Chuyên đề enzym vi sinh vật

Giải thích cơ chế hiện tượng các enzyme vi sinh vật thường là các enzym cảm ứng và các vấn đề liên quan đến enzyme

BÀI ĐIỀU KIỆN CHUYÊN ĐỀ ENZYM VI SINH VẬT Câu 1 Các enzyme VSV thường là các enzyme cảm ứng, hãy giải

thích cơ chế của hiện tượng trên

Trả lời Người ta thấy rằng nếu trong điều kiện môi trường dinh dưỡng thông thường thì vi sinh vật chỉ tổng hợp một lượng enzym vừa đủ cho quá trinh sinh trưởng của chúng Nhưng nếu tăng hàm lượng một số chất nào đó thì lượng enzym tổng hợp ra tăng mạnh Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cảm ứng tổng hợp enzym, các chất cảm ứng thường là cơ chất của enzym và enzym đó được gọi là enzym cảm ứng

Cơ chế của hiện tượng trên là: khi có mặt các chất cảm ứng thì chất đó hay sản phẩm phân giải của nó sẽ kìm hãm hoặc làm yếu tác dụng kìm toả của chất kìm hãm nhằm bảo đảm khả năng sinh tổng hợp enzyme đã cho không bị cản trở Chất cảm ứng tổng hợp enzyme cho thêm vào môi trường nuôi thường là cơ chất tương ứng của enzyme cần tổng hợp

Câu 2 Hãy giải thích tại sao trong thiên nhiên sự phân giải các phân tử sinh

học (VD: protein) lại xảy ra triệt để (cellulose có thể bị khoáng hóa hoàn toàn)

mà trong phòng thí nghiệm điều này không xảy ra

Trả lời Enzym là sản phẩm của cơ thể sống, chúng có bản chất protein và không ổn định Hoạt tính của enzym phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là nhiệt độ, pH, các kim loại nặng, các chất cảm ứng… Ngoài tự nhiên, quá trình phân giải các chất như protein, cellulozo… nhờ enzym vi sinh vật diễn ra một cách triệt để là do các điều kiện nhiệt độ, pH, hàm lượng các chất dinh dưỡng đều tối ưu cho hoạt động sinh enzym và hoạt động phân giải của enzym Còn trong phòng thí nghiệm, khó có thể tạo môi trường dinh dưỡng có đủ thành phần và hàm lượng như môi trường tự nhiên, khó có thể điều chỉnh các yếu tố nhiệt độ, pH thích hợp cho hoạt động của vi

sinh vật và hoạt động của enzym Chính vì vậy, quá trình phân giải trong điều kiện phịng thí nghiệm là khơng hồn tồn

Câu 3 Để thủy phân các phân tử sinh học thu các sản phẩm thủy phân người

ta khơng sử dụng trực tiếp vi sinh vật sinh enzyme mà phải dùng enzyme của nĩ, cịn để phân giải các phân tử sinh học trong tự nhiên làm sạch mơi trường người ta thường sử dụng vi sinh vật sinh enzyme nhiều hơn là dùng chế phẩm enzyme Hãy giải thích

Trả lời

- Enzim là chất xúc tác cĩ hoạt tính cao nên khi phân giải các phân tử sinh học thì

sử dụng Tuy nhiên, ta khơng nên dùng vsv sinh enzim trong trường hợp này vì nếu dùng thì chúng cần một lượng chất dinh dưỡng phù hợp để nuơi chúng, mà các phản ứng trên thường diễn ra nhanh , chỉ là phản ứng nhỏ trong các phịng thí nghiệm (hoặc trong mơi trường cơng nghiệp thì cũng vẫn nhỏ hơn trong mội trường sống nĩi chung ) ,hơn nữa, trong mơi trường khơng thích hợp nên vsv sẽ chết( trong mơi trường cĩ thể cĩ axit HCl )

- Trong xử lí mơi trường thì cần làm lâu dài và trên qui mơ lớn nên nếu sử dụng vsv thì chúng cĩ mt sống thích hợp với từng loại cĩ thể sinh ra enzim cũng như tự sinh sản tạo thế hệ sácon nếu sử dụng trực tiếp enzim thì khơng đủ đáp ứng nhu cầu và khi cĩ phát sinh rác mới thì khơng thể sử lí được

- Mỗi loại chất thì sẽ cĩ một loại enzim riêng xúc tác, ta cĩ thể thả nhiều loại vsv chứ khơng thể cùng lúc tách chiết đủ lượng enzim

