Bằng các dẫn chứng cụ thể , hãy chứng minh vai trò quan trọng của enzyme trong xử lý môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤTBỘ MÔN LỌC-HÓA DẦU TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ĐỀ TÀI : “Bằng các dẫn chứng cụ thể , hãy chứng minh vai trò quan trọng của enzyme trong xử lý

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN LỌC-HÓA DẦU

TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

ĐỀ TÀI : “Bằng các dẫn chứng cụ thể , hãy chứng minh vai trò

quan trọng của enzyme trong xử lý môi trường”

GVHD : TS.TỐNG THỊ THANH HƯƠNG SVTH : NGUYỄN TRỌNG HƯỞNG

LỚP : LỌC HÓA DẦU A K53

Hà Nội , 10/2012

Trang 2

TI U LU N MÔN H C CÔNG NGH SINH H C Đ I C ỂU LUẬN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ẬN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Ệ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ẠI CƯƠNG ƯƠNG NG

M c l c ục lục ục lục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT 1

Mục lục 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 4

1.1 Khái niệm 4

1.2.2.Ô nhiễm đất 4

1.2.3.Ô nhiễm nước 5

1.2.4.Ô nhiễm phóng xạ 5

1.2.5.Ô nhiễm tiếng ồn 6

1.2.6 Ô nhiễm sóng 6

1.2.7.Ô nhiễm ánh sáng 7

1.3.Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường sức khỏe con người 7

PHẦN II : VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA ENZYM TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG 9

2.1 Cơ sở của việc ứng dụng công nghệ enzyme 9

2.2 Các enzyme trong xử lí môi trường 9

2.2.1 Enzyme Oxidoreductase 9

2.2.2.Enzyme Hydrolase 14

2.2.3 Các lớp enzyme khác 18

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Ô nhiễm môi trường là vấn đề cấp thiết và thu hút sự quan tâm của rất nhiều cánhân, tổ chức cũng như nhiều quốc gia trên thế giới Các công nghệ xử lý rác thải được

sử dụng hiện nay đều vấp phải các vấn đề môi trường về lâu dài Trong khi đó xử lý ônhiễm môi trường bằng biện pháp sinh học, đặc biệt là việc ứng dụng công nghệEnzyme trong xử lý rác thải đang là một công nghệ đem lại hiệu quả cao, ít tốn kém

và bền vững

Với mục đích tìm hiểu rõ hơn về ứng dụng công nghệ Enzyme trong xử lý môi

trường em đã chọn đề tài tiểu luận : “Bằng các dẫn chứng cụ thể , hãy chứng minh

vai trò quan trọng của enzyme trong xử lý môi trường”.Bài tiểu luận bao gồm 2

phần chính :

Phần 1 : Tổng quan về ô nhiễm môi trường

Phần 2 : Vai trò quan trọng của enzyme trong xử lý môi trường

Em xin chân thành cám ơn cô Tống Thị Thanh Hương –người đã trực tiếpgiảng dạy môn học “Công nghệ sinh học đại cương” đã hướng dẫn nhiệt tình để emhoàn thành bài tiểu luận này Do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế còn nhiềuhạn chế nên chắc chắn đồ án sẽ còn nhiều thiếu sót Vì vậy em rất mong được sự nhậnxét cũng như sự đóng góp quý báu của cô và các bạn đọc để đồ án được hoàn thiệnhơn nữa

Hà Nội, Ngày 6/10/2012

Sinh viên : Nguyễn Trọng Hưởng

Trang 4

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

1.1 Khái niệm

Ô nhiễm môi trường là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, sinh học gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các cơ thể sống khác Ô nhiễm môi trường xảy ra là do con người và cách quản lý của con người.

1.2.Thực trạng ô nhiễm chính ở Việt Nam

1.2.1.Ô nhiễm không khí

Việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí Ví dụ về các khí độc là carbon monoxide, sulfur dioxide, các chất chlorofluorocarbon (CFCs), và nitrogen oxide là chất thải của công nghiệp và xe cộ Ozone quang hóa và khói lẫn sương (smog) được tạo ra khi các ôxít nitơ phản ứng với ánh sáng mặt trời

Hình 1 : Ô nhiễm không khí

1.2.2.Ô nhiễm đất

Xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạnthông thường ) do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản,sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều, Phổbiến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocarbon, kim loại nặng, thuốc diệt cỏ,thuốc trừ sâu, và chlorinated hydrocarbon

Trang 5

Hình 2:Ô nhiễm đất

1.2.3.Ô nhiễm nước

Xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, cácchất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm

Hình 3 : Cá chết do ô nhiễm nước

1.2.4.Ô nhiễm phóng xạ

Ô nhiễm phóng xạ là việc chất phóng xạ nằm trên các bề mặt, hoặc trong chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí (kể cả cơ thể con người), nơi mà sự hiện diện của chúng là ngoài ý muốn hoặc không mong muốn, hoặc quá trình gia tăng sự hiện diện của các chất phóng xạ ở những nơi như vậy

Trang 6

Hình 4 : Ô nhiễm phóng xạ

1.2.5.Ô nhiễm tiếng ồn

Bao gồm tiếng ồn do xe cộ, máy bay, tiếng ồn công nghiệp

Hình 5 : Ô nhiễm tiếng ồn

1.2.6 Ô nhiễm sóng

Do các loại sóng như sóng điện thoại, truyền hình tồn tại với mật độ lớn.

Trang 7

Hình 6 : Ô nhiễm sóng

1.2.7.Ô nhiễm ánh sáng

Hiện nay con người đã sử dụng các thiết bị chiếu sáng một cách lãng phí ảnh hưởng lớn tới môi trường như ảnh hưởng tới quá trình phát triển của động thực vật

Hình 7 : Ô nhiễm ánh sáng

1.3.Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường sức khỏe con người

Ô nhiễm môi trường gây tác hại tới đời sống con người và các sinh vật khác,tạo điều kiện cho nhiều loài vi sinh vật gây bệnh phát triển Ô nhiễm môi trườngcòn góp phần làm suy thoái các hệ sinh thái, môi trường sống của con người vàsinh vật

Trang 8

Hình 8 : Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường tới sức khỏe con người

Trang 9

PHẦN II : VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA ENZYM TRONG XỬ

LÝ MÔI TRƯỜNG

2.1 Cơ sở của việc ứng dụng công nghệ enzyme

Công nghệ enzym protein gắn liền với việc nghiên cứu cấu trúc và chức năngcủa protein, enzym Hiểu biết về cấu trúc tính chất và chức năng của enzym protein sẽ

là cơ sở cho việc ứng dụng của chúng trong nghiên cứu và ứng dụng

Phát triển các phương pháp phân tích định tính, định lượng protein, enzym cũngnhư các sản phẩm của quá trình chuyển hóa enzym sẽ làm cơ sở cho việc sản xuất cácchế phẩm

2.2 Các enzyme trong xử lí môi trường 2.2.1 Enzyme Oxidoreductase

2.2.1.1 Các enzyme peroxidase phân lớp EC 1.11

a Enzyme Catalase (ký hiệu EC 1.11.1.6):

-Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ H2O2

-Có thể phân huỷ formaldehyde, formic acid và alcohol - là những chất độc hại vớimôi trường, được thải ra trong nước thải của các nhà máy chế biến sữa, pho mát hoặccác nhà máy dệt, sợi

b Peroxidase củ cải ngựa (Horseradish peroxidase -HRP) có ký hiệu EC 1.11.1.7

Trang 10

-Tác động như catalase, xúc tác phản ứng đặc hiệu

-HRP có thể xúc tác phản ứng oxy hoá các hợp chất thơm độc bao gồm phenol,biphenol, aniline, benzidine, các hợp chất thơm dị vòng như hydroxyquinoline vàarylamine carcinogen như benzidine và naphthylamine => Sản phẩm phản ứng đượcpolyme hoá hình thành các chất kết tủa có thể dễ dàng loại bỏ khỏi nước thải nhờ quátrình lắng đọng hoặc lọc

-HRP đặc biệt phù hợp với xử lý nước thải bởi nó giữ nguyên hoạt tính ở phạm vi pH

và nhiệt độ rộng

c Chloride peroxidase (ký hiệu EC 1.11.1.10)

-Xúc tác phản ứng đặc hiệu

Trang 11

-Chloroperoxidase từ nấm Caldariomyces fumago có khả năng oxy hoá một vài hợp

chất của phenol, xúc tác các phản ứng vận chuyển oxy như phản ứng oxy hoá ethanolthành acetaldehyde hoặc oxy hoá khử các ion clorua

d Các enzyme phân giải lignin (phân lớp EC.1.11)

Gồm các enzyme có hoạt tính rất mạnh là Manganese peroxidase EC 1.11.1.13(MnP) và Lignin peroxidase EC 1.11.1.14 (LiP).Enzyme MnP:

-Sản xuất từ Phanerochaete chrysosporium

-Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ H2O2, phản ứng oxy hoá một vài loại phenol đơnvòng và sắc tố vòng, những phản ứng này phụ thuộc vào sự có mặt của Mg2+và đệm T-rên thực tế, MnP xúc tác phản ứng oxy hoá khử Mn(II) thành Mn(III) khi có mặtligand làm bền vững Mn(III) => tạo thành phức hợp Mn(III) sau khi xảy ra phản ứngoxi hoá khử các chất hữu cơ

2.2.1.2 Các oxidase thuộc các lớp oxidase EC.1.1

L-galactonolactone oxidase (EC 1.1.3.24)

Trang 12

Có ý nghĩa đối với việc xử lý ô nhiễm môi trường

Enzyme này xúc tác phản ứng đặc hiệu là phản ứng oxi hóa L-galactono-1,4-lactonethành L-ascorbate

L-galactonolactone oxidase từ nấm men Candida norvegensis có thể được dùng để

biến galactose từ quá trình thủy phân lactose trong dịch sữa chua thành axit ascorbic Enzyme này đã được thử nghiệm xử lý nước thải của nhà máy chế biến sữa

L-2.2.1.3 Một số enzyme phân lớp khác: Polyphenol oxidase

Gồm hai phân họ: tyrosinase và laccase Hoạt tính của cả hai họ đều cần sự có mặt của oxy phân tử nhưng không cần có mặt các coenzyme.

-Tyrosinase EC 1.14.18.1:

Còn gọi là polyphenol oxydase hay phenolase hay catecholase

Trang 13

Phản ứng thứ nhất : phản ứng thuỷ phân monophenol nhờ oxy phân tử thành các

o-diphenol

Phản ứng thứ hai: phản ứng dehydrogen hoá các diphenol nhờ oxy thành các

o-quinon Các quinon thường không bền và bị polime hoá không cần enzyme thu đượccác hợp chất không tan trong nước và dễ dàng bị loại bỏ nhờ quá trình kết tủa đơngiản

Tyrosinase cố định trên chitosan cho kết quả xử lý hợp chất phenol rất hiệu quả (loại

bỏ phenol 100%)

-Laccase (EC 1.10.3.2)

Là một enzyme kim loại xúc tác cho phản ứng oxy hoá hydroquinone thànhbenzoquinone

Trong trung tâm hoạt động của enzyme này có ion Cu2+ tham gia

Dùng laccase cố định trên chất mang để xử lý các thuốc nhuộm anthraquinonic làmgiảm tới 80% độ độc của các thuốc nhuộm này

2.2.1.4.Ứng dụng kết hợp một số enzyme để phân giải lignin

-Ứng dụng kết hợp Peroxidase và laccase:

Trong công nghệ sản xuất giấy: Peroxidase và laccase có tác dụng tích cựctrong việc xử lý dịch lỏng được tạo ra trong quá trình tẩy trắng (chứa các sản phẩm bịchlorin hoá độc có khả năng gây đột biến gây nguy hiểm đối với môi trường)

-Ứng dụng kết hợp laccase với manganese peroxidae:

Laccase kết hợp với manganese peroxidase từ nấm trắng Dichomitus squalens

Trang 14

Người ta đã sử dụng hai enzyme này cố định trên màng siêu lọc polysulphone

để loại bỏ các hydrocarbon vòng thơm trong nước ô nhiễm bởi dầu mỏ

-Ứng dụng kết hợp laccase với manganese peroxidae:

Laccase kết hợp với manganese peroxidase từ nấm trắng Dichomitus squalens

sử dụng để phân giải lignin Khi laccase kết hợp với manganese peroxidase cố địnhdùng để phân giải lignin cho hiệu quả đáng kể Người ta đã sử dụng hai enzyme này cốđịnh trên màng siêu lọc polysulphone để loại bỏ các hydrocarbon vòng thơm trongnước ô nhiễm bởi dầu mỏ

2.2.2.Enzyme Hydrolase

2.2.2.1 Các enzyme thủy phân amylose

Các Amylase là các enzyme đường hoá, có khả năng phân huỷ amylose vàamylopectin, glycogen và các polysaccharit tương tự giải phóng glucose

Mỗi enzyme có một chức năng phân biệt:

+ α-amylase, β-amylase tác động liên kết α(1-4) amylose của tinh bột

+ α-amylase cắt tinh bột thành dextrin

+ β-amylase cắt tinh bột hoặc dextrin thành maltose.Maltase cắt liên kết α(1- 4) củamaltose tạo thành glucose

+ α(1-6)-gluosidase cắt liên kết phân nhánh α(1-6) của amylopectin để tạo thành cácđoạn amylose

Các enzyme này có ý nghĩa quan trọng trong việc phân hủy phế thải chứa cácnguồn tinh bột từ các làng nghề làm bún, bánh đa, chế biến nông sản ngô khoai, sắn

Trang 15

Từ các phế thải lương thực này, nhờ các amylase có thể dùng để sản xuấtalcohol.

Cũng nhờ các enzyme đường hoá α-amylase và glucoamylase, từ các phế thải lươngthực chứa tinh bột của các dây chuyền quy trình chế biến thức ăn có thể sản xuất màngbao gói có tính chất phân huỷ quang học và sinh học

Ứng dụng trong sản xuất màng bao gói

2.2.2.2 Các enzyme phân huỷ cellulose

Có khả năng thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hoá các hợp chất kiểulignocellulose và cellulose trong rác thải tạo nguồn năng lượng thông qua các sảnphẩm đường, ethanol, khí sinh học hay các các sản phẩm giầu năng lượng khác

VD: từ các chất thải nhà máy giấy như các sản phẩm từ bột giấy và giấy có thể thunguồn năng lượng như ethanol

Trong cấu trúc của cellulose chủ yếu là liên kết β-(1-4) glucosit Để phá huỷ hoàn toàncấu trúc của polysaccharide cần có các Cellulase với những tác động đặc trưng vàriêng biệt

2.2.2.3 Các enzyme thủy phân pectin

Pectin là heterosaccharide của thành tế bào thực vật, có cấu tạo mạch dài tạobởi các đơn vị monosaccharide, gồm các liên kết (1,4)-α-D-galacturonic acid và cácmethyl ester.Pectin tồn tại trong rác thải, khó phân huỷ

Trang 16

=> Phải tìm được các chủng vi sinh thích hợp để giải quyết vấn đề này

Trên cơ sở lựa chọn 100.000 gen khác nhau của nấm Aspergillus japonicus,người ta đã tách được các enzyme phân giải pectin như Pectinase, Pectinesterase.Gần đây, nhiều nấm khác cũng được khảo nghiệm khả năng phân huỷ tốt pectin như:Euglena gracilis, Ceriporiopsis subvermispora, A fumigatus, Sitophilus oryzae, A.niger, Clostridium thermosulfurogenes, C thermosaccharolyticum Sitophilus oryzae

2.2.2.4 Các enzyme thuỷ phân protein

Trang 17

Protease thuộc nhóm enzyme thủy phân protein được sử dụng rộng rãi.

Protease thủy phân các protein không tan thông qua nhiều bước: ban đầu chúngđược hấp thụ lên các chất rắn, cắt các chuỗi polypeptit tạo thành các liên kếtlỏng trên bề mặt Sau đó, quá trình hoà tan những phần rắn xảy ra với tốc độ chậmhơn phụ thuộc vào sự khuếch tán enzyme lên bề mặt cơ chất và tạo ra nhữngphần nhỏ

Protease ngoại bào được tiết ra từ Bacillus polymyxa, B megaterium, Pseudomonas

marinoglutinosa và Aeromonas hydrophila có thể cố định trong canxi alginat để

thực hiện các phản ứng liên tục thu được sản lượng cao trong các phản ứng thủy phânthịt cá

2.2.2.5 Các enzyme phá huỷ hợp chất chứa halogen

Có 2 loại haloalkane dehalogenase và haloacid dehalogenase

Rất nhiều enzyme có vai trò trong việc khử chlo như:

Một số chủng vi sinh như Pseudomonas sp strain ADP có khả năng chuyển

hoá atrazine, tiết ra Atrazine chlorohydrolase xúc tác phản ứng chuyển hoáatrazine

Trang 18

=> Bằng phản ứng Atrazine chlorohydrolase, atrazine độc, không tan có thể chuyểnhoá các sản phẩm tan được và không độc

Lượng arsen đi vào cơ thể hàng ngày cỡ 20-300mg với khoảng 25% là arsen

vô cơ (rất độc), phần còn lại là arsen hữu cơ

Trên thế giới, nguồn nước ngầm có chứa arsen trên 50mg/L được phát hiện

ở nhiều nước như Achentina, Mehicô, Myanma, Việt Nam, v.v

Việc xử lý nhiễm độc arsen bằng phương pháp hoá học rất khó khăn Phươngpháp enzyme có thể khắc phục được những khó khăn

Nguyên tắc chung của phương pháp enzyme:

VD: Arsenate reductase (arsenite oxidase) từ chủng Alcaligenes faecalis, xúc

tác cho phản ứng chuyển hoá Arsenite (hoá trị III) rất độc thành Arsenate (hoá trịV) ít độc hơn

Arsenate reductase (donor) (còn gọi là glutaredoxin), từ chủng

Chrysiogenes arsenatis xúc tác phản ứng chuyển hoá Arsenite dạng vô cơ sang

dạng hữu cơ

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	903,94 KB