tổng quan về enzyme ngoại bào bacillus subtilis

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC o0o KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG QUAN VỀ ENZYME NGOẠI BÀO BACILLUS SUBTISLIS Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học Mã số ngành : C73 GVGD: Th.S. Trịnh Thị Lan Anh SVTH : Tống Ngọc Triêm LỚP : 07CSH MSSV : 207111066 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC KTCN TPHCM KHOA MT & CNSH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC HỌ VÀ TÊN: Tống Ngọc Triêm MSSV: 207111066 NGÀNH: Công nghệ Sinh học LỚP: 07CSH 1. Đầu đề khóa luận tốt nghiệp: “ Tổng quan về enzyme ngoại bào Bacillus subtilis”. 2. Nhiệm vụ: − Định hướng tên đề tài tốt nghiệp. − Tìm kiếm thông tin và đọc tài liệu tham khảo có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu. − Xây dựng đề cương định hướng cho đề tài tốt nghiệp đã chọn. − Thu thập, tổng hợp và trình bày khóa luận theo đề tài nghiên cứu 3. Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 05 - 04 – 2010 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28 - 06 - 2010 5. Họ tên người hướng dẫn: Ph ần hướng dẫn Th.S. Trịnh Thị Lan Anh Toàn bộ khóa luận Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua Bộ môn. Ngày 07 tháng 07 năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ Đồ án tốt nghiệp: CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Th.S. Trịnh Thị Lan Anh đã động viên, giúp đỡ hướng dẫn tôi hoàn thành bản khóa luận tốt nghiệp này. Tôi cũng xin cảm ơn cô Bùi Thị Việt Hà (Khoa Sinh trường đại học khoa học tự nhiên Hà Nội), cô Nguyễn Hoàng Mỹ, đã giúp đỡ và cung cấp những tài liệu, kiến thức bổ ích giúp tôi thực hiện tốt các nhiệm vụ được giao. Tôi cũng xin cảm ơn Quý Thầy Cô khoa Môi tr ường & Công nghệ Sinh học đã tận tình dạy dỗ tôi trong những năm học tại trường Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và những người thân đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập để tôi có được kết quả như ngày hôm nay. Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó! Tp.HCM, ngày 28 tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực hiện Tống Ngọc Triêm Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME NGOẠI BÀO CỦA VI SINH VẬT 3 1.1. Khái niệm enzyme ngoại bào 3 1.1.1 Định nghĩa 3 1.1.2. Phân loại 3 1.1.3. Đặc điểm - tính chất 4 1.2. Một số enzyme ngoại bào của vi sinh vật 8 1.2.1. Enzyme amylase 8 1.2.1.1. Đặc tính và cơ chế xúc tác của α-amylase 9 1.2.1.2. Đặc tính và cơ chế xúc tác của β-mylase 12 1.2.1.3. Đặc tính và cơ chế xúc tác của glucoamylase 14 1.2.1.4. Đặc tính và cơ chế xúc tác của pullulanase 17 1.2.1.5. Đặc tính và cơ chế xúc tác của oligo-1,6-glucosidase 17 1.2.1.6. Đặc tính và cơ chế xúc tác của transglucosyldase 18 1.2.2. Enzyme protease 20 1.2.2.1. Phân loại và đặc tính của protease vi sinh vật 21 1.2.2.2. Cơ chế xúc tác của protease vi sinh vật 24 1.2.3. Enzyme pectinase 25 1.2.3.1. Đặc điểm và tính chất của pectinase vi sinh vật 25 1.2.3.2. Phân loại và cơ chế xúc tác của pectinase ngoại bào 26 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm iii 1.2.4. Enzyme cellulase 30 1.2.4.1. Phân loại và đặc điểm của cellulase vi sinh vật 30 1.2.4.2. Cơ chế xúc tác của cellulase vi sinh vật 31 1.3. Ưu điểm - nhược điểm của enzyme ngoại bào so với enzyme nội bào của vi sinh vật 33 1.3.1. Ưu điểm 33 1.3.2. Nhược điểm 33 CHƯƠNG 2: ENZYME NGOẠI BÀO CỦA BACILLUS SUBTILIS 35 2.1. Tổng quan về Bacillus subtilis 35 2.1.1. Lịch sử phát hiện 35 2.1.2. Phân loại 35 2.1.3. Đặc điểm của Bacillus subtilis 36 2.1.3.1. Đặc điểm sinh thái học và phân bố trong tự nhiên 36 2.1.3.2. Đặc điểm hình thái 37 2.1.3.3. Đặc điểm sinh hóa 37 2.1.3.4. Đặc điểm nuôi cấy 38 2.1.3.5. Bộ gen của Bacillus subtilis 39 2.1.3.6. Bào tử và khả năng tạo bào tử 39 2.2. Hệ enzyme của Bacillus subtilis 40 2.2.1. Các enzyme nội bào Bacillus subtilis 40 2.2.2. Các enzyme ngoại bào của Bacillus subtilis 41 2.2.2.1. Enzyme amylase: α-amylase (1,4-α-glucan-glucanhydrolase) 41 2.2.2.2. Enzyme protease 50 2.2.3. Thu nhận và tách chiết các enzyme ngoại bào của Bacillus subtilis 58 2.2.3.1. Thu nhận và tách chiết các enzyme α-amylase của Bacillus subtilis 59 2.2.3.2. Thu nhận và tách chiết các enzyme protease của Bacillus subtilis 63 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME NGOẠI BÀO BACILLUS SUBTILIS 65 3.1. Ứng dụng trong thực phẩm 65 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm i v 3.1.1. Trong công nghệ sản xuất bia 65 3.1.2. Trong công nghệ chế biến thủy sản 67 3.2. Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da 68 3.3. Ứng dụng trong công nghiệp dệt 69 3.4. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa 69 3.5. Ứng dụng trong môi trường 70 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 4.1. Kết luận 72 4.2. Kiến nghị 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt Các chữ viết đầy đủ A. niger Aspergillus niger Asp. oryzae Aspergillus oryzae Ala Alanine Asp Aspartic CHLB Cộng Hòa Liên Bang CMC Carboxylmethyl cellulose Cys Cysteine Da Dalton DEAE - cellulose Diethylamino - ethyl - cellulose DNME Diazoacetyl norleucine methyl ester EDTA Ethylene Diamine Tetra Acetic Acid Glu Glutamic Gly glycine HEC Hydroxylethyl Cellulose His Histidine Leu Leucine Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm vi Met Methionine PCMB p-chloromercuribenzoate Phe Phenylalanine pI hay pH I Isoelectric point (điểm đẳng điện) R. delemar Rhizopus delemar Ser Serine Thr Threonine Trp Trytophan TSA Trypticase Soy Agar TSB Trypticase Soy Broth Tyr Tyrosine V dung môi /V ban đầu Thể tích dung môi/thể tích ban đầu Val Valine Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số nguồn thực phẩm giàu protein 24 Bảng 2.1. Phản ứng sinh hóa của vi khuẩn Bacillus subtilis 38 Bảng 2.2. Một số loại enzyme do Bacillus subtilis sinh tổng hợp, đặc tính và phản ứng thủy phân 41 Bảng 2.3. Ảnh hưởng của Ca 2+ lên hoạt tính của amylase từ Bacillus subtilis 42 Bảng 2.4. Hoạt tính protease của chủng Bacillus subtilis 61 khi thay đổi các nguồn carbon trong môi trường nuôi cấy 56 Bảng 2.5. Hoạt tính protease của chủng Bacillus subtilis 61 khi phối hợp nguồn nitrogen khác nhau trong môi trường nuôi cấy 57 Bảng 2.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ cồn 96% lên khả năng tủa α-amylase 61 Bảng 2.7. Ảnh hưởng của (NH 4 ) 2 SO 4 lên khả năng tủa α-amylase 62 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Cấu trúc không gian của α-amylase 10 Hình 1.2. Sơ đồ quá trình thủy phân tinh bột bởi α-amylase 11 Hình 1.3. Cấu trúc không gian của β-amylase 13 Hình 1.4. Cấu trúc không gian của glucoamylase 15 Hình 1.5. Cấu trúc không gian của enzyme pullulanase 17 Hình 1.6. Cấu trúc không gian của oligo-1,6-glucosidase 18 Hình 1.7. Quá trình thủy phân tinh bột dưới sự xúc tác của một số loại enzyme amylase 20 Hình 1.8. Mô hình enzyme protease xúc tác quá trình thủy phân protein 20 Hình 1.9. Cấu trúc không gian của enzyme protease 21 Hình 1.10. Cấu trúc không gian của pectinase 26 Hình 1.11. Sơ đồ tác dụng pectinesterase lên hợ p chất pectin 26 Hình 1.12. Sơ đồ tác dụng của Endo-glucosidase- polymethylgalacturonase kiểu I lên hợp chất pectin 28 Hình 1.13. Sơ đồ tác dụng của Exo-glucosidase- polymethylgalacturonase kiểu III lên hợp chất pectin 29 Hình 1.14. Sơ đồ tác dụng của Endo-glucosidase- polymethylgalacturonase kiểu II lên hợp chất pectin 29 Hình 1.15. Sơ đồ tác dụng của Exo-glucosidase- polymethylgalacturonase kiểu IV lên hợp chất pectin 29 [...]... vào nền kinh tế quốc dân III Mục đích của đề tài Để tìm hiểu về một số vấn đề như: • Tổng quan về enzyme ngoại bào của vi sinh vật • Các enzyme ngoại bào của vi khuẩn Bacillus subtilis • Các điều kiện hoạt động của enzyme ngoại bào và quá trình sinh tổng hợp các enzyme này ở vi sinh vật • Qui trình tách chiết các enzyme ngoại bào của Bacillus subtilis • Khả năng ứng dụng chúng vào đời sống cũng như sản... tôi tiến hành đề tài nghiên cứu: Tổng quan về enzyme ngoại bào Bacillus subtilis IV Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: là vi khuẩn Bacillus subtilis Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu tổng quan về enzyme ngoại bào của Bacillus subtilis V Phương pháp