Hình thái vi sinh vật

1 CHƯƠNG 2 HÌNH THÁI VI SINH VẬT Hình 1: Thí nghiệm bác bỏ thuyết tự sinh của Pasteur ĐẶC ĐIỂM VI SINH VẬT Kích thước nhỏ bé Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh Sinh trưởng nhanh và phát triển mạnh Năng lực thích ứng mạnh mẽ, dễ phát sinh biến dị Phân bố rộng, chủng loại nhiều 1980, Woese tách một số nhóm vi khuẩn ra thành Cổ khuẩn (Archae). Như vậy, hệ thống phân loại sinh giới của Woese có 3 lĩnh vực: Sinh vật nhân thật (Eukaryota), Vi khuẩn (Bacteria) và Cổ khuẩn (Archae). 2 Hình 2: Hệ thống phân loại sinh giới của Woese (1980) 3 VI KHUẨN 1. HÌNH THÁI VI KHUẨN - Vi khuẩn có nhiều hình dạng (hình cầu, hình que, hình dấu phẩy, hình xoắn, hình sao ....) - Kích thước vi khuẩn: đường kính (0.2÷2.0μm) x chiều dài (2.0÷8.0μm) 2. CẤU TẠO Hình 3: Cấu tạo tế bào prokaryote 2.1 Thành tế bào (Cell wall) Vị trí: Nhiệm vụ: - Duy trì hình dạng tế bào - Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao - Bảo vệ tế bào tránh khỏi một số điều kiện bất lợi 4 Ví dụ: vi khuẩn G+ chịu được áp suất thẩm thấu 15÷20 atm, vi khuẩn G- chịu được áp suất thẩm thấu 5÷10 atm. - Cần thiết cho quá trình phân cắt bình thường của tế bào. - Cản trở sự xâm nhập vào tế bào của một số chất có hại. Chẳng hạn thành tế bào vi khuẩn G- có thể ngăn cản sự xâm nhập của các chất kháng sinh có khối lượng phân tử vượt quá 800. - Có liên quan mật thiết đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh, chẳng hạn như khả năng sinh nội độc tố, tính mẫn cảm với thể thực khuẩn. Cấu tạo v Peptidoglican: Hình 4: Cấu tạo peptidoglycan trong tế bào vi khuẩn - Vi khuẩn G-: 5 Ø Có 2 lớp lipopolysaccharide ở lớp ngoài cùng của thành tế bào đan xen với các phân tử protein Ø Protein này chống lại sự xâm nhập của tế bào khác Ø Có sức đề kháng lớn hơn với lysosyme (chứa trong lòng trắng trứng, nước mắt, nước muối, đuôi thể thực khuẩn) do có lớp LPS dày Hình 5: Thành tế bào vi khuẩn Gram(-) - Vi khuẩn G+: Ø Có bức tường acid teichoic dày hơn vi khuẩn G- nên chịu được áp lực thẩm thấu tốt hơn Hình 6: Thành tế bào vi khuẩn Gram(+) 6 v Acid Teichoic Ø Chỉ có ở tế bào vi khuẩn G+ Ø Acid teichoic là polyme của ribitol và glycerol phosphate liên kết với peptidoglycan (PG) hoặc màng tế bào chất v Lớp không gian chu chất Ø Ở giữa lớp màng ngoài và lớp PG mỏng ở thành tế bào vi khuẩn G- ; ở giữa lớp thành tế bào và lớp màng tế bào chất của cả vi khuẩn G- và G+ Ø Trong lớp này có: proteinase, nuclease, protein vận chuyển qua màng, protein thụ thể (làm chỗ bám của thể thực khuẩn) 2.2 Màng tế bào chất (cytoplasmic membrane) Vị trí: Màng tế bào chất là lớp màng nằm kế tiếp thành tế bào chất (cell wall) ở vị trí bên trong tế bào. Nhiệm vụ: - Khống chế sự vận chuyển các chất dinh dưỡng giữa tế bào và môi trường, các sản phẩm trao đổi chất - Duy trì một áp suất thẩm thấu bình thường bên trong tế bào - Sinh tổng hợp các thành phần quan trọng của tế bào (enzyme, protein của chuỗi hô hấp…) 7 - Cung cấp năng lượng cho sự vận động của tiên mao Cấu tạo: - Màng tế bào chất dày từ 4-5nm, cấu tạo bởi 2 lớp phospholipid - Mỗi phân tử phospholipid chứa một đầu tích điện phân cực (đầu phosphat) và một đuôi không tích điện, không phân cực (đầu hydrocarbon) - Đầu phân cực tan trong nước nằm phía trong - Đầu phosphate còn gọi là đầu háo nước, đầu hydrocarbon là đầu kị nước Hình 7: Cấu tạo lớp