Oxi đối với vi khuẩn kị khí và vi khuẩn hiếu khí

I. Oxi đối với vi khuẩn kị khí và vi khuẩn hiếu khí. 
1. Vi khuẩn kị khí 
Các vi sinh vật kỵ khí không bắt buộc (facultative anaerobes) không cần oxygen để sinh trưởng nhưng khi có oxygen thì sinh trưởng tốt hơn. Khi có oxygen chúng sử dụng phương thức hô hấp hiếu khí. Các vi sinh vật kỵ khí chịu oxygen (aerotolerant anaerobes) như vi khuẩn Enterococcus faecalis có thể sinh trưởng như nhau trtong điều kiện có oxygen cũng như không có oxygen. Ngược khuẩn Bacteroides, Fusobacterium, Clostridiun pasteurianum, Methanococcus.... sẽ bị chết khi có oxygen.
2. Vi khuẩn hiếu khí 
Oxygen làchất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi vận chuyển điện tử khi hô hấp hiếu khí. Ngoài ra, các vi sinh vật nhân thật (eucaryotes) hiếu khí còn dùng oxygen để tổng hợp sterol và các acid béo không bão hòa
Vi sinh vật kỵ khí chịu oxygen và vi sinh vật kỵ khí bắt buộc không sinh năng lượng thông qua quá trình hô hấp, chúng thu được năng lượng thông qua quá trình lên men hay hô hấp kỵ khí (anaerobic respiration). Sau cùng, phải kể đến nhóm vi sinh vật vi hiếu khí (microaerophiles), chúng không sinh trưởng được trong điều kiện không khí bình thường (20% O2) và cần sinh trưởng trong điều kiện nồng độ O2 khoảng 2-10% Quan hệ giữa vi sinh vật và oxygen có thể xác định bằng một thí nghiệm đơn giản nha sau: nuôi cấy vi sinh vật trong ống nghiệm chứa môi trường đặc hoặc môi trường đặc biệt như môi trường chứa thioglycollate (là chất khử làm giảm nồng độ oxygen trong môi trường).
Cùng một nhóm vi sinh vật có thể có nhiều loại quan hệ khác nhau với O2. Cả 5 loại hình đều có thể thấy ở vi sinh vật nhân nguyên thủy (prpcaryotes) và động vật nguyên sinh. Nấm thường là hiếu khí, chỉ trừ một số loài đặc biệt, nhất là nấm men, thuộc loại kỵ khí không bắt buộc. Tảo hầu như đều thuộc loại hiếu khí bắt buộc. Đáng chú ý là năng lực có thể sinh trưởng cả trong môi trườnghiếu khí lẫn môi trường kỵ khí làm cho vi sinh vật có tính linh hoạt cao và đó chính là một loại ưu thế sinh thái học.
Mặc dầu O2 có thể làm chết các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc, nhưng trong môi trường hiếu khí vẫn có thể phân lập được chúng. Đó là do chúng thường sống chung với loại kỵ khí không bắt buộc và bọ này tiêu thụ hết O2 , tạo nên môi trường kỵ khí cục bộ giúp cho vi sinh vật kỵ khí bắt buộc có thể sinh trưởng được. Ví dụ trong khoang miệng vi khuẩn kỵ khí bắt buộc Bacteroides gingivalis có thể sinh trưởng được trong các khe kỵ khí quanh răng.
Sự khác biệt trong quan hệ của vi sinh vật với O2 do nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm việc bất hoạt của protein và tác dụng độc hại của O2 trong điều kiện hiếu khí. Các enzyme có thể bị bất hoạt khi các nhóm mẫn cảm như sulfhydryls bị oxy hóa. Chẳng hạn như enzyme cố định đạm nitrogenase là loại rất mẫn cảm với O 2 ­.
Vì hai điện tử bên ngoài của oxygen không thành cặp do đó rất dễ tiếp nhận điện tử và bị khử. Flavoprotein, một số thành phần tế bào khác và sự bức xạ đều có thể thúc đẩy việc khử oxy, tạo thành các sản phẩm khử như gốc tự do superoxide, hydrogen peroxide, gốc hydroxyl.
O2 + e- → O2- (gốc tự do superoxide)
O2 + e- + 2H+ → H 2O2 (hydrogen peroxide)
O2 + e- + H+ → H 2O + OH­­-(gốc hydroxyl)
Các sản phẩm khử oxy này là cực kỳ có hại vì chúng là các chất oxy hóa mạnh và phá hủy nhanh chóng các thành phần tế bào. Vi sinh vật nào phải có năng lực tự chống lại được các sản phẩm khử này mới tránh khỏi bị tiêu diệt. Bạch cầu trung tính (neutrophils) và đại thực bào (macrophage) đã lợi dụng các sản phẩm độc hại này để tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh xâm nhập cơ thể.
Nhiều vi sinh vật sinh ra các enzyme để chống lại các sản phẩm khử độc hại này. Vi khuẩn hiếu khí bắt buộc và vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc thường chứa các enzyme như superoxide dismutase (SOD) và catalase, chúng phân biệt xúc tác việc phá hủy gốc superoxide và hydrogen peroxide. Peroxidase cũng có thể dùng để phá hủy hydrogen peroxide:
2O2∙- + 2H+ →→superoxide dismutase→→ O2 + H 2O
2H2O2→→catalase→→ 2H 2O + O 2
H2O2 + NADH + H+→→peroxidase→→ 2H2O + NAD +
Vi sinh vật kỵ khí chịu oxygen có thể thiếu catalase nhưng hầu hết luôn có superoxide dismutase. Vi khuẩn kỵ khí chịu oxygen Lactobacillus plantarum dùng ion Mn2+ thay thế SOD đểđể phân giải gốc tự do của superoxide. Tất cả các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc đều không có hai loại enzyme nói trên hoặc có với nồng độ rất thấp và do đó không có năng lực chống chịu được với oxygen.
II. Thành tế bào thực vật có gì khác so với thành tế bào của vi khuẩn và nấm? 
Thực vật
Nấm
Vi khuẩn
Xenlulozo
Kitin
Peptidoglican 
Bên ngoài màng sinh chất của thực vật và của nấm được bao bọc bởi thành tế bào. Ở thực vật, thành tế bào được cấu tạo từ xenlulôzơ. Còn ở nấm, thành tế bào được cấu tạo chủ yếu bằng kitin, thành tế bào vi khuẩn là peptiđôglican. Các chất này rất bền vững, có cấu tạo đặc biệt, giúp bảo vệ tế bào.
III. Đường đơn, đường đôi 
1. Đường đơn
Glucose hay 2,3,4,5,6-pentahidroxihexanal là một loại đường đơn giản (monosaccarit), là một cacbohydrat quan trọng trong sinh học, có công thức phân tử là C6H12O6. Glucose được tạo ra do thủy phân đường saccharose với chất xúc tác là axit (đây chính là quá trình xảy ra trong dạ dày con người khi ăn đường saccharose hoặc các sản phẩm chứa saccharose). Độ ngọt của glucose chỉ bằng khoảng 1/2 độ ngọt của saccharose. Glucose có nhiều trong hoa quả ngọt, như nho chín, hoa quảchín, cũng như lượng nhỏ trong mật ong.
Glucose giúp các hỗn hợp có pha đường không bị hiện lên những hạt đường nhỏ khi để lâu (hiện tượng hồi đường hay lại đường). Đồng thời nó cũng giúp bánh kẹo lâu bị khô và giữ được độ mềm. Nó cũng được sử dụng trong quá trình làm kem để giữ hỗn hợp nước và đường mịn, không bị hồi đường.
Nói chung, trong công nghiệp thực phẩm, glucose được sử dụng làm chất bảo quản.