Câu 4 Tại sao trong một số mơi trường nuơi cấy vi sinh vật sinh các enzyme

phân giải cacbohydrat nếu bổ sung các loại đường đơn vào thì quá trình sinh tổng hợp enzyme bị giảm thiểu

Trả lời Hiện tượng này được lý giải là sự chất ức chế dinh dưỡng của các đường đơn khi

cĩ mặt đường đơn, đặc biệt glucozo, hiệu quả của các chất cảm ứng bị kìm hãm

hiện diện của glucose mà trong đó carbohydrate này có thể làm ngừng sản xuất các enzyme cần thiết cho sự chuyển hóa của các hợp chất liên quan và không liên quan (hiệu ứng glucose) Sự ức chế dị hóa glucose có thể là rất mạnh và thường kìm hãm hiệu quả của chất cảm ứng Vấn đề này có thể được giải quyết về mặt di truyền bằng cách chọn lọc các thể đột biến chống lại hiện tượng này Các đột biến có thể chọn lọc dễ dàng từ môi trường nuôi cấy chứa glucose và cơ chất của enzyme cần thiết, ví dụ: hỗn hợp glucose/aspartate cho phép chọn lọc các dòng sản xuất aspartate không bị ức chế glucose (aspartate được cung cấp ở đây chỉ là nguồn

nitrogen) Sản xuất penicillin G amidase trong E coli được tăng lên nhiều lần bằng

cách chọn lọc các đột biến có khả năng sinh trưởng trên amide như là một nguồn nitrogen duy nhất trong sự hiện diện của glucose Kết quả tạo ra các dòng vi khuẩn

có khả năng sản xuất mạnh và không dễ bị ức chế bởi glucose Sử dụng dạng đồng đẳng của glucose, 2- deoxyglucose, cũng là một phương thức hiệu quả để chọn lọc các đột biến không có ức chế glucose

Câu 5 Người ta thấy nếu nấu chín tinh bột thì nó dễ bị phân giải hơn, nhưng

nếu nấu chín thịt thì thịt lại khó bị phân giải hơn

Trả lời Khi nấu chín tinh bột nó dễ bị phân giải hơn vì: bình thường tinh bột sống ở dạng hạt, các mạch bện chặt với nhau, hơn nữa hạt tinh bột sống không ngậm nước Khi nấu chín, hạt tinh bột trương nở, ngậm nước, các mạch tinh bột duỗi thẳng Tạo điều kiện thuận lợi cho enzym hoạt động phân giải

Protein khi nấu chín, hàm lượng nước bị giảm, protein bị đông tụ, khó phân giải hơn nữa dưới tác động của nhiệt độ, protein cũng dễ bị thuỷ phân để tạo ra lượng nhỏ axit amin, chính những aa này gây ức chế dinh dưỡng cho các enzym phân giải, và làm cho quá trình phân giải protein chín trở nên khó khăn Đồng thời khi nếu chín protein, lượng lớn các vi sinh vật phân giải protein nằm trong khối protein đó bị chết, đây cũng là yếu tố làm chậm quá trình phân giải

Câu 6 Khi cải tạo chủng bằng phương pháp đột biến chủng để nâng cao

hoạt tính enzyme, đôi khi người ta thấy có sự đột biến ở chính gen mã hóa protein enzyme, nhưng đa phần người ta không thấy sự thay đổi này nhưng hoạt tính enzyme vẫn được cải thiện Hãy giải thích

Trả lời Đột biến là phương pháp hay được dùng nhất nhằm để nâng cao hoạt tính enzym

-Tạo những đột biến bị giảm khả năng sinh tổng hợp repressor hoặc tổng hợp

-Tạo những đột biến tổng hợp enzyme có cấu trúc bậc 1 thay đổi do đó có thể giảm

độ thay đổi với kiểu kìm hãm theo cơ chế liên hệ ngược Nếu sự thay đổi cấu trúc bậc 1 xảy ra ở vùng trung tâm hoạt động hoặc ở gần đó thì

có thể làm thay đổi rõ rệt hoạt tính của enzyme -Gây đột biến ở đoạn gene hoạt hóa promotor để làm tăng áp lực của nó đối với ARN-polymerase do đó làm tăng tốc độ sao chép mã… Hiện tượng đột biến thường liên hệ với sự thay đổi một gene, chẳng hạn bị “lồi”

Để tạo một đột biến gene có thể dùng tác nhân vật lý (tia tử ngoại, tia phóng xạ) hay hóa học (các hóa chất) tác dụng lên tế bào sinh vật

Do đó, đôi khi các đột biến không trực tiếp làm biến đổi gen mã hoá protein enzym nhưng hoạt tính enzym vẫn được nâng cao