nghiên cứu Đọc tài liệu tham khảo các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về vi khuẩn Bacillus subtilis Tổng hợp, phân tích các công trình... khoa học về vi khuẩn Bacillus subtilis và một số enzyme ngoại bào của vi khuẩn này nhằm giải quyết các mục đích đề ra Đua ra kết luận và kiến nghị sau quá trình thực hiện đề tài -2- Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME NGOẠI BÀO CỦA VI SINH VẬT 1.1 Khái niệm enzyme ngoại bào 1.1.1 Định nghĩa Enzyme ngoại bào (exoenzyme) là những enzyme được vi sinh vật sinh tổng hợp... Bacillus subtilis là một ví dụ điển hình được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều Các enzyme ngoại bào của vi khuẩn này đã được đưa vào sản xuất và ứng dụng rộng rãi ở qui mô công nghiệp vì chúng có các đặc tính hơn hẳn và khả năng sinh tổng hợp các enzyme rất mạnh so với các enzyme ngoại bào của những vi sinh vật khác Ở nước ta, việc nghiên cứu và ứng dụng các chế phẩm enzyme ngoại bào từ Bacillus subtilis. .. được quá trình sản xuất 1.2 Một số enzyme ngoại bào của vi sinh vật Nguồn enzyme ngoại bào của vi sinh vật vô cùng phong phú và đa dạng Sau đây là một số loại enzyme quan trọng của vi sinh vật được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất công nghiệp 1.2.1 Enzyme amylase Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến ở nhiều sinh vật Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác cho phản... trung tính thu nhận từ vi khuẩn Bacillus; Aspergillus niger sinh tổng hợp α-amylase chịu được pH acid 2,1… • Enzyme có trung tâm hoạt động chỉ chiếm một tỷ lệ thể tích tương đối nhỏ trong phân tử, nằm trong túi hoặc khe, ở gần hoặc trên phân tử enzyme Trong trung tâm hoạt động của enzyme ngoại bào hầu như không có coenzyme (trừ enzyme lipase là enzyme hai cấu tử) như enzyme amylase, protease, cellulase,... thúc đẩy nhanh quá trình sinh tổng hợp ra enzyme cảm ứng để phân hủy chúng được gọi là cơ chất cảm ứng • Là những enzyme cảm ứng với cơ chất nên quá trình tổng hợp enzyme rất phức tạp và được kiểm soát chặt chẽ Cơ chất cảm ứng thường được coi là yếu tố rất quan trọng dùng để điều khiển quá trình sinh tổng hợp enzyme Khi cho cơ chất với lượng tăng dần thì khả năng tổng hợp enzyme cảm ứng cũng tăng dần... phẩm enzyme ngoại bào từ vi sinh vật rẻ hơn nhiều so với các chế phẩm enzyme của động vật và thực vật Đặc điểm rất dễ nhận thấy ở giới động vật hay thực vật là mỗi loài chỉ có thể cung cấp một loại enzyme nào đó, ví dụ -7- Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm như từ malt có thể thu nhận enzyme amylase, dứa (khóm, thơm) thu nhận enzyme bromelin, đu đủ thu nhận enzyme papain, trong khi enzyme ngoại. .. dụ: Tinh bột + H2O α-amylase R1OH + R2H Dextrin + Maltose + Glucose Các enzyme ngoại bào của vi sinh vật gồm các loại phổ biến như enzyme: amylase, cellulase, protease và pectinase… 1.1.3 Đặc điểm - tính chất Enzyme ngoại bào của vi sinh vật có những đặc điểm và tính chất của một enzyme xúc tác các phản ứng sinh hóa: • Về bản chất enzyme là một protein nên có đầy đủ các tính chất của một protein, có... đây, β-amylase được coi là nguồn enzyme chỉ có trong hệ thực vật Ngày nay người ta đã phát hiện ra nhiều loại vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra loại enzyme này và ứng dụng vào sản xuất Một số vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp β-amylase là Bacillus circulans, Bacillus polymyxa, Bacillus cereus, Bacillus megaterium, Streptomyces sp và Pseudomonas Đặc biệt là Bacillus cereus và mycoides có thể . của enzyme ngoại bào so với enzyme nội bào của vi sinh vật 33 1.3.1. Ưu điểm 33 1.3.2. Nhược điểm 33 CHƯƠNG 2: ENZYME NGOẠI BÀO CỦA BACILLUS SUBTILIS 35 2.1. Tổng quan về Bacillus subtilis. của Bacillus subtilis 39 2.1.3.6. Bào tử và khả năng tạo bào tử 39 2.2. Hệ enzyme của Bacillus subtilis 40 2.2.1. Các enzyme nội bào Bacillus subtilis 40 2.2.2. Các enzyme ngoại bào của Bacillus. tìm hiểu về một số vấn đề như: • Tổng quan về enzyme ngoại bào của vi sinh vật. • Các enzyme ngoại bào của vi khuẩn Bacillus subtilis. • Các điều kiện hoạt động của enzyme ngoại bào và quá