chuong 2 nguyen lý STH

Chương CÁC NGUYÊN LÝ VỀ HOẠT ĐỘNG LÊN MEN VÀ SINH TỔNG HP CỦA VSV Định nghĩa lên men II Phân loại sản phẩm CNLM III Đặc điểm trao đổi chất - sinh tổng hợp VSV VI Nguyên lý khả tự điều hoà STH VSV V Nguyên tắc tạo nên tổng hợp thừa VSV I I Đònh nghóa lên men (fermentation) Từ fermentation bắt nguồn từ tiếng Hy lạp từ Fervea có nghiã sủi bọt dòch nước trái “Lên men” bao gồm nghóa khác : a Theo nghóa sinh hóa ( nghiã hẹp): lên men truyền thống trình phân giải chât dinh dưỡng ( hydratcarbon) thành lượng, mà Hydro tách từ chất (thường glucid) chuyển đến chất nhận điện tử cuối chất hữu trung gian Đây trình lên men kò khí, có mặt oxy ức chế trình lên men Thuộc loại ta có kiểu lên men như: lên men rượu, lên men lactic, lên men butyric … Quá trình áp dụng để chế biến loại thực phẩm lên men truyền thống làm rượu vang, bia, lên men chua rau quả, sưa chua b Theo nghóa kỷ nghệ (nghiã rộng): Lên men công nghệ trình sinh tổng hợp sản phẩm sinh học tế bào VSV từ chất dinh dưỡng môi trường điều kiện hiếu khí Bản chất trình hoạt động hô hấp hiếu khí VSV để tạo lượng dùng cho hoạt động sinh tổng hợp chất hữu Sự diện oxy cần thiết Thuộc loại ta có lên men tạo: sinh khối (biomass), sản phẩm trao đổi chất thứ cấp sơ cấp tế bào vi sinh vật.( a.amin, nucleotide, kháng sinh, enzime, hormone……) Như , công nghệ lên men nên hiểu bao gồm trình: * Lên men kò khí ( thường lên men thực phẩm truyền thống, sản xuất rượu , bia) * Lên men hiếu khí ( thường lên men tạo sinh khối ,các sản phẩm sinh học) II Phân loại sản phẩm công nghệ lên men a/Sinh khối vi sinh vật (biomass) : Protein đơn bào, bánh men, gio Cơ chất tế bào b/Các sản phẩm trao đổi chất có loại: Cơ chất Sản *phẩm Sản phẩm trao đổi chất bậc I : acid amin, vitamin, + tế bào acid citric… * Sản phẩm trao đổi chất bậc II : độc tố, kháng sinh, hormon * Sản phẩm cuối trao đổi lượng : ethanol, acid lactic, acid butyric, acid propionic * Các enzim nội bào ngoại bào: amilase, proteiase, invertase c/ Các sản phẩm chuyển hóa chất (transformation): VSV Tiền sản phẩm Sản phẩm EX: *Chuyển hoá a acetic từ rượu ethanol VK Acetobacter aceti Acetobacter aceti Ethanol Acid acetic *Chuyển hoá đường L-sorbose (tiền chất để tạo vitamin C, tức acid ascorbic) từ L-sorbose D- sorbit (sorbit D- sorbit A suborxydans thu nhận từ tổng hợp hoá học) * Các chất steroid, antibiotic… d/Recombinant protein (protein tái tổ hợp): Đây sản phẩm công nghệ di truyền Công nghệ vi sinh , chủng VSV lấp đoạn gen tái tổ hợp người động vật, nhờ chúng có khả sinh tổng hợp sản phẩm sinh học có nguồn gốc người động vật dùng điều trò bệnh EX: - Insulin tri bệnh tiểu đường tổng hợp E.coli tái tổ hợp gen - Interferon loại kháng thể dùng điều trò bệnh viêm gan siêu vi, bệnh ung thư… -Kháng thể đơn dòng - Vaccin tái tổ hợp III Các đặc điểm trao đổi chất sinh tổng hợp VSV Khả trao đổi chất tế bào VSV hoàn toàn khác với TĐC thể đa bào: 1.Cơ thể đa bào chiụ ảnh hưỡng trực tiếp gián tiếp môi trường ngoài, tế bào VSV chòu ảnh hưỡng trực tiếp với môi trường sống.Do đo sư thay đổi môi trường sống gây biến dò VSV, tạo khả thích nghi lớn VSV 2.Cơ thể đa bào, chức trình sống mô chuyên hoá thể (mô máu , mô gan , mô thận…) thực với điều khiển hệ thần kinh , hệ dòch hệ enzim Còn thể đơn bào VSV , tế bào thực tất chức trình sống Điều hoà chức nầy hệ enzim bên tế bào điều khiển III Các đặc điểm trao đổi chất sinh tổng hợp 3.Cơ thể đa bào trình đồng hoá dò hoá xảy bên thể Còn VSV trình đồng hoá xảy bên tê bào , trình dò hoá xảy bên bên tế bào Đây nguyên nhân giúp VSV có khả chuyễn hoá vật chất tự nhiên lớn Triptophan tạo nhiều ức chế gen chiụ trách nhiệm sản xuất enzim tổng hợp triptophan Triptophan tạo nhiều ức chế gen chiụ trách nhiệm sản xuất enzim tổng hợp triptophan 3.Điều hoà tổng hợp enzim cảm ứng diện chất cảm ứng: Chất mà enzim tham gia phân giải chất cảm ứng Nếu môi trường có diện chất cảm ứng hàm lượng cao enzim cãm ứng tổng hợp , ngược lại chất cảm ứng không môi trường tổng hợp enzim cảm ứng dừng lại Sự cảm ứng ức chê trình sinh tổng hợp enzim • Khi môi trường nuôi cấy VSV có chất khó đồng hoá , VSV phải tiết vào môi trường vài enzim tương ứng để phân hủy chất thành chất đồng hoá Enzime hình thành gọi enzim cảm ứng • Sự cảm ứng ức chế trình tổng hợp enzime VSV F Jacob J Monod giải thích dựa sở học thuyết Operon Học thuyết Operon làm sáng tỏ chế điều hoà gen trình sinh tổng hợp proteinenzime Theo Jacob Monod , phân tử ADN cuả nhiễm sắc thể phân hóa mặt mặt chức hình thành số gen sau: • Nhóm gen cấu trúc : nhóm gen đảm nhận việc mã hoá cấu trúc phân tử protein –enzime Các gen thường xếp liền nhau.Ví dụ gen cấu trúc gồm gen A-B-C Cả gen cấu trúc tạo thành đơn vò phiên mã • Gen điều khiển ( operator) : đoạn DNA nằm kề bên nhóm gen cấu trúc, kí hiệu O Nhờ tác dụng gắn với chất ức chế, Operator làm việc công tắc phụ trách việc đóng mở hoạt động nhóm gen cấu trúc • Gen khởi động ( Promoteor - kí hiệu P): đoạn DNA nằm kề phía trước Operator, nơi gắn với enzime polimerase Enzime polimerase xúc tác cho trình tổng hợp RNA thông tin ( mRNA) nhóm gen cấu trúc Khi chất ức chế gắn vào Operator phân tử RNApolimerase bò cản trở, không di chuyển dọc theo mạch khuôn ADN, dẫn đến gen cấu trúc bò kiềm chế không tạo protein enzime tương ứng Do vò trí chức nên người ta gọi gen Promotor ( gen khởi động • Gen điều hòa ( Regulator): gen chiụ trách nhiệm mã hóa việc tổng hợp nên protein đặc biệt đóng vai trò chất ức chế, Thường tổng hợp với lượng không đáng kể tế bào ( khoảng 10-20 phân ửt / tế bào) Đặc điểm chất ức chế prtein biến cấu oligomer, có tâm đặc thù, tâm làm cho chất ức có khả gắn với chất chất cảm ứng gắn với Operator.Chất ức chế có lực lớn Operator, thông thường hay gắn vào Operator • Nhóm gen cấu trúc , gen Operator gen Promotor tổ hợp thành đơn vò gọi OPERON Mỗi OPERON tương ứng với gen điều hoà , chiụ kiểm soát nghiêm ngặt gen • R = Regulatory gene that encodes for the trp Repressor protein that is concerned with regulating the synthesis of the gene products An active repressor binds to a specific nucleotide sequence in the operator region and thereby blocks binding of RNAp to the promoter to initiate transcription O = Operator specific nucleotide sequence on DNA to which an active Repressor binds • P = Promoter specific nucleotide sequence on DNA to which RNA polymerase binds to initiate transcription If the repressor protein binds to the operator, RNAp is prevented from binding with the promoter and initiating