phospholipid 2.3 Tế bào chất (cytoplasm) 8 Vị trí - Là vùng dịch thể ở dạng keo nằm bên trong màng tế bào Nhiệm vụ - Tích lũy chất dự trữ cho tế bào (trong môi trường giàu carbon và nghèo nitơ) - Chứa một số cơ quan quan trọng của tế bào như: ribosome, không bào… Cấu tạo - Trong tế bào chất có protein, acid Nucleic, hydrocarbon, lipid, ribosome, ion… - Ribosome nằm tự do trong tế bào chất, có chức năng tổng hợp các protein và protein đó gắn vào phía trong của màng tế bào chất Hình 8: cấu tạo ribosome ở vi khuẩn - Không bào khí (vi khuẩn quang hợp, thủy sinh): được bao bọc bởi một lớp màng protein dày 2nm; điều tiết tỉ 9 trọng của tế bào để tế bào nổi ở những tầng nước nhất định 2.4 Thể nhân (Nuclear body) Vị trí - Nằm bên trong tế bào chất Nhiệm vụ - Chứa đựng thông tin di truyền của vi khuẩn Cấu tạo - Là một NST duy nhất cấu tạo bởi một sợi DNA xoắn kép. Như vậy phần lớn các tế bào của sv nhân nguyên thủy là tế bào đơn bội. 2.5 Bao nhầy (Capsule) Vị trí - Là một lớp vật chất dạng keo, có độ dày bất định bao quanh bên ngoài thành tế bào, chỉ có ở một số loài vi khuẩn Nhiệm vụ - Bảo vệ vi khuẩn khỏi tác động yếu tố bên ngoài - Dự trữ thức ăn - Tích lũy một số sản phẩm trao đổi chất Cấu tạo - Thành phần chủ yếu là polysaccharide, ngoài ra còn có polypeptide và protein 10 - Ở vi khuẩn Acetobacter xylinum, bao nhầy cấu tạo bởi cellulose. Người ta dung bao nhầy này để ăn khi nuôi cấy A. xylinum trên nước dừa. 2.6 Tiên mao (Flagella) Vị trí - Tiên mao (lông roi) là những sợi lông dài, uốn khúc, mọc ở mặt ngoài một số vi khuẩn Nhiệm vụ - Giúp vi khuẩn di động trong dịch lỏng Cấu tạo - Cấu tạo bởi các phân tử của một loại protein đặc biệt gọi là flagellin - Vi khuẩn G(-): gồm một trụ nhỏ được gắn với 4 đĩa tròn có dạng vòng, kí hiệu là L, P, MS và C (hình 9). Vòng L nằm ngoài cùng, tương ứng với lớp LPS của màng ngoài. Vòng P nằm tiếp theo về phía trong, tương ứng với lớp PG. Vòng MS ở sâu hơn ngay vị trí màng tế bào chất và vòng C nằm trong tế bào chất. Rod là trụ nhỏ xuyên chính giữa các vòng. Hook là một bao hình móc bao bọc bên ngoài tiên mao ở phần phía ngoài lớp LPS. 11 - Vi khuẩn G(+) chỉ có 2 vòng (hình 10) gọi là vòng protein ngoài (nằm ở vị trí thành tế bào) và vòng protein trong (nằm ở vị trí màng tế bào) - Hoạt động theo cách quay như kiểu vặn nút chai. - VK di động trong môi trường lỏng theo kiểu nào vào nhiều lí do khác nhau. Nếu VK tìm đến hoặc tránh khỏi một tác nhân hóa học thì hiện tượng đó gọi là hóa hướng động (hình 11). Hình 9: cấu tạo tiên mao của vi khuẩn G- Hình 10: cấu tạo tiên mao của vi khuẩn G+ 12 Hình 11: Sự chuyển động của vi khuẩn theo hóa hướng động. Hóa chất có tính dẫn dụ VK được gọi là chất dẫn dụ (attractant). Hóa chất gây ra hóa hướng động âm gọi là chất xua đuổi (repellent). 2.7 Khuẩn mao (Pilus, Fimbria) Nhiệm vụ - Giúp vi khuẩn bám giữ vào cơ thể, tế bào của các loại động vật khác Cấu tạo - Kích thước rất ngắn, rất nhỏ và có bản chất protein 13 khuẩn mao giới tính (sex pilus). Công dụng của chúng là nối hai tế bào khác giới tính và những đoạn DNA được chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua cầu nối này. Hình 12: khuẩn mao giới tính 2.8 Bào tử (Spore) Vị trí: nằm bên trong tế bào và xuất hiện vào cuối thời kỳ sinh trưởng phát triển. Nhiệm vụ: duy trì sức sống vì có khả năng kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hóa chất, kháng áp suất thẩm thấu. Cấu tạo - Gồm có màng ngoài (exosprium), áo bào tử (spore coat) gồm có áo ngoài (outer coat) và áo trong (inner coat), vỏ bào tử (cortex) và lõi (core) hay còn gọi là thể chất nguyên sinh của bào tử (protoplast) (thành, màng, nhân, chất nguyên sinh của bào tử) Hình 13: Bào tử vi khuẩn Các bước quá trình hình thành bào t Hình 14: Quá trình hình thành bào t 14 ử: ử 15 3. SINH SẢN Ở VI KHUẨN Sinh sản vô tính (asexual): bằng cách phân đôi tế bào (binary fission). Lúc đầu, phần giữa tế bào dần dần thắt lại, nhân phân ra làm đôi và kết quả là tế bào bị tách ra thành hai tế bào riêng biệt Công thức: Hình 11: Quá trình sinh sản vô tính bằng cách phân đôi ở tế bào vi khuẩn B. licheniformis Với G : thời gian thế hệ n : số thế hệ trong một đơn vị thời gian 1n G = 16 HÌNH DẠNG MỘT SỐ VI KHUẨN Bacillus Vibrio Haemophilus Treponema 17 18 NẤM MEN 1. HÌNH THÁI VÀ KÍCH THƯỚC TẾ BÀO - Thuộc cơ thể đơn bào - Nấm men thường có hình dáng khác nhau (hình cầu, hình elip, hình bầu dục, hình dài ...) - Tế bào nấm men có kích thước lớn gấp từ 5-10 lần so với tế bào vi khuẩn. Chiều dài 9÷10μm x chiều rộng 2÷7 μm) 2. CẤU TẠO Tế bào nấm men được cấu tạo chủ yếu từ các phần cơ bản sau: thành tế bào, màng nguyên sinh chất, chất nguyên sinh, nhân, không bào, hạt dự trữ, ty thể, ribosom. Hình 13: Cấu tạo tế bào nấm men 19 Thành tế bào Vị trí: là lớp vỏ nằm ngoài tế bào Nhiệm vụ: (giống với vi khuẩn) Cấu tạo: được cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau: - Manan - Glucan - Protein: thường liên kết với các thành phần khác. - Kitin: thường nằm ở phần nảy chồi, chiếm khoảng 3%. Đây là chất rất bền vững không bị enzym phá hủy, có tác dụng bảo vệ chồi trong khi chồi còn non. - Phospholipid. Màng nguyên sinh chất Vị trí: dưới lớp thành tế bào Nhiệm vụ: (tương tự vi khuẩn) Cấu tạo: có cấu tạo tương tự như màng nguyên sinh chất của vi khuẩn (protein, phospholipid ...) - Hiện tượng trương nguyên sinh chất: tế bào cần lượng nước nhất định để duy trì sự sống, nếu vi sinh vật sống trong 1 môi trường có chất hòa tan ít hơn trong tế bào thì nước từ môi trường sẽ đi vào trong tế bào do màng tế bào có khả năng thẩm thấu, chất nguyên sinh bị ép sát vào màng tế bào làm màng tế bào căng lên gọi là trương nguyên sinh, lúc này tế bào vẫn sống và hoạt động. 20 - Hiện tượng co nguyên sinh chất: nếu nồng độ chất tan bên ngoài lớn hơn bên trong tế bào thì nước bên trong sẽ thẩm thấu ra bên ngoài, chất nguyên sinh co rút lại gọi là co nguyên sinh, tế bào ngừng hoạt động. Chất nguyên sinh Vị trí: nằm trong màng tế bào chất Nhiệm vụ: chứa các chất dinh dưỡng hòa tan, phân cắt các sản phẩm phế liệu, và dịch chuyển vật chất trong tế bào. Cấu tạo: - Có màu xám, cấu tạo từ (protein, glucid, lipid, khoáng, enzym ...) - Khi tế bào còn non chất nguyên sinh đồng nhất, khi tế bào già chất nguyên sinh trở nên kém đồng nhất (xuất hiện nhiều không bào và hạt volutin) Màng nhân có cấu tạo 2 lớp và trên màng có nhiều lỗ nhỏ Nhân Vị trí: nằm trong chất nguyên sinh Nhiệm vụ: chứa thông tin di truyền DNA Cấu tạo: - Nấm men là vsv điển hình cho nhóm nhân thật, nhân thường có hình bầu dục hay hình cầu. 21 - Nhân được bao bọc một lớp màng, bên trong là lớp dịch nhân, trong đó có một thể rắn gọi là hạch nhân hay nhân con. Không bào Vị trí - Nếu có 1 không