Cơ sở sinh học vi sinh vật Tập 2 NGUYỄN THÀNH ĐẠT ! ® § ĩ ỉ g ( E n ) Ị 3 p VI SINH VÂT NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s ư PHẠM GS TS NGUYỄN THÀNH ĐẠT Cơ sở SINH HỌC VI SINH VẬT Tập II (Tái bản lần thứ nhớt) NH[.]
NGUYN THNH T ! đ Đ g ( E n ) Ị p VI SINH VÂT NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s PHẠM GS TS NGUYỄN THÀNH ĐẠT Cơ s SINH HỌC VI SINH VẬT Tập II (Tái lần thứ nhớt) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC SƯ PH Ạ M THAY CHO LỜI MỞ ĐẦU TẬP II Tập I c u ố n Cơ sở sin h h ọ c vi sin h vậ t m b ạn đ ọ c vớ i cá c chương: I - Vi sinh vật - bạn th ù quanh ta II- T ế bào học vi sinh vật III- Đại cương v iru t học IV - Dinh dưỡng sinh trưởng p h át triể n vi sinh v ật V - Trao đổi chất vi sinh vật N ội d u n g tập II gồm cá c chương: VI - Cốc trìn h lên men VII - Vi k h u ẩn quang hợp cố định đạm VIII - Di tru y ền biến dị vi sinh v ật IX- Đại cương vê' trìn h nhiễm k h u ẩn miễn dịch Cũng cách viết tập I, tập II chương có ba phần: phần từ khóa, phần nội dung p hần câu hỏi ôn tập Nội dung tập II đề cập nhiều kiến thức mối công nghệ vi sinh công nghệ sinh học, trìn h lên men, quang hợp, cố định đạm , q trìn h thơng tin di truyền vi sinh v ật vấn đề chủ yếu miễn dịch học Nhiều thàn h tựu Việt Nam th ế giới giới thiệu tập II, nhiều quy trìn h cơng nghệ sơ đồ hóa, nhiều kiến thức so sán h đưa vào bảng biểu Trong phần câu hỏi ôn tập giới thiệu câu hỏi truyền thống, câu hỏi suy luận tập nghiên cứu Tuy nhiên, thời lượng có hạn, lại phải ưu tiê n cho k iến thức có giảng dạy phổ thơng, nên số p h ần r ấ t hay n h n g khơng th ể trìn h bày kĩ Phương pháp trìn h bày tro n g tậ p I tập II gắng góp ph ần rè n luyện nghề làm thầy K ênh chữ k ên h hình thơng n h ất, kiến thức bản, kiến thức quy lu ậ t nh ấn m ạnh, khắc sâu cuôn sách Chúng hv vọng sách giúp ích cho bạn đọc xin chân th n h cảm ơn góp ý xây dựng để lần tái sau tố t T ác g iả Chương VI CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN TỪ KHÓA Lên men (ferm entation): Theo nguyên ngữ học (étymologie) từ gốc íềrvere có nghĩa làm sủi bọt, nghĩa th u ậ t ngữ xác định nhiều cơng trìn h khoa học tiếng: Van H elm ont (Hình thàn h CO-)) Cavendish (CO, chiếm 57% đưòng lên men), Lavoisier, G ay-lussac (phương trìn h lên men rượu), C agniard (nấm m en th ể sống), P arteu r (sự sống khơng cần khơng khí), Biichner (một q trìn h lên men có th ể thực khơng cần có m ặt sơng) - Lên men trìn h biến đoi sinh học (biotransform atiorf) sử dụng vi sinh vật T h u ật ngữ nói đến đường chuyên hóa chất phân giải hợp chất hữu nhờ tác động cđ th ể tế bào để tạo th n h lượng hóa học dạng ATP khơng có ơxy phân tử tham gia - C hất chuyến hóa sơ cấp (prim ary metabolite): Một ch ất chuyến hóa đượr tiế t pha sinh trưởng (đọc thêm ỏ từ khóa chương V) - C hát chuyển hóa thứ cấp (secondary metabolite): M ột ch ấ t chuyển