transcription Therefore, none of the enzymes concerned with tryptophan biosynthesis are synthesized • A = Attenuator DNA sequence which lies between the operator and the structural genes for trp biosynthesis The attenuator is a barrier that RNA polymerase must traverse if it is to transcribe the genes for tryptophan biosynthesis In the presence of trp, most RNAp molecules fall off the DNA before transcribing the trp genes In the absence of trp, RNAp is able to traverse the attenuator region to successfully transcribe the trp genes • Trp A, B, C, D, E = Trp Genes structural genes for enzymes involved in tryptophan biosynthesis • Trp = tryptophan end product of the tryptophan biosynthetic pathway When combined with the repressor protein the Repressor is active Trp is called a corepressor.  • • • • • • • Khi môi trường xuất chất cảm ứng Chất có lực với chất ức chế, tác dụng với chất ưc chế làm chất ức chế bò bất họat Cụ thể: chất cảm ứng gắn với chất ức chế, làm thay đổi cấu hình không gian chất ức chế, làm giảm lực tâm gắn chất ức chế với Operator Từ giúp Operator tự giải hoát khỏi chất ức chế Lúc này, Operator giải phóng , liên đới gen promotor giải phóng Phân tử RNA polimerase không bò cản trở di chuyển dọc theo mạch DNA Quá trình tổng hợp RNA thông tin bắt đầu Các gen cấu trúc làm việc để tiến tới tổng hợp protein Enzime hình thành Chính enzime tạo thành có trách nhiệm phân hủy chất khó đồng hoá ( chất cảm ứng ) nói Đó enzime cảm ứng Người ta có hể khái quát hóa điều kiện tổng hợp enzime cảm ứng sau: Trên nhiễm sắc thể tế bào phải có gen tương ứng với enzime hình thành Các nguyên liệu xây dựng phân tử enzime: acid amin hợp phần nhóm ngoại ( enzime cần có nhóm phân tử) Năng lượng cần thiết cho việc hình thành liên kết Chất cảm ứng Theo sơ đồ Jacob Monod, dù có ba điều kiện mà chất cảm ứng enzime cảm ứng không tạo thành Như vậy, để hình thành enzime cảm ứng phải hội đủ bốn điều kiện : gen- nguyên liệu xây dựng –năng lượng chất cảm ứng V Nguyên tắc tạo tổng hợp thừa VSV Có nguyên tắc: Gây đột biến gen làm thay đổûi cấu trúc lập thể trung tâm kiềm chế enzim , khiến sản phẩm cuối kết hợp với enzim để gây ức chế hoạt tính enzim Làm thay đổi tính thấm màng tế bào chất, khiến màng cho phép sản phẩm cuối (chất kiềm hãm) thoát môi trường Do không gây ức tổng hợp sản phẩm Tóm lại : muốn phá chế điều hoà TĐC để có tổng hợp thừa , có cách : Tác động làm thay đổi cấu trúc lập thể trung tâm dò lập thể để chúng không khả kết hợp với chất ưc chế (SP cuối) Tác động vào chất ức chế (SP cuối) để chúng khả tương tác với trung tâm dò lập thể.( cách cho SP cuối thấm màng tế bào môi trường ngoài) ... dựng tế bào, tăng sinh khối (SP TĐC bậc 1), hay phóng thích môi trường bên ( SP TĐC bậc 2) Tuy nhiên trình STH VSV luôn điều hoà chế kiềm chế cảm ứng enzim xúc tác phản ứng tế bào , giúp tế bào... môi trường sống.Do đo sư thay đổi môi trường sống gây biến dò VSV, tạo khả thích nghi lớn VSV 2. Cơ thể đa bào, chức trình sống mô chuyên hoá thể (mô máu , mô gan , mô thận…) thực với điều khiển... ảnh hưỡng không tốt đến suất , phải có hệ thống kiểm tra điều chỉnh thay đổi nhiệt độ VI Nguyên lý khả tự điều hoà TĐC VSV Trong môi trường tự nhiên, chủng VSV hoang dại luôn chiụ canh tranh thức