Thuyet trinh dinh duong vi sinh vat

 

Bộ môn:
VI SINH MÔI TRƯỜNG
chương 2:
DINH DƯỠNG VÀ BIẾN DƯỠNG
NHÓM 2:
TRẦN NGUYÊN HẢO
BÙI KIM NGỌC
LÂM QUANG HUY
LÂM THỊ THU NGUYỆT
NGUYỄN THỊ NGỌC DIỄM
NGÔ THỊ MỸ ANH
TRẦN XUÂN ANH


BỘ GIÁO DỤC&ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIÊN GIANG
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NỘI DUNG BÀI HỌC
Lời Mở Đầu
dinh dưỡng và biến dưỡng
Toàn bộ các quá trình chuyển hóa vật chất sảy ra trong môi trường thiên nhiên là do hoạt động của sinh vật nói chung, trong đó chủ yếu là VSV.
Dinh dưỡng của VSV chính là cơ sở của vi sinh vật học với các quá trình chuyển hóa vật chất thực hiện bởi các nhóm VSV khác nhau. Một cơ thể sinh vật bé nhỏ nhưng lại có khả năng chuyển hóa một lượng vật chất gấp nhiều lần trong thời gian ngắn.
Quá tình hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường vào cơ thể VSV được gọi là: quá trình dinh dưỡng.
Robert Koch
Bạn có nhận xét về kích thước của vi sinh vật?
Nhắc lại: Khái niệm vi sinh vật:
Vi sinh vật là những cơ thể sống có kích thước rất nhỏ bé
khoảng 0,2-2 µm (nhân sơ) và 10-100 µm (nhân thực)phần lớn là cơ thể đơn bào.
chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.
Ánh sáng
Ánh sáng
CHC
CHC hoặc CVC
CO2
CO2
CHC
CHC
VK lam, tảo lam,VK chứa lưu hỳnh màu tía hoăc lục.
VK không chứa S màu tía và màu lục
VK nitrat hóa,VK OXH lưu huỳnh
Vi nấm, ĐVNS, VK không quang hợp
Các nhóm vi sinh vật.
I.Dinh dưỡng vi sinh vật:
- KN: Dinh dưỡng của vi sinh vật bao gồm các vi sinh vật hấp thụ từ các môi trường xung quanh để tạo ra các tế bào để cung cấp cho năng lượng.
- Thành phần dinh dưỡng của vi sinh vật tùy thuộc vào nhu cầu của từng loại vi sinh vật đó.
- Căn cứ vào mức độ yêu cầu của vi sinh vật ta chia ra thành các nguyên tố đa lượng và các nguyên tố vi lượng.

5
Nguyên tố đa lượng: C,H,O,N,P,S,K,Mg,Ca,Fe: (Trong đó 6 nguyên tố C,H,O,N,S,P chiếm 97% trọng lượng cơ thể khô của vsv)
(% Trọng lượng khô) các nguyên tố đa lượng của VSV
Các nguyên tố đa lượng là những nguyên tố chủ yếu của các hợp chất hữu cơ xây dựng nên cấu trúc tế bào. Là các nguyên tố mà lượng chứa trong khối lượng chất sống của cơ thể lớn hơn 0,01%. Chúng tồn tại trong như: Gluxit, lipid, protein, axit nucleic….
Nam men
Nam moc
Nguyên tố vi lượng: Zn,Mn.Na,Cl,Mo,Se,Co,Cu,W,B.
Các nguyên tố mà lượng chứa ít hơn 10-4 được gọi là các nguyên tố vi lượng. Vi lượng tố, còn gọi là nguyên tố vi lượng, là những nguyên tố hóa học cần thiết cho cơ thể ở lượng rất nhỏ, cần dùng trong các chức năng trao đổi chất quan trọng cho cuộc sống. Chúng phải được đưa vào cơ thể đều đặn. Lượng cần dùng hằng ngày của một người trưởng thành khỏe mạnh ở vào khoảng từ một vài trăm micrôgam (cho selen và asen (thạch tín)) cho đến một vài miligam (sắt và iốt).
Cơ sở hình thành các tế bào vsv là các nguyên tố hóa học.
Các nguyên tố hóa học: đó tạo nên thành phần hóa học tế bào vsv
Quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng.
Kết luận: Phải đảm bảo thành phần tối thiểu các chất.

Các nguồn dinh dưỡng.
Vi sinh vật chủ yếu thu nhận được chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài, và các nguồn dinh dưỡng chủ yếu là:
1. Dinh Dưỡng carbon:

a/ Nguồn Cacbon (source of carbon).
-Trong TB nguồn Carbon trải qua một loạt quá trình biến hoá hoá học phức tạp sẽ biến thành vật chất của bản thân TB và các sản phẩm trao đổi chất.
Carbon có thể chiếm đến khoảng một nửa trọng lượng khô của tế bào.
Hầu hết các nguồn Carbon trong các quá trình phản ứng sinh hoá  Năng lượng cần thiết cho hoạt động sống cho VSV.
- Một số VSV dùng CO2, làm nguồn Carbon duy nhất hay chủ yếu để sinh trưởng.
2/ Dinh dưỡng nitơ:
Vi sinh vật cần dinh dưỡng nitơ ở nhiều trạng thái khác nhau.
Một số vi sinh vật cần nitơ từ không khí ( vd: nhóm khuẩn cố định đạm Azobacter, Anabaena...), nên không cần cung cáp nitơ trong quá trình nuôi cấy. Còn đại đa số vi sinh vật trong thiên nhiên không có khả năng này=> cần cung cấp từ bên ngoài vào thành phần dinh dưỡng của môi trường.( Nguồn: Thư viện đại học kiên giang)
a/ Nguồn nitơ hữu cơ:
Cung cấp protide hoặc amino acid.
Protide khi cho vào môi trường vi sinh vật chưa thể đồng hóa được ngay mà cần phải thủy phân (nhờ hệ enzim ngoại bào) thành các đoạn peptide ngắn và các amino acid.
Dựa vào nhu cầu và khả năng tự đáp ứng amino acid, ta chia vi sinh vật làm 3 nhóm:
Phần lớn vi sinh vật không có khả năng đồng hóa dạng D (dạng D dễ gây độc cho tế bào ). Ngoại trừ nấm mốc vì có enzyme Raxemase.(emzyme này chuyển hóa dạng D thành dạng L để dễ đồng hóa).
Lactobacillus-rhamnosus
Azotobacter
Clostridium
b/ Nguồn nitơ vô cơ:
Nitơ vô cơ thường được sử dụng trong nuôi cấy bao gồm:
●Nguồn Nitơ (source of nitrogen).
-Thường không là nguồn năng lượng, chỉ một số ít vi sinh vật tự dưỡng (nhóm ammon hoá, nhóm nitrate hoá) dùng muối ammone, muối nitrate làm nguồn năng lượng.
-Trong điều kiện thiếu nguồn C một số vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện không có oxy có thể sử dụng một số aminoacid làm nguồn năng lượng .
3. Các chất khoáng:
Cần với số lượng rất nhỏ.
Tuy ít nhưng có vai trò quang trọng. Là các co-enzyme ( như Fe, Cu, Zn, Mn, Mg...). Có các chức năng sinh lý chủ yếu là:
Tham gia vào trong các cấu trúc thành phần tế bào giữ ổn định pH của môi trường.
Tham gia vào thành phần của các trung tâm hoạt tính ở các enzyme của vi sinh vật, duy trì tính ổn định của kết cấu cá đại phân tử và tế bào.
Điều tiết và duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu của tế bào.
Khống chế điện thế oxy hoá khử của tế bào và là nguồn vật chất sinh năng lượng đối với một số loài vi sinh vật.
Là nguồn vật chất sinh năng lượng đối với một số loài vi sinh vật
Là nguồn chất dinh dưỡng không thể thiếu đối với sự sinh trưởng của vi sinh vật.
Muối vô cơ và các chức năng sinh lý
II/ Biến dưỡng vi sinh vật.
Biến dưỡng là tất cả phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào.
Gồm hai giai đoạn: thoái dưỡng và tiến dưỡng. Thoái dưỡng là tập hợp những phản ứng phân hủy hợp chất hóa học kể cả các hợp chất chuyển hóa năng lượng.
Tiến dưỡng là tập hợp những phản ứng sinh tổng hợp.

