Trao đổi chất là quá trình hấp thu thức ăn từ môi trường vào cơ thể, chế biến nó thành các chất của cơ thể và thải các sản phẩm cuối cùng ra môi trường.
Quá trình hấp thu các chất dinh dưỡng gọi là quá trình dinh dưỡng. Quá trình chế biến các chất dinh dưỡng thành các chất của cơ thể gọi là quá trình đồng hoá. Quá trình phân huỷ các thành phần của cơ thể gọi là quá trình dị hoá. Quá trình oxy hoá các chất dinh dưỡng để tạo ra năng lượng được gọi là quá trình trao đổi năng lượng. Vì vi sinh vật không có mô dự trữ nên chúng phải oxy hoá trực tiếp các chất dinh dưỡng để tạo ra năng lượng.
Trao đổi chất và trao đổi năng lượng liên quan chặt chẽ với nhau. Cơ thể vi sinh vật muốn tạo ra năng lượng để hoạt động sống phải dựa vào nguồn dinh dưỡng được hấp thu do quá trình trao đổi chất. Quá trình trao đổi chất thực hiện được là nhờ vào năng lượng của tế bào.
Hai quá trình này có những đặc trưng riêng biệt tuỳ theo đặc điểm sống của từng nhóm vi sinh vật.
- Nhóm sinh dưỡng quang năng có khả năng sử dụng trực tiếp năng lượng của ánh sáng mặt trời để đồng hoá CO2 tạo thành chất hữu cơ của cơ thể.
- Nhóm dinh dưỡng hoá năng vô cơ sử dụng năng lượng sinh ra trong quá trình oxy hoá một chất vô cơ nào đó để đồng hoá CO2trong không khí.
- Nhóm dinh dưỡng hoá năng hữu cơ sử dụng chất hữu cơ làm chất ôxy hoá sinh năng lượng.
Trong nhóm này, nhóm háo khí có quá trình ôxy hoá năng lượng kèm theo việc liên kết với ôxy của không khí.
Nhóm kị khí có quá trình ôxy hoá sinh năng lượng không kèm theo việc liên kết với ôxy của không khí (chất nhận điện tử không phải là oxy mà là một chất hữu cơ hoặc một chất vô cơ).
Trường hợp chất nhận điện tử là chất hữu cơ.
Năng lượng giải phóng ra từ các phản ứng oxy hoá trong các quá trình trên được giữ lại trong một số hợp chất giàu năng lượng của tế bào, phổ biến nhất là ATP. Năng lượng trong phân tử này được tích luỹ ở liên kết cao năng giữa P và O (Bởi vậy còn gọi là quá trình photphoryl hoá). Khi cần đến năng lượng, ATP được oxy hoá để giải phóng năng lượng.
Như trên là những khái niệm cơ bản nhất về các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng ở vi sinh vật. Để có được hai quá trình này phải có quá trình dinh dưỡng. Tất cả các quá trình trên là cơ sở vi sinh vật học của các quá trình chuyển hoá vật chất trong các môi trường tự nhiên. Nhờ sự chuyển hoá vật chất mà sự cân bằng vật chất được giữ vững. Từ đó có được sự cân bằng sinh thái trong môi trường tự nhiên.
Dị hoáĐồng hoá
Hình. Biến dưỡng năng lượng ở vi khuẩn
Bảng. Các dạng chuyển hoá chính
| Chất cho Hydro |
| Chất nhận Hydro |
| Oxy | Chất vô cơ | Hợp chất hữu cơ |
| Chất vô cơHoá dưỡng vô cơ | (Hô hấp)Nhóm 1Hoá dưỡng vô cơ hiếu khí | (Hô hấp hiếu khí)Nhóm 2Hoá dưỡng vô cơ yếm khí | (Lên men) |
| Chất hữu cơHoá dưỡng hữu cơ | Nhóm 3Hoá dưỡng hữu cơ hiếu khí | Nhóm 4Hoá dưỡng hữu cơ yếm khí | Nhóm 5Có khả năng lên men |
Bảng 2.12. Các dạng dinh dưỡng chính của vi sinh vật
| CÁC DẠNG DINH DƯỠNG CHÍNH | NGUỒN NĂNG LƯỢNG HYDRO/ ĐIỆN TỬ, CACBON | VI SINH VẬT - ĐẠI DIỆN |
| Vi sinh vật tự dưỡng, quang hợp vô cơ | Năng lượng ánh sángChất vô cơ cho hydro/ điện tửNguồn cacbon là CO2 | TảoVi khuẩn tía và lục sử dụng SVi khuẩn lam |
| Vi sinh vật dị dưỡng, quang hợp hữu cơ | Năng lượng ánh sángChất hữu cơ cho hydro/ điện tửNguồn cácbon hữu cơ (CO2 có thể được sử dụng) | Vi khuẩn tía không sử dụng được lưu huỳnhVi khuẩn lục không sử dụng được lưu huỳnh |
| Vi sinh vật tự dưỡng, hoá dưỡng vô cơ | Nguồn năng lượng hoá học (vô cơ)Chất vô cơ cho hydro/ điện tửNguồn cacbon là CO2 | Vi khuẩn oxy hoá lưu huỳnhVi khuẩn oxy hoá hydroVi khuẩn nitrit hoáVi khuẩn sắt |
| Vi sinh vật tự dưỡng, hoá dưỡng hữu cơ | Nguồn năng lượng hoá học (hữu cơ)Chất hữu cơ cho hydro/ điện tửNguồn cacbon hữu cơ | Nguyên sinh động vậtMycètesĐa số các vi sinh vật không quang hợp |