2. Đường đôi 
Đường đôi gồm 2 phân tử đường đơn liên kết lại với nhau. Ví dụ, phân tử glucôzơ liên kết với phân tử fructôzơ tạo thành đường saccarôzơ (đường mía), phân tử galactôzơ liên kết với phân tử glucôzơ tạo nên đường đôi lactôzơ (đường sữa)
- Chức năng 
Cacbohiđrat có các chức năng chính sau :
- Là nguồn năng lượng dự trữ của tế bào và cơ thể. Ví dụ, đường lactôzơ là đường sữa, glicôgen là nguồn dự trữ năng lượng ngắn hạn. Tinh bột là nguồn năng lượng dự trữ trong cây.
- Cấu tạo nên tế bào và các bộ phận của cơ thể. Xenlulôzơ là loại đường cấu tạo nên thành tế bào thực vật, kitin cấu tạo nên thành tế bào nấm và bộ xương ngoài của nhiều loài côn trùng hay một số loài động vật khác. 
Cacbohiđrat liên kết với prôtêin tạo nên các phân tử glicôprôtêin là những bộ phận cấu tạo nên các thành phần khác nhau của tế bào.
IV. Sự khác nhau quá trình tổng hợp ATP qua chuỗi truyền điện tử trong hô hấp tế bào và trong quang hợp.
ATP - Trung tâm của trao đổi chất tế bào
Tên gọi chung của tất cả các quá trình trao đổi chất trung gian là hiệu quả năng lượng của những biến đổi các chất hữu cơ, trong đó ATP được coi là dạng năng lượng dự trữ, nó có thể tham gia trao đổi trong các quá trình hoá học khác nhau. Phần lớn là các quá trình phản ứng hoạt hoá như trao đổi hydratcarbon, trao đổi axit béo, trao đổi các hợp chất chứa nitơ (axit amin, protein, axit nucleic...)..đều có tham gia của ATP.
Như vậy, ATP vừa là chất tích luỹ năng lượng; đồng thời vừa là chất cung cấp năng lượng. Những công trình nghiên cứu gần đây đã chứng minh ATP còn giữ vai trò là chất gây ra biến đổi năng lượng. ATP có thể chuyển năng lượng dạng tĩnh của các liên kết hoá học thành năng lượng dạng động, nghĩa là năng lượng kích thích các phân tử làm cho các phân tử có thể phản ứng với nhau. Ví dụ : ATP tham gia vào các quá trình hình thành các nhóm hoạt động. Do đó, người ta có thể nói : "ATP là trung tâm của trao đổi chất tế bào".
1. Hô hấp tế bào 
Chuỗi chuyển điện tử (tiếng Anh: electron transport chain (ETC)) kết hợp sự chuyển giữa vật cho điện tử (ví dụ như NADH) và một vật nhận điện tử (ví dụ ôxi) đến sự trung chuyển của proton H+ qua lớp màng sinh chất. Kết quả là một độ chênh thế điện hóa học được tạo ra, năng lượng tích chứa trong thế này được ATP synthase chuyển thành hóa năng dưới dạng adenosine triphosphate (ATP). Chuỗi chuyển điện tử là một cơ chế cấp độ tế bào và được dùng để sản sinh năng lượng từ ánh sáng mặt trời trong quang hợp và từ các phản ứng ôxi hóa khử, ví dụ như từ phản ứng ôxi hóa các chất đường (xem thêm hô hấp tế bào).
Ở lục lạp, dưới tác động của ánh sáng nước bị phân giải thành ôxi và NADP+ chuyển thành NADPH với việc ion H+ được chuyển qua màng lục lạp. Ở ti thể, ôxi được chuyển đổi thành nước, NADH thành NAD+ và succinate thành fumarate, nhờ đó tạo nên một độ chênh về thế proton. Mặc dù một số loài vi khuẩn có thực thi chuỗi chuyển điện tử với những yếu tố giống như trong ti thể và lạp thể, những loại khác sử dụng các vật nhận và cho điện tử khác với các cơ quan trên. Cả chuỗi chuyển điện tử quang hợp và hô hấp đều là nơi xảy ra sự rò rỉ điện tử quá sớm tới ôxi, điều này hình thành superoxide và dẫn đến kết quả là sự gia tăng ứng kích ôxi hóa.