hóa tiết ỏ cuôi giai đoạn sinh trưởng cấp sô" giai đoạn cân bàng động (xem thêm từ khóa chương V) - Vang (wine): M ột sản phẩm không chưng cất qu trìn h lên men níỢu từ dịch nhò nấm men - Enzyme: m ột ch ấ t protein xúc tác thúc đẩy p hản ứng hóa học Đó protein xúc tác sinh học p h ản ứng hóa học tế bào Theo ủy ban enzym hội sinh hóa quốc tê th ì enzym xếp th n h lớp, lớp chia th n h lớp phụ, lớp phụ lại chia th n h nhóm Các lớp chủ yêu là: oxydoreductaza, tra n sfe z a hydrolaza, lyaza, isom eraza, ligaza sy n th e ta za Mỗi d a n h từ chi enzym th có tên chất, sản phẩm tê n enzym thuộc lớp Ví dụ: L.M alate - NAD - oxydoreductaza hay L a sp arta te - carbam yltransferaza Các enzym viết dạng số b ảng p h ân loại chúng - Chuyển hóa chất (metabolism): tồn p h ản ứng sin h hóa tế bào - Tiệt trù n g (sterile): khơng có b ất kỳ chê sông virus - Cơ th ể hiếu khí (aerobe) loại vi sinh v ật có k h ả n ăn g sứ dụng 0;, hơ hấp - Cơ th ể kỵ khí (anaerobe): vi sinh vật khơng có k h ả n ăn g sử dụng , hô hấp, ôxy phân tử gây hại d iệt chết chúng - Cơ th ể hô hấp tùy nghi (Facultative): th ể có th ể sơng tro n g điểu kiện có hay khơng có ơxy phân tử - Giông th u ầ n (pure culture): quần th ê vi sin h v ật chứa loại vi sinh vật Q uần th ể sinh nhị sinh sản vơ tín h từ tế bào ban đầu ■ Công nghệ sinh học (Biotechnology): sử dụng n hững ngun lí sinh học cơng nghệ đê xử lí chất nhờ tác n h â n sin h học n h ằm sản xuất công nghiệp cải vật chất nhu cầu người cải tạo môi sinh - Protein đơn bào (single - cell protein): loại protein tá ch từ tế bào vi sinh v ật dùng làm thực phẩm hay thức ăn bổ sung cho người động vật • Cơ hóa dưỡng vơ (chem olithotroph): vi sin h v ậ t có k h ả n ăng ơxy hóa hợp ch ấ t vơ làm nguồn lượng - Hỗn dưõng (Mixotrophic): trạn g th i dinh dưỡng hợp chất vô nguồn lượng (chất cho điện tử) hợp chất hữu nguồn cacbon - Lên men lăctic đồng hình (F erm entation homolactic or ferm entation lactic sensu stricto) loại lên men lăctic gây vi k huẩn thuộc họ lactobacteriaceae số vi sinh v ật khác N hững vi k huẩn lên men lăctic đồng hình vi kh uẩn gram dương, chịu nhiệt, vi hiếu khí (microaerophile) Phương trìn h tổng qt: glucoza + 2ADP + 2Pi -» 21actat + 2ATP Điều đáng lưu ý lên men lăctic đồng hình khơng tạo bọt khí Như lí thuyết đơi với 686 Kcal phân tử đường, th ì la cta t chứa 628 Kcal, phần lại 2ATP khoảng 20 Kcal bị tỏa nhiệt - Lên men lăctic dị hình (ferm entation heterolactic) loại lên men lăctic phức tạp gây Leuconostoc (chủ yếu), nhiều loại Lactobacillus, Escherichia, số vi sinh v ật khác P h ần lớn lên men lăctic dị hình viết tổng q uát sau: glucoza + H.,0 + ADP + Pi —> lactat + axêtat + ethanol + 2COo + 2H., Lên men lăctic dị hình sinh nhiều bọt khí, chi hình th n h 1ATP phân tử glucoza sử dụng - Lên men rượu (Ferm entation alcoholic) loại lên men gây bơi nấm men Saccharomyces (chủ yểu) số