BÀI ĐIỀU KIỆN CHUYÊN ĐỀ ENZYM VI SINH VẬT

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 Enzym cảm ứng là enzyme sinh ra nhờ các chất cảm ứng. Enzym do vi sinh vật tiết ra có sự phân giải triệt để đến các axitamin tự do. Từ các axitmin này phân giả thành các nhóm amin hoặc imin…, nó sẽ là nguồn nguyên liệu cho quá trình sinh tổng hợp các chất. Ta biết rằng enzyme có bản chất là protein. Cơ chế tổng hợp enzyme là cơ chế sinh tổng hợp protein, protein được tổng hợp khi có tín hiệu từ bên trong hoặc bên ngoài cơ thể. 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 giống như cơ chế điều hoà hoạt động của gen, 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. Thành phần dinh dưỡng có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và tổng hợp enzyme của vi sinh vật. Môi trường phải chứa đủ các hợp chất chứa các nguyên tố đa lượng như C, H, N, O và các chất khoáng như Mg, Ca, K, S, Fe, Cu, Co, Zn,… vitamin… Nguồn cung cấp cacbon tốt nhất là gluxit (đường đơn hoặc đường đôi) sau đó là chất béo, axit hữu cơ, rượu,…Nguồn N đưa vào môi trường dạng muối nitrat, nitrit, amon, chất hữu cơ chứa nitơ, …Nguồn P ở dạng muối photphat. đặc biệt để tăng tổng hợp enzyme người ta còn cho vào môi trường chất cảm ứng tổng hợp enzyme - 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…. Sự phân giải các phân tử sinh học như protein, cellulose ngoài tự nhiên được thực hiện nhờ nhiều nhóm vi sinh vật cùng hoạt động, lượng enzyme do các nhóm vi sinh vật này đa dạng, số lượng vi sinh vật nhiều nên hàm lượng enzyme lớn. Các enzyme có tinh cạnh tranh. Hơn nữa thời gian phân giải các phân tử sinh học lâu. Với những lý do trên nên các phân tử sinh học như protein bị phân giải triệt đẻ còn cellulose bị khoáng hoá hoàn toàn trong tự nhiên. Trong phòng thí nghiệm thường chỉ có một vài chủng thực hiện nhiệm vụ phân giả, lượng enzyme sinh ra nhiều nhưng không đa dạng về chủng loại. Hơn thế nữa điều kiện trong phòng thí nghiệm thường chỉ làm cho vi sinh vật sản sinh ra một loại enzyme ưu thế nào đó. Các enzyme sinh ra khả năng cạnh tranh kém hơn so với trong tự nhiên. Do đó mà hiệu suất phân giải các phân tửu sinh học trong phòng thí nghiệm thường không đạt 100% Câu 3. Để thủy phân các phân tử sinh học thu các sản phẩm thủy phân người ta không sử dụng trực tiếp vi sinh vật sinh enzyme mà phải dùng enzyme của nó, còn để phân giải các phân tử sinh học trong tự nhiên làm sạch môi 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 có hoạt tính cao. Để thuỷ phân các phân tử sinh học thu sản phẩm thuỷ phân người ta không sử dụng trực tiếp vi sinh vật sinh enzyme mà phải dùng enzyme của nó. Vì nếu sử dụng trực tiếp vi sinh vật khi thu sản phẩm sẽ không tinh khiết và đồng nhất mà có lẫn sinh khối của vi sinh vật. Hơn thế nữa khi ta đưa vi sinh vật vào thì thời gian thỷ phân sẽ kéo dài vì vi sinh vật phải có thời gian sinh trưởng và tiết ra enzyme. Đặc biệt một chủng vi sinh vật nào đó không phải chỉ sinh ra một loại enzyme duy nhất nên trong sản phẩm thuỷ phân thu được sẽ có thể lẫn các sản phẩm khác không mong muốn Tuy nhiên trong trường hợp để phân giải các phân tử sinh học trong tự nhiên làm sạch môi trường người ta lại sử dụng vi sinh vật sinh enzyme nhiều hơn là chế phẩm enzyme. Vì mục đích của ta ở đây là phân giải triệt để các phân tử sinh học mà không thu chế phẩm nên lượng enzyme ở đây có thể đa dạng. Hơn nữa vi sinh vật có khả năng phân giải triệt để hơn chế phẩm enzyme, thời gian sinh enzyme kéo dài vì vi sinh vật sinh trưởng trong điều kiện trên. Enzym do vi sinh vật sinh ra được sử dụng ngay để phân giải các chất lại cung cấp nguyên liệu cho vi sinh vật sinh trưởng. Nếu ta sử dụng chế phẩm enzyme thì lượng enzyme cần phải lớn, giá thành lại cao, khi phân giải trong thời gian dài enzyme sẽ bị mất dần hoạt tính làm giảm hiệu quả phân giải lúc đó ta phải thường xuyên bổ sung chế phẩm enzyme. Câu 4. Tại sao trong một số môi trường nuôi 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 có mặt đường đơn, đặc biệt glucose, hiệu quả của các chất cảm ứng bị kìm hãm. Sự 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 Sự phân giải các phân tử protein và cacbohiđrat được thực hiện dễ dàng nhờ các enzyme phân giải. Tuy nhiên sự phân giải này diễn ra nhanh hay chậm dễ hay khó là nhờ sự tiếp xúc của các phân tử enzyme với cơ chất để thực hiện quá trình phân cắt. Khi tinh bột được nấu chín hay ta còn gọi là hồ hoá tinh bột các liên kết glucozit chưa bị đứt nhưng được kéo căng ra, lúc đó nếu ta đưa enzyme phân giải như amylase vào thì amylase sẽ nhanh chóng tiếp xúc với các phân tử tinh bột và cắt đứt liên kết một cách dễ dàng. Tuy nhiên đối với protein thì ngược lại, khi ta nấu chín lên thì protein bị kết tủa, lúc đó thịt sẽ quánh lại. Khi đưa enzyme hoặc vi sinh vật sinh enzyme phân giải protein vào thì chúng sẽ tiếp xúc ít với các phân tử protein. Vì vậy mà sự phân giải sẽ diễn ra khó hơn. 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 Để chọn giống vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme cao người ta có thể phân lập từ môi trường tự nhiên hoặc có thể dung các tác nhân gây đột biến tác động lên bộ máy di truyền hoặc làm thay đổi đặc tinh di truyền để tạo nên các biến chủng có khả năng tổng hợp hữu hiệu một loại enzyme nào đó cao hơn hẳn chủng gốc ban đầu Đột biến là phương pháp hay được dùng nhất nhằm để nâng cao hoạt tính enzym. Cơ chế nâng hoạt tính do đột biến là: - Tạo những đột biến bị giảm khả năng sinh tổng hợp repressor hoặc tổng hợp repressor có ái lực thấp với gene opertor. - 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” một bazo khi tái tạo phân tử ADN. 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. . hơn chế phẩm enzyme, thời gian sinh enzyme kéo dài vì vi sinh vật sinh trưởng trong điều kiện trên. Enzym do vi sinh vật sinh ra được sử dụng ngay để phân. nhiều nhóm vi sinh vật cùng hoạt động, lượng enzyme do các nhóm vi sinh vật này đa dạng, số lượng vi sinh vật nhiều nên hàm lượng enzyme lớn. Các enzyme có