Tách chiết và chuyển hóa chlorophylla từ vi khuẩn cyano bacteria

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  TRẦN THI ̣HIỀN TÁCH CHIẾT VÀ CHUYỂN HÓA CHLOROPHYLL A TỪ VI KHUẨN CYANO BACTERIA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  TRẦN THI ̣HIỀN TÁCH CHIẾT VÀ CHUYỂN HÓA CHLOROPHYLL A TỪ VI KHUẨN CYANO BACTERIA Chuyên ngành: Hố hữu Mã sớ: 60 44 27 ḶN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Đoàn Duy Tiên Hà Nội - 2011 MỤC LỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG BÀI LUẬN VĂN DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ BẢNG HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Cấu tạo tính chất hệ quang hợp 1.1.1 Cấu tạo tính chất hệ quang hợp thực vật vi khuẩn 1.1.2 Chlorophyll 10 1.2 Giới thiệu ngành vi khuẩn lam ( ngành cyanobacteria) .14 1.2.1 Sơ lƣợc vi khuẩn lam 14 1.2.2 Cấu tạo tế bào 16 1.2.3 Phân loại 16 1.2.4 Ý nghĩa thực tiễn .17 1.3 Tình hình nghiên cứu chlorophyll a nƣớc quốc tế .18 1.4 Các dẫn xuất chlorophyll a .19 1.5 Sinh tổng hợp chlorophyll a 20 1.5.1 Sinh tổng hợp axit 5-aminolevulinic .20 1.5.2 Sinh tổng hợp pyrol (porphobilinogen) 21 1.5.3 Q trình đóng vòng vòng pyrol (tetrapyrol) .22 1.5.4 Đƣa ion Mg2+ vào hệ thống vòng 24 1.6 Tổng hợp toàn phần chlorophyll a theo Woodward .25 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 Mục tiêu thực nghiệm .27 2.2 Xác định tính chất vật lý 27 2.2.1 Sắc kí mỏng 27 2.2.2 Phổ hồng ngoại (IR) 27 2.2.3 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 27 2.2.4 Phổ khối (MS) 27 2.2.5 Phổ tử ngoại .27 2.3 Nội dung nghiên cứu .27 2.3.1 Nội dung .27 2.3.2 Nội dung .29 2.3.3 Nội dung .30 2.4 Xác định cấu trúc sản phẩm phổ hồng ngoại, tử ngại khả kiến, phổ cộng hƣởng từ hạt nhân phổ khối 31 2.4.1 Cấu trúc pheophytin a .31 2.4.2 Cấu trúc metyl pheophobide a 32 2.4.3 Cấu trúc chlorin e6 – trimetylester 33 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Tách chiết chuyển hoá chlorophyll a thành pheophytin a 34 3.2 Thực phản ứng chuyển hoá chlorophyll a thành metyl pheophobide a .38 3.3 Chuyển hoá metyl pheophobide a thành chlorin – e6 trimetylester 42 CHƢƠNG : KẾT LUẬN .47 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG BÀI LUẬN VĂN PS : Hệ thống quang hợp IR : Phổ hồng ngoại UV – VIS : Phổ tử ngoại khả kiến MS : Phổ khối lượng : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H MPP : Metyl pheophobide a PP : Pheophytin a ATP : Adenosin Triphotphat NADP : Nicotinamit Adenin Dinucleotitphotphat LHC : Phức hợp thu nhận ánh sáng H – NMR DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ BẢNG Bảng 1.1: Thành phần chlorophyll khác 11 Bảng 3.1: Bảng liệu phổ 1H-NMR pheophytin a 35 Bảng 3.2: Bảng liệu phổ 1H-NMR metyl pheophobide a 39 Bảng 3.3: Bảng liệu phổ 1H-NMR chlorin e6 - trimetylester 44 HÌNH Hình 1.1: Năng lượng xạ tổng hợp phân tử hữu Hình 1.2: Các hệ thống quang hợp Hình 1.3: Hệ thống ăng ten vi khuẩn tía …………………… Hình 4: Hấp thụ ánh sáng hệ thống ăng ten thực vật ……… Hình 1.5: Caroten hệ quang hợp………….……………………… .6 Hình 1.6: Cấu trúc trung tâm phản ứng vi khuẩn Rhodopseudomonas virdis Hình 1.7: Chuỗi eletron vận chuyển màng thylakoid Hình 1.8: Cố định Cacbon C6 theo chu trình Calvin-Benson Hình 1.9: Cố định cacbon theo chu trình C4 10 Hình 1.10: Cơng thức cấu tạo chlorophyll a 11 Hình 1.11 Tế bào dị hình (*) Tảo Annabaena 15 Hình 1.12: Các hợp chất chlorophyll phổ biến tự nhiên 18 Hình 1.13: Các hoạt chất sử dụng để chữa trị ung thư liệu pháp quang 20 Hình 1.14: Sinh tổng hợp axit 5-aminolevulinic từ glyxin sucxinyl-CoA 21 Hình 1.15: Sinh tổng hợp axit 5-aminolevulinic 21 Hình 1.16: Quá trình tổng hợp vòng pyrol 22 Hình 1.17: Sự tạo thành tetrapyrol 22 Hình 1.18: Quá trình đóng vịng tetrepyrol 23 Hình 1.19: Quá trình tạo thành protophyrin IX 23 Hình 1.20: Quá trình hình thành phân tử chlorophyll a[10,30,33] 24 Hình 1.21: Tổng hợp chlorophyll a theo Woodward 25 Hình 2.1: Chuyển hố chlorophyll a thành pheophytin a 28 Hình 2.2: Chuyển hố chlorophyll a thành metyl pheophobide a 29 Hình 2.3: Chuyển hoá trực tiếp thành metyl pheophobide a từ vi khuẩn lam 30 Hình 2.4: Chuyển hố metyl pheophobide a thành chlorin e6- trimetylester 31 Hình 3.1: Phổ hồng ngoại pheophytin a 36 Hình 3.2: Phổ UV – VIS Pheophytin a 36 Hình 3.3: Phổ khối pheophytin a 37 Hình 3.4: Phổ 1H-NMR pheophytin a 37 Hình 3.5: Phổ hồng ngoại metyl pheophobide a 40 Hình 3.6: Phổ UV – VIS metyl pheophobide a 40 Hình 3.7: Phổ khối metyl pheophobide a 41 Hình 3.8: Phổ 1H – NMR pheophobide a 41 Hình 3.9: Phổ UV – VIS chlorin e6 - trimetylester 45 Hình 3.10: Phổ hồng ngoại chlorin e6- trimetylester 45 Hình 3.11: Phổ khối chlorin e6 – trimetylester 46 Hình 3.12: Phổ 1H – NMR chlorin e6 - trimetylester 46 MỞ ĐẦU Từ lâu nhà khoa học quan tâm tới việc chiết tách sắc tố từ xanh thực vật bậc cao Cách 100 năm nhà hóa học tách chất màu xanh từ gọi chúng Chlorophyll Vào năm 1913, Richard Willstatter, nhà hóa học người Đức tất lượng sống nhờ mặt trời xanh có cách để hấp thụ lượng Tới năm 1919, ơng giải thích chức hợp chất hấp thụ lượng mặt trời Chlorophyll Thực vật bậc cao có xanh tự hấp thụ lượng xạ chuyển hóa thành lượng dự trữ thể Chlorophyll giữ vai trị vơ quan trọng trình quang hợp, chất hấp thụ lượng ánh sáng hệ quang hợp Chlorophyll chuyển lượng ánh sáng thành lượng hóa học phân tử ATP, trình xảy phản ứng chuyển dịch electron (phản ứng oxy hóa khử) Chlorophyll dẫn xuất chúng đối tượng nghiên cứu hấp dẫn trở thành lĩnh vực phát triển rộng lớn nhà khoa học quan tâm bao gồm nghiên cứu hệ thơm, khả hấp thụ ánh sáng, chuyển dời điện tích, tính chất phổ, sinh tổng hợp nghiên cứu y dược Chlorophyll dẫn xuất chúng có nhiều ứng dụng khác y học công nghiệp Trong y học, chlorophyll dùng thành phần phần ăn kiêng thuốc chữa bệnh Chẳng hạn, Cu-chlorophyllin phòng chống ung thư từ thức ăn bị thiu mốc chứa hydrocacbon mạch vòng, aflatoxin Chlorophyll dẫn xuất sử dụng chất nhạy sáng để tiêu diệt tế bào ung thư chống virus, chất chữa vết thương khử mùi hôi Chlorophyll ức chế phát triển vi khuẩn, kích thích việc phục hồi mơ bị hư hại ngăn cản tác hại chất gây ung thư Chlorophyll cịn có lợi cho hệ tiêu hóa có tác dụng dưỡng da Một số dẫn xuất chlorophyll có hoạt tính sinh học q tiêu diệt tế bào ung thư tủy, virus leukemia, u ác tính (malignant melanoma) theo chế quang trị liệu Chlorophyll cịn có tác dụng giảm viêm khớp (arthritis), chữa trị u xơ, giảm mùi hôi, giảm đường máu người bệnh cao tuổi Chlorophyll nhóm hợp chất đa dạng bao gồm chlorophyll (a, b, c, d,…), chlorophyll a phổ biến tự nhiên, chlorophyll hệ quang hợp thực vật bậc cao, tảo biển vi khuẩn quang hợp Trong thực vật bậc cao hệ thống quang hợp có cấu tạo phức tạp chứa nhiều loại chlorophyll khác Quá trình tách chlorophyll khỏi khó khăn phức tạp Trong loại vi khuẩn quang hợp vi khuẩn lam có cấu tạo hệ quang hợp đơn giản nên việc phân lập dễ dàng Vì tơi lựa chọn “ Tách chiết chuyển hoá chlorophyll a từ vi khuẩn cyano bacteria” làm đề tài cho luận văn cao học Mục tiêu luận văn tìm qui trình tách chiết chlorophyll a cách hiệu qui mơ phịng thí nghiệm chuyển hóa chúng để thu hợp chất làm trung gian cho trình tổng hợp hoạt chất chữa trị ung thư liệu pháp quang, chất màu thực phẩm, tổng hợp hợp chất hấp thụ ánh sáng sử dụng cho pin mặt trời sensor CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Cấu tạo tính chất hệ quang hợp 1.1.1 Cấu tạo tính chất hệ quang hợp thực vật vi khuẩn Quang hợp sở lượng sống trái đất Chlorophyll hấp thụ ánh sáng mặt trời chuyển quang thành hóa trung tâm phản ứng hệ quang hợp vi khuẩn thực vật dạng NADPH ATP sử dụng để tổng hợp cacbohydrat (hình 1.1) Hình 1.1: Năng lượng xạ tổng hợp phân tử hữu Các chlorophyll hấp thụ biến quang thành hoá với hiệu suất cao Các hệ thống quang hợp (PS) (hình 1.2) phân loại theo cấu trúc trung tâm phản ứng chia thành PSI vi khuẩn lam, PSII thực vật bậc cao PS vi khuẩn tía bao gồm bốn thành phần ăng-ten thu sáng, trung tâm phản ứng, trung tâm chuyển điện tử máy cố định cacbon [3,5] Phổ UV – VIS Pheophytin a Phổ UV- VIS metylpheophobide a Phổ UV – VIS chlorin e6- trimethylester PHỔ 1H – NMR 1 10 11 ... loại vi khuẩn quang hợp vi khuẩn lam có cấu tạo hệ quang hợp đơn giản nên vi? ??c phân lập dễ dàng Vì tơi lựa chọn “ Tách chiết chuyển hoá chlorophyll a từ vi khuẩn cyano bacteria? ?? làm đề tài cho... dung Nghiên cứu trình chiết tách chlorophyll a từ vi khuẩn lam chuyển hóa trực tiếp thành metyl pheophorbide a phương pháp chiết chuyển vị este giai đoạn 29 NH 21 N 22 20 Vi khuẩn lam 10 24 19 23... dung 27 Nghiên cứu trình chiết tách liên tục chlorophyll a từ vi khuẩn lam thực phản ứng chuyển hóa chlorophyll a thành pheophytin a metyl pheophobide a 2.3.1.1 Tách chiết chuyển hoá chlorophyll