Chuỗi chuyển điện tử bao gồm những phản ứng ôxi hóa khử xảy ra ở những khoảng không gian khác nhau, trong đó điện tử (electron) được chuyển từ một phân tử cho điện tử tới một phân tử nhận điện tử. Năng lượng cơ bản thúc đẩy các phản ứng này là năng lượng tự do Gibbs của tác chất và sản phẩm. Năng lượng tự do Gibbs là năng lượng có sẵn ("tự do") để làm việc. Bất cứ phản ứng nào làm giảm tổng năng lượng tự do Gibbs của một hệ thống sẽ tự động phát sinh. Sự chuyển điện tử bắt đầu từ một chất cho điện tử tới một chất nhận điện tử.
ATP synthase, một enzyme có cấu trúc được bảo tồn cao, được cung cấp năng lượng bởi một thế điện hóa proton xuyên màng, đó là kết quả của một loạt các phản ứng ôxi hóa khử.[1][Gc 1] Chức năng của chuỗi chuyển điện tử là tạo ra thế điện hóa đó.[2][Gc 2] Thế điện hóa xuyên màng có thể kích hoạt sự vận chuyển các nguyên tử xuyên qua màng sinh chất. Nó cũng có thể kích hoạt các hoạt động cơ học như hoạt động xoay của tiên mao hay sản xuất ATP nhằm cung cấp năng lượng cho các hoạt động của tế bào. Một lượng nhỏ ATP có sẵn ở sự phosphorylate hóa cấp độ chất nền, ví dụ như sự thủy phân glycogen. Trong phần lớn các cơ thể sống, đại bộ phận ATP được sản sinh ra từ chuỗi chuyển điện tử, trong khi một số nhỏ sản sinh ATP từ việc lên men
* Hô hấp tế bào là quá trình chuyển hoá năng lượng diễn ra trong mọi tế bào sống. Trong quá trình này, các chất hữu cơ bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian rồi cuối cùng đến CO2 và H2O, đồng thời năng lượng tích luỹ trong các chất hữu cơ được giải phóng và chuyển thành năng lượng của các phân tử ATP, dạng năng lượng dễ sử dụng cho mọi hoạt động của tế bào. Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp tế bào là:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Năng lượng (ATP + nhiệt)
– Hô hấp tế bào có bản chất là một chuỗi các phản ứng ôxi hóa khử. Thông qua chuỗi các phản ứng này, phân tử glucôzơ được phân giải dần dần và năng lượng của nó không được giải phóng ồ ạt mà được lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau.
– Hô hấp tế bào được chia thành 3 giai đoạn chính: đường phân, chu trình Crep và chuỗi chuyền êlectron hô hấp. Trong đó chuỗi chuyền êlectron hô hấp tạo ra được nhiều ATP nhất.
+ Quá trình đường phân (Glycolysis)
 Trong glycolysis, glucose và glycerol được chuyển hóa thành pyruvate. Trong hầu hết các sinh vật, quá trình này xảy ra trong tế bào chất, nhưng trong một số động vật nguyên sinh như kinetoplastid được thực hiện trong một cơ quan chuyên biệt gọi là glycosome. Glycolysis tạo ra hai phân tử ATP thông qua quá trình phosphoryl hóa cơ chất và được xúc tác bởi hai enzymes: PGK và pyruvate kinase. Hai phân tử NADH cũng được tạo ra và chúng được oxy hóa qua các chuỗi vận chuyển điện tử và tạo ra ATP qua enzym ATP synthase. Các phân tử pyruvate tham gia vào chu trình Krebs.