Nội dung chính

Thoái dưỡng carbohydrate: là tập hợp các quá trình phân giải carbohydrate thành các hợp chất đơn giản và sinh ra năng lượng. Gồm các giai đoạn chính sau:
1. Lộ trình đường phân: Tùy theo VSV glucose có thể được biến đổi theo các con đường sau:




a. Con đường EMP (Embden – MeyerHof – Parnas Pathway)

a. Con đường EMP (Embden – MeyerHof – Parnas Pathway,Nguồn đại học khoa học tự nhiên Hà Nội)


Nguồn tài liệu hóa sinh môi trường của GV: Đặng Thị Hồng Ngọc.
b/ đường phân pentose phosphate.


c/ Con đường Entner doudoroff.
Sau lộ trình đường phân piruvate tiếp tục bị oxi hóa cho ra nhiều sản phẩm nhưng nhiều nhất là axetyl-CoA. Quá trình này được vi sinh vật thực hiện qua các phản ứng sau:
Piruvate + CoA + NAD+ → Axetyl – CoA + NADH + CO2 (*)
Piruvate + CoA + 2Fd → Axetyl-CoA + 2FdH + CO2(**)
Piruvate + CoA → Axetyl-CoA +Focma (***)








●Các vi sinh vật khác nhau ở mức độ sử dụng 3 con đường trên. Con đường EMP và PP phổ biến ở mọi vi sinh vật. Con đường trên giúp cho nhiều vi khuẩn sử dụng gluconate.




enzim Bromelain
enzim Papain
ENZIM VÀ VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT.



1. Khái niệm:
Enzim là gì?
Enzim là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống. Enzim chỉ làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
2. Cấu trúc:
Prôtêin
Prôtêin kết hợp với chất khác không phải là Prôtêin (Côenzim)
Enzim 1 thành phần
Enzim 2 thành phần
S1
S2
S4
S3

EnzimA
Enzim B
S1
S2
S4
S3
Phức hợp E - S
2. Cấu trúc:
Chất chịu tác động của enzim gọi là cơ chất.
Trong phân tử enzim có vùng cấu trúc không gian đặc biệt chuyên liên kết với cơ chất gọi là trung tâm hoạt động.

EnzimA
Enzim B
S1
S2
S4
S3
Phức hợp E - S
2. Cấu trúc:
- Cấu hình không gian của trung tâm hoạt động của enzim tương thích với cấu hình không gian của cơ chất, nhờ vậy cơ chất liên kết tạm thời với enzim và bị biến đổi tạo thành sản phẩm.

3. Cơ chế hoạt động của enzim:
P2
P1
Enzim
sản phẩm
Phức hợp E - S
Trình bày cơ chế tác động của enzim?
E + S
Enzim Cơ chất
E – S
Phức hợp
trung gian
SP + E
Sản phẩm Enzim
- Enzim liên kết với cơ chất tại trung tâm hoạt động tạo phức hợp enzim - cơ chất, sau đó enzim tác động lên cơ chất tạo ra sản phẩm và giải phóng enzim tự do.

- Mỗi enzim thường chỉ xúc tác cho một phản ứng - tính đặc thù của enzim.
3. Cơ chế hoạt động của enzim:
P2
P1
Enzim
S1
+
Enzim
+
P
Enzim
S1
S2
+
+
Enzim
Phân giải
Tổng hợp
S1
Enzim
S1
S2
Enzim

Hoạt tính enzim được xác định bằng lượng sản phẩm tạo thành từ 1 lượng cơ chất trên 1 đơn vị thời gian
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim:
a. Nhiệt độ:
Thế nào là hoạt tính của enzim?

a. Nhiệt độ:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
pH
Pepsin (dạ dày)
Trypsin (tụy )
Hoạt tính của enzim
b. Độ pH:
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim:

a. Nhiệt độ:
b. Độ pH:
c. Nồng độ cơ chất:
Hoạt tính của enzim
A
Nồng độ cơ chất
Với một lượng enzim xác định nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch, thoạt đầu hoạt tính của enzim tăng dần đến một mức nhất định rồi dừng lại.
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim:




4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim:
a. Nhiệt độ:
b. Độ pH:
c. Nồng độ cơ chất:
Hoạt tính của enzim
B
Nồng độ enzim
d. Nồng độ enzim:
Với một lượng cơ chất xác định, nồng độ enzim càng cao thì tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh.

VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT
100 g tinh bột
HCl
7200 giây, t0 = 1000C
Glucôzơ
Glucôzơ
E. Amilaza
2 giây, t0 = 370C
Enzim có vai trò gì?
- Enzim làm giảm năng lượng hoạt hóa của các chất tham gia phản ứng, do đó làm tăng tốc độ phản ứng.

VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT
- Các chất trong tế bào được chuyển hoá thông qua hàng loạt các phản ứng hoá sinh. Mỗi phản ứng được điều khiển bởi một enzim đặc hiệu.
- Cơ thể sinh vật có thể tạo ra các enzim ở dạng chưa hoạt động, khi cần sẽ hoạt hoá chúng hoặc sử dụng các chất ức chế.

VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT
- Khi sản phẩm của một số quá trình tổng hợp trở nên dư thừa chúng sẽ quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt enzim xúc tác cho phản ứng đầu của quá trình chuyển hoá và được gọi là quá trình ức chế ngược.
A
B
C
D
P
Enzim a
Enzim b
Enzim c
Enzim d
P
Enzim a
Sơ đồ quá trình chuyển hóa ức chế ngược

5.1.1 sự lên men:
Người ta gọi quá trình phân giải hidrat cacbon trong điều kiện kỵ khí là lên men. Lên men là quá trình oxi hóa khử cơ chất mà kết quả là một phần cơ chất bị khử còn một phần khác thì bị oxi hóa. Oxi phân tử không tham gia vào quá trình oxi hóa này mà ở đây sở dĩ có sự oxi hóa chỉ là do có việc tách hido ra khỏi cơ chất. Hidro tách ra có thể được thải ra dưới dạng khí hoặc có thể lại được liên kết ngay với các sản phẩm phân giải của chính cơ chất hữu cơ đó. Năng lượng sinh ra trong quá trình lên men sẽ được chi phí một phần vào các phản ứng khử, ngoài ra còn được tích lũy lại một phần trong các liên kết cao năng. Ở đây rõ ràng các năng lượng được sinh ra trong các quá trình lên men không thể nhiều như các quá trình hô hấp hiếu khí.

Các kiểu lên men chủ yếu:
Lên men etylic
Hexose → Etanol + CO2
Lên men lactic
Hexose → A. lactic
Lên men propionic
Lactat  Propionate + Axetat + CO2
Lên men hỗn hợp axit:
Hexose  Etanol + 2,3-butadiol + Xucxinate + Lactat + Axetat + Format + CO2

Lên men etylic

Lên men Lactic Acid
Lên men lactic acid là quá trình lên men trong đó các sản phẩm axit lactic tạo ra 90% tổng số các chất lên men để tạo ra các sản phẩm có một lượng nhỏ axit axetit,axeton ......


Tiến dưỡng: Việc tổng hợp tất cả các loại cao phân tử mang một nét chung : một trong các chất phản ứng phải cung cấp năng lượng cho bước trùng hợp và các phân tử nhỏ cần thiết để tổng hợp các phân tử trên. Năng lượng thường được lấy từ ATP, UTP,… Các phân tử nhỏ từ việc hấp thu qua màng tế bào và từ sự phân giải các phân tử lớn.






Tổng hợp acid amin
Tổng hợp acid amin thì sườn cacbon sẽ được tổng hợp trước(acid hữu cơ) từ những acid trong lộ trình đường phân hay chu trình acid citric sau đó các amin sẽ được gắn vào ở những vị trí cần thiết và vai trò của enzyme glutamate dehydrogenase giúp gắn những nito vào acid hữu cơ để tạo ra acid amin hay tổng hợp aicd amin khác từ glutamate.


