vô cơ. Sau đó, một phần năng lượng này được chuyền cho các cơ thể hoá dị

dưỡng khi chúng sử dụng các chất dinh dưỡng bắt nguồn từ bọn tự dưỡng (Hình 16.1). CO2 tạo

thành trong hô hấp hiếu khí có thể lại được lắp vào các phân tử hữu cơ phức tạp trong quang

hợp và hoá tự dưỡng vô cơ. Rõ ràng, dòng carbon và năng lượng trong hệ sinh thái có liên quan

mật thiết với nhau.

Các tế bào phải vận chuyển năng lượng một cách có hiệu quả từ bộ máy sản xuất năng

lượng tới các hệ thống thực hiện công. Nghĩa là, chúng cần có một đồng tiền chung về năng

lượng để tiêu dùng, đó là Adenosine 5’- triPhosphate tức ATP (hình 16.2).