+Chu trình acid citric và oxy hóa phosphoryl hóa
Trong ty thể, pyruvate bị ôxi hóa tạo thành acetyl CoA dưới sự xúc tác của enzym pyruvate dehydrogenase, sau đó bị ôxi hóa thành CO2 và H2O qua chu trình acid citric (còn gọi là chu trình Krebs). Mỗi chu kỳ tạo ra hai phân tử của CO2 , một phân tử ATP (GTP) thông qua quá trình phosphoryl hóa cơ chất; ba phân tử NADH và một phân tử các FADH2 . NADH và FADH2 tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử tạo ra ATP qua enzym ATP Synthase. Mỗi phân tử NADH tổng hợp được từ 2-3 phân tử ATP và mỗi phân tử FADH2 tổng hợp khoảng 1,5 phân tử ATP. Phần lớn ATP được tạo ra bởi quá trình này. Mặc dù chu trình acid citric không liên quan đến phân tử oxy, nó là một quá trình yếm khí. Tuy nhiên, vì O2 cần thiết cho việc tái tạo FAD+ và NAD+ nên ảnh hưởng đến chu trình Krebs. Thiếu oxy sẽ làm cho chu trình acid citric sẽ ngừng lai vì thiếu NAD+ và FAD+.
NADH từ tế bào chất vào ty thể qua các con thoi malat-aspartate (hoặc con thoi glycerol-phosphate) bởi vì các màng ty thể là không thấm với NADH và NAD+. Thay vận chuyển NADH qua màng, một enzyme dehydrogenase malat oxaloacetate chuyển hóa thành malat, malat thấm vào nội chất ty thể. Dưới sự xúc tác của enzym malat dehydrogenase, malat được biến đổi ngược lại, tạo ra oxaloacetate và NADH. Sau đó oxaloacetate được vận chuyển trở lại qua màng đến tế bào chất.
Trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, việc chuyển giao các điện tử từ NADH và FADH2 qua chuỗi vận chuyển điện tử đã tạo ra bơm proton từ nội chất ty thể đến không gian giữa hai lớp màng. Điều này tạo ra một động lực proton hay một gradient pH và một gradient điện thế giữa hai lớp màng ty thể. Dòng các proton sẽ vận chuyển từ không gian giữa hai lớp màng đến nội chất ty thể tạo ra động lực cho sự tổng hợp của ATP của enzym ATP synthase. Enzyme này chứa một tiểu đơn vị có thể quay trong quá trình tổng hợp ATP.
+ Sự hô hấp yếm khí
Hô hấp hoặc lên men kỵ khí là quá trình ôxi hóa không có O2 như một nguồn tiếp nhận electron. Trong hầu hết các sinh vật nhân chuẩn, glucose được sử dụng như chất tạo năng lượng và tạo ra điện tử. Phương trình oxy hóa glucose thành acid lactic như sau:
C6H12O6 à 2CH3CH(OH)COOH + 2ATP
Ở sinh vật nhân sơ, các chất nhận điện tử có thể được sử dụng trong hô hấp kỵ khí. Chúng bao gồm nitrat, sulfat hoặc carbon dioxide. Các quá trình này dẫn đến các quá trình sinh thái quan trọng như nitrat hóa, giảm sulfate và acetogenesis.
2. Quang hợp 
Ở thực vật, ATP được tổng hợp trong màng thylakoid của lục lạp trong khi các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng của quang hợp trong quá trình gọi là photophosphorylation. Ở đây, năng lượng ánh sáng được sử dụng để bơm proton qua màng lục lạp. Điều này tạo ra một động lực proton và làm quay các tiểu phần của ATP synthase, như quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Các phân tử ATP được sản xuất trong các lạp lục được tiêu thụ trong chu trình Calvin, tạo ra đường triose.
V. Đặc điểm vi khuẩn nitrat hóa 
VI. không bào trong TB lông hút của TV chịu hạn và TV ưa ẩm 
Không bào của TB lông hút ở thực vật chịu hạn chứa dịch không bào có nồng độ muối khoáng và đường cao hơn so với thực vật ưa ẩm