20 loại axit amin thường gặp
Đường ribulose-5-phosphate được dùng tổng hợp chất giàu năng lượng phosphorybosyldiphosphate rồi tổng hợp purin và pyrimydin nucleotide.
Tổng hợp nucleotide và acid nucleotide
Tổng hợp acid béo và lipid
Sau khi lipid được hấp thu vào tế bào sẽ bị enzime lipase phân cắt thành glixerol và các acid béo. Các acid béo này qua quá trình biến đổi sẽ tạo ra nhiều phân tử 2C (Acetyl – CoA). Acetyl-CoA sẽ được dùng để tổng hợp acid béo theo chu trình sau:
Câu 1: Thiếu nguyên tố vi lượng có được không?
Được.
Có hay không cũng không sao.
Không.
A
B
C
Sai
Đúng
Sai
Các vi lượng tố này là một thành phần quan trọng của các enzyme, vitamin và hoóc môn hay tham gia vào một số các phản ứng trao đổi chất nhất định có vai trò như là coenzym xúc tác hay hoạt hóa.


Câu 2: Để phân chia các kiểu dinh dưỡng của VSV ta căn cứ vào?
Nguồn năng lượng và môi trường nuôi cấy.
Ngu?n c�c bon v� c?u t?o co th?.
Nguồn cacbon và cách sinh sản.
Nguồn năng lượng và nguồn các bon.
A
B
C
D
Sai
Sai
Sai
Đúng
Câu 3: Chọn câu đúng?
Nguồn nitơ hữu cơ cung cấp protide hoặc protein
Các chất khoáng cần với số lượng rất lớn.
Carbon có thể chiếm đến khoảng 3/4 trọng lượng khô của tế bào.
Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường vào cơ thể VSV được gọi là: quá trình dinh dưỡng.
A
B
C
D
Sai
Sai
Sai
Đúng
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1.Trình bày năng lượng sinh học? Nguồn gốc và mô tả ATP?
Nguồn gốc của năng lượng là mặt trời, cây thức ăn cũng giống như những cây xanh khác dự trữ năng lượng ở dạng cacbohydrate, lipit và protein thông qua quá trình quang tổng hợp. Năng lượng được tồn trữ dưới dạng năng lượng hóa học, đay là dạng năng lượng rất quan trọng trong dinh dưỡng gia súc. Động vật cũng có thể hấp thu năng lượng mặt trời như là một nguồn nhiệt năng để sưởi ấm cơ thể nhưng không dự trữ được như thực vật.
2. Vai trò của lộ trình đường phân và chu trình Kreps.
Có vai trò quan trọng bậc nhất trong mọi tế bào sống dùng oxy trong hô hấp tế bào.
-Là một chuỗi các phản ứng xảy ra trong ty thể và kết quả trong sự hình thành ATP và phân tử khác để trải qua phản ứng hơn nữa để tạo thành nhiều ATP

3. Phân tích vai trò của vi sinh vật cố định nitơ.
Nguồn nitơ vô cơ gồm có nitrat, ammonia và khí nitơ (N2), phần khí nitơ sẽ được các nhóm vi sinh vật sơ hạch hiếu khí hay kỵ khí cố định do các nhóm này có enzyme nitrogenase.
Nitrogenase có cấu trúc FeMo-co: khối giữa là Fe7S8 kết nối với 1 phân tử homocitrat với phần đuôi là Mo. Hai phân tử FeMo-co hiện diện trong 1 enzyme nitrogenase. Sự cố định nitơ hình thành khi các chất cho điện tử (flavodoxin) chuyển điện tử đến dinitrogenase reductase và chuyển tiếp đến ditrogenase, cung cấp các điện tử (dưới dạng H2) đến các N2 và tạo thành các NH3, cuối cùng các NH3 kết hợp với các acid hữu cơ để tạo ra các acid amin hữu dụng.

4. Sinh tổng hợp acid amin, nucleotide và lipid.
Trong quá trình tổng hợp acid amin thì sườn carbon sẽ được tổng hợp trước (acid hữu cơ) từ những acid trong lộ trình đường phân hay chu trình acid citric sau đó các amin sẽ được gắn vào ở những vị trí cần thiết và vai trò của enzyme glutamate dehydrogenase giúp gắn những nitơ vào acid hữu cơ để tạo ra acid amin hay tổng hợp acid amin khác từ glutamate.
Đường ribulose-5-phosphate được dùng tổng hợp chất giàu năng lượng phosphorybosyldiphosphate rồi tổng hợp purin và pyrimydin nucleotide.
Bài thuyết trình của Nhóm 2 đến đây là kết thúc.
Cám ơn thầy và các bạn đã theo dõi!!!