vi sin h v ật khác Phương trìn h tổng q u át Gay - Lussac viết sau: CcH^Oc -> 2C2H5OH + 2CO, + 33Kcal (trong 25 dạng n h iệt dạng lượng hóa học) - Axêtoine: Hợp chất axêtoine CH:j - CH (OH) - c (O) - CH hình thàn h số q trìn h lên men Ví dụ trìn h lên men bia, rượu hợp ch ấ t tru n g gian axêtôlactat bị dicacboxyl tác dụng ơxy-hịa ta n đê tạo th n h hợp ch ất độc đôi với hệ th ầ n kinh diaxetyl (CH;j - c o - c o - CH3), hợp chất bị khử trìn h lên men phụ đẽ biến th n h chất không độc axêtoine - Abzyme nhửng protein loại p hân tử khác m tín h ch ấ t tương tự tín h chất enzym (khoảng 10 năm gần người ta p hát m ột sô kháng thể xúc tác p h ản ứng giông n h enzvm) (N Sarvetnick, 1994) - Axêtal: sau cố định phân tử nước, ald ehyte chức n ăn g kết hợp vói hai phân tủ rượu đê h ình th n h ọ - R' ọ - R' II ¥ R- C - o - R’ axêtal hem iaxetal R - C - OM I II ' I II - Axetyl (nhóm acetyl; dẫn xuất axit axetic CH.ịCO , nhóm thường dược viết Ac - A ldehyte (nhóm chức Aldehyte) nhóm chức n ăng hóa học bao Q II gồm nhóm cacbonyle m ang nguyên tử hydrô R - c - II - Angstrom (A ) đơn vị đo chiều dài 10 '10m - Aspergillus: N ấm mốc, giai đoạn sinh sản vơ tín h coi lớp nấm bất tồn, giai đoạn hữu tính chúng thuộc vê lớp n ấm túi (Ascomycetes), loại nấm r ấ t phổ biến đất, có vai trị q uan trọng công nghiệp sản x u ất axit hữu cơ, enzym M ột sơ’ loại có th ể sinh độc tô’ Aflatoxine - H ấp tiệ t trù n g (Autoclave): cách th a n h trù n g phôi hợp áp lực nước n h iệt độ đê th a n h trừ ng môi trường lỏng rắn thường dùng áp s u ấ t 0,5 - atm 30 p h ú t (tức k h oảng 110 - 120r,c 30 phút) - Tự tan (Autolyse): ta n tế bào enzym ch ính tê bào thủy phân - Tự dưỡng (Autotrophe) the có th ê tơng hợp ch ấ t hữu cho từ hợp ch ấ t vô anhvdride cacbonic, cacbonate bicacbonate - Bactericide: chất (phân tử) diệt khuẩn - Bacteriocine: protein độc tô ngoại bào (exotoxine) vi k h u ẩn sinh Các độc tố tiêu diệt vi k h u ẩn khác, không tiêu diệt thể nhân chuẩn (Eucaryote) Thông tin di tru y ền sinh protein độc tố nằm plasmide, khoảng m ột nửa số chủng E.coli phân lập có th ể sinh Colicines Staphylococcus sinh Staphylococines, Pyocines Pseudom onas sinh ra, M egacines chiết từ Bacillus, Pesticine từ P asteurella, Mycobacteriocine từ M ycobacterium Ngày N isine Microcine Lactococcus sinh ra, nghiên cứu để ung dụng sản x u ất fromages chống lại C lostridium butyricum - Bacterioide: Một trạn g thái sống vi kh u ẩn , thường th bacterioide vi k h uan sông cộng sinh với sô’ thực vật (ví dụ nơ’t sần họ Đậu) - Caseine: Nhóm protein tách từ sữa có m àu trắn g Các a p caseine polypeptid chứa số axit am in kị nước C húng hình th n h mơi trường giầu ion calcium, cịn caseineK glucoprotein có cấu trúc khác với a p caseine - Chu trìn h x itra t hav chu trìn h Krebs, chu trìn h axit tricarboxylic (ATC) chu trìn h chuyển hóa chất m qua nguyên tử cacbon (nhóm ax etat vận chuyển CoA) ơxy hóa hồn tồn th n h CO., vịng chu trìn h lương giải phóng dưối dạng: 3NADH + H \ 1FADH, 1ATP Chu trìn h K rebs xảy m àng ty thê (đối với Eukaryote) m àng t ế bào ch ấ t (đối với Prokaryote) - Dalton: đơn vị đo khối lượng phân tử tập hợp p hân tử Một dalton ph ần 12 khối lượng nguyên tử cacbon 12 hay 1,66.10' ■7kg Đơn vị thường kí hiệu Da, người ta sử dụng bội số dalton: Kilo D alton viết tắ t Kda Sô’ lượng hợp ch ất cacbon có khơi lượng m Da hịa ta n lít dung mơi để th u p hân tử gram (mol), tức m X 6,023.10“3 D alton nguyên tử cacbon, m X 6,023.1023 xl,66.10'27 kg nguyên tử cacbon, hay mg - D extrane: Polyside ph ân n hánh h ình th n h bơi chuỗi cấu tạo từ đơn vị a glucoza liên kết môi 1-6, trê n n h ữ n g chuỗi gắn chuỗi ngắn liên kết mạch 1-4 D ex tran e thường gặp ỏ nhiều loại vi khuẩn D extrane th ì dùng làm châ”t trơ tro n g sãc kí lọc gel - D extrine: Polysaccharide th u nhò thủy p h ân tin h bột - E ster: Hợp chất hóa học có loại bỏ m ột p h â n tử nưốc ọ ¥ nhóm chức axit chức rượu R - c - o - CH2 - R' N guyên tủ ôxy phân tử nưốc bị loại bỏ vào nhóm chức n àn g axit - Ether: hợp chất hóa học có loại bỏ p hân tử nước nhóm rượu R-CH,-0-CH2-R’ Mơì liên k ết gọi liên k ết ether - Đơn vị khối lượng nguyên tử (Unite de m asse atom ique: um a): phần 12 khối lượng nguyên tử cacbon 12 hay l,6 x l0 '27kg - Um a định nghĩa tương tự Dalton, U m a áp dụng đôi với hợp chất đă xác định hoàn toàn hóa học - U ltraviolet: Một ph ần phố ánh sáng có độ d ài sóng k h o ản g 380 vài phần chục nm (nanom etre) Tia X tia điện từ trườ ng có độ dài sóng khoảng từ 10 đến 50nm LẺN MEN ETHYLIC 2.1 Khái niệm Lên men rượu m ột q trìn h sinh hóa phức tạ p cần có th am gia nâm m en sô vi sinh vật khác T rong qu tr ìn h lên men rượu, đường biến dổi th n h rượu êthylic c o , Q uá trìn h lên men rượu kèm theo hình th àn h sản phẩm , đồng thời giải phóng lượng (117,6 kJ) So với phân giải kị k h í ax it h ữ u khác th ì lên men rượu trả i qua q trìn h phức tạp nhị xúc tác hàng loạt hệ enzym khác Trong p h ản ứng lên m en, đường chia cắt th n h hợp chất có m ạch cacbon đơn giản Lên m en rượu trìn h vi sinh học người sử dụng từ thòi xưa ch ấ t hóa học đên d ần dần sán g tỏ 10 ... I - Vi sinh vật - bạn th ù quanh ta II- T ế bào học vi sinh vật III- Đại cương v iru t học IV - Dinh dưỡng sinh trưởng p h át triể n vi sinh v ật V - Trao đổi chất vi sinh vật N ội d u n g tập. .. ĐẠT Cơ s SINH HỌC VI SINH VẬT Tập II (Tái lần thứ nhớt) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC SƯ PH Ạ M THAY CHO LỜI MỞ ĐẦU TẬP II Tập I c u ố n Cơ sở sin h h ọ c vi sin h vậ t m b ạn đ ọ c vớ i cá c chương: I -. .. chương: VI - Cốc trìn h lên men VII - Vi k h u ẩn quang hợp cố định đạm VIII - Di tru y ền biến dị vi sinh v ật IX- Đại cương vê'' trìn h nhiễm k h u ẩn miễn dịch Cũng cách vi? ??t tập I, tập II chương