Tổng quan về enzyme ngoại bào Bacillus subtilis
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 trường & 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 iii1.2.4. 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 iv3.1.1. 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 viMet Methionine PCMB p-chloromercuribenzoate Phe Phenylalanine pI hay pHI 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 Vdung môi/Vban 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 Ca2+ 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 (NH4)2SO4 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 hợp 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 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Tống Ngọc Triêm ixHình 1.16. Cơ chế chuyển hóa cellullose dưới xúc tác của hệ enzyme cellulase . 32 Hình 2.1. Tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis quan sát dưới kính hiển vi 37 Hình 2.2. Cấu trúc của phân tử amylose và amylopectin 44 . CHƯƠNG 2: ENZYME NGOẠI BÀO CỦA BACILLUS SUBTILIS ........................................................... 35 2.1. Tổng quan về Bacillus subtilis ............................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME NGOẠI BÀO CỦA VI SINH VẬT .................................................. 3 1.1. Khái niệm enzyme ngoại bào ..............................................................