bào thì chúng nằm ở một đầu tế bào, có 2 thì chúng nằm ở 2 đầu, và nhiều thì chúng thường nằm chung quanh. Nhiệm vụ: - Dự trữ các enzyme thuỷ phân, polyphosphate, ion kim loại, các sản phẩm trao đổi chất trung gian. - Điều hoà áp suất thẩm thấu của tế bào Cấu tạo: - Trong một tế bào nấm men có một hoặc nhiều không bào. - Không bào chứa đầy dịch tế bào, bên ngoài được bao bọc bởi một lớp màng hypoprotein gọi là màng không bào. Hạt dự trữ (volutin) - Là chất dự trữ các chất dinh dưỡng của tế bào - Tham gia vào việc điều hòa quá trình sinh trưởng, phát triển của tế bào Ty thể - Cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động 22 - Khoảng cách giữa các lớp là nơi xảy ra phản ứng tạo thành ATP Ribosom - Tham gia mọi quá trình tổng hợp các chất trong cơ thể Cấu tạo: 2 loại - Hạt 80S tồn tại tự do - Hạt 70S liên kết với cấu trúc màng 3. SINH SẢN CỦA NẤM MEN (đọc sách của Nguyễn Lân Dũng, trang 85-87) Sinh sản vô tính: Sinh sản bằng cách nẩy chồi Sinh sản bằng cách phân đôi Sinh sản bằng bào tử và sự hình thành bào tử Sinh sản hữu tính: bào tử túi Sinh sản bằng hình thức phân đôi v Hình 12: Quá trình sinh sản của nấm men 23 à nảy chồi ở nấm men 24 NẤM MỐC 1. Hình thái - Là loài thực vật không có chất diệp lục, hiếu khí 2. Cấu trúc - Tương tự như cấu trúc của tế bào nấm men. Khác với nấm men ở thể màng biên. Thể màng biên nằm ở giữa thành tế bào và màng tế bào chất, bao bọc bởi một lớp màng đơn và có hình dạng biến hóa rất nhiều (hình ống, hình túi, hình cầu). - Các bào tử nấm rơi vào điều kiện môi trường thích hợp sẽ nảy mầm thành một hệ sợi nấm gọi là khuẩn ti thể. Có 2 loại khuẩn ti: o Khuẩn ti dinh dưỡng: là khuẩn ti không mang bào tử. o Khuẩn ti khí sinh: là khuẩn ti phát triển tự do trong không khí. 3. Phân loại: 25 - Hệ sợi không có vách ngăn: nấm có cấu tạo đơn bào (Mucor, Rhizopus…) Mucor Rhizopus - Hệ sợi có vách ngăn: nấm có cấu tạo đa bào Aspergillus Penicillum 26 - Chân nấm: là nơi tiếp giáp giữa môi trường dinh dưỡng và sợi nấm - Cuống: giá đỡ - Nang (bọng nấm) - Thể bình (sơ cấp, thứ cấp): tế bào hình chai - Bào tử nấm mốc 4. Hình thức sinh sản Sinh sản vô tính: sinh trưởng đỉnh hoặc sinh sản bằng bào tử Sinh sản hữu tính: sự tiếp hợp giữa 2 sợi nấm 27 VIRUS Đặc điểm virus - Có kích thước vô cùng nhỏ bé (từ hàng chục đến hàng trăm nm) - Không có cấu tạo tế bào - Thành phần hóa học rất đơn giản, chỉ gồm: protein, acid nucleic (DNA hoặc RNA) - Không có khả năng sinh sản trong môi trường dinh dưỡng - Ký sinh nội bào 1. Hình thái - Virus có nhiều hình dạng khác nhau (hình quả cầu, hình gậy, hình trứng, hình hộp vuông, hình phage …) - Kích thước: 10-300 nm 2. Cấu tạo - Cấu tạo đơn giản: toàn bộ tế bào chỉ được tạo thành từ vỏ protein và lõi là acid nucleic. - Vỏ protein: phân tử protein tập hợp thành một đơn vị gọi là capsome, các capsome lại liên kết với nhau tạo thành vỏ gọi là capside. Capside tạo thành 3 kiểu vỏ là: vỏ xoắn, vỏ khối và vỏ hỗn hợp - Nhiệm vụ lớp vỏ protein: 28 · Bảo vệ virus chống lại các tác động bên ngoài · Chứa enzym phá hủy thành tế bào vật chủ - Nhiệm vụ của acid nucleic: · Quyết định tính chất gây bệnh · Biểu hiện khả năng di truyền, khả năng biến dị Hình: cấu tạo virus 3. Hình thức sinh sản 3.1 Sự hấp phụ: 3.2 Sự xâm nhập: 3.3 Sự sao chép: 3.4 Sự thành thục: 3.5 Sự phóng thích: 29 Hình: một số chủng virus phổ biến 30