TRONG NƯỚC THẢI THỦY SẢN
3.3. Sự phân hủy protein trong nước thải thủy sản
3.3.1. Cơ chế phân hủy protein
Protein là một chất hữu cơ có chứa các hợp chất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển vi sinh vật.
Protein ở môi trườmg bên ngoài sẽ là nguồn thức ăn của vi sinh vật. Để có thể sử dụng được protein làm thức ănvi sinh vật tiết ra một loại Enzyme để thủy phân các liên kết peptide hoặc các polypeptide thành các peptide có phân tử lượng nhỏ hơn. Tiếp theo là sự phân hủy các peptide trên thành các acid amin tự do ở môi trường ngoài.
Sau đó được các vi sinh vật hấp thụ các acid amin tự do ở môi trường ngoài vào trong tế bào. Trong tế bào vi sinh vật các acid amin sẽ được phân giải thành năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào.
Hình 3.2. Cơ chế phân hủy protein
3.3.2. Vòng tuần hoàn của các chất có trong thành phần của protêin
3.3.2.1. Vòng tuần hoàn của carbon
Vòng tuần hoàn carbon diễn tả điều kiện cơ bản đối với sự xuất hiện và phát triển của sự sống trên trái đất, các hợp chất của carbon tạo nên nền tảng cho mọi loại
Protein (ở môi trường ngoài)
Acid amin (ở môi trường ngoài) Enzyme protease
Vi sinh vật
Acid amin (Trong tế bào) Năng lượng
Hoạt động sống của tế bào
Phân giải
hình sự sống.Vòng carbon quan trọng nhất là dạng thông qua CO2 của khí quyển và của sinh khối.
Thông qua mạng lưới thức ăn động vật và con người sử dụng các carbon hữu cơ của thực vật, chuyển hóa chúng thành các carbon hữu cơ của động vật và con người. Đặc biệt, con người đã sử dụng một lượng lớn carbon trong các nguồn carbon biến chúng thành năng lượng và nguyên liệu để phục vụ cho sản xuất và đáp ứng các nhu cầu đời sống Trong quá trình sống thì thông qua hoạt động hô hấp, con người và động vật cũng thải ra một lượng lớn CO2 trả lại vào môi trường, trong những năm gần đây với quá trình công nghiệp hóa cùng với sự thu hẹp diện tích rừng đã gây ra nhiều sự xáo trộn trong chu trình làm cho nồng độ CO2 trong khí quyển gia tăng từ 290ppm (ở thế kỉ 19) lên đến 325ppm (ngày nay).
Trong chu trình carbon vi sinh vật là một mắt xích có vai trò rất quan trọng.
Người, động vật, thực vật và ngay cả vi sinh vật khi chết đi sẽ được vi sinh vật phân giải thành các dạng carbon trong hợp chất bán phân giải như than đá, dầu mỏ, các hợp chất trung gian, hợp chất mùn và cabon trong hữu cơ không đạm và cuối cùng thành CO2 (và H2O), CO2 lại đi vào trong không khí hay hòa tan vào dung dịch để rồi lại được thực vật sử dụng và một lần nữa đi vào chu trình.
ÊVi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong một số khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn này:
Hình 3.3. Vòng tuần của carbon Carbon
thực vật Carbon
động vật
CO2
Vi sinh vật phân hủy (Chất hữu cơ)
3.3.2.2. Vòng tuần hoàn của nitrogen
Trong tự nhiên nitrogen tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, từ nitrogen phân tử ở dạng khí cho tới các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong cơ thể thực vật, động vật và con người.
Trong cơ thể sinh vật, nitrogen tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ như protein, các acid amin. Dưới tác dụng của các nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein được phân giải thành các acid amin. Các acid amin lại được một nhóm vi sinh vật khác phân giải thành NH3 hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amôn hoá.
Qúa trình này gọi là sự khoáng hoá chất hữu cơ vì qua đó nitrogen hũư cơ được chuyển thành nitrogen dạng khoáng. Dạng NH4+ sẽ được chuyển hoá thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrat hoá. Các hợp chất nitrat hoá lại được chuyển hoá thành nitrogen phân tử, quá trình này được gọi là phản nitrat hoá được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn phản nitrat.
Khí N2 sẽ được cố định lại trong tế bào vi khuẩn và tế bào thực vật sau đó được chuyển hoá thành dạng nitrogen hữu cơ nhờ nhóm vi sinh vật cố định nitrogen.
Như vậy vòng tuần hoàn nitrogen được khép kín trong hầu hết các khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn và có sự tham gia của các nhóm vi sinh vật khác nhau. Nếu sự hoạt động của một nhóm nào đó dừng lại thì toàn bộ sự chuyển hoá của vòng tuần hoàn cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Ê Vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong một số khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn này:
Hình 3.4. Vòng tuần hoàn của nitrogen.
N2 NH3 ,
NH+4
NO3
Chất hữu cơ trong đất
Động vật Thực vật
3.3.2.3. Vòng tuần hoàn của lưu huỳnh
Sự chuyển hóa của lưu huỳnh trong thiên nhiên tạo thành một chu trình khép kín. Những giai đoạn phân giải hợp chất hữu cơ có lưu huỳnh khá phức tạp, cho đến nay chưa được nghiên cứu thật rõ ràng, trừ một vài hợp chất như cistin, methionin.
Rể thực vật hấp thu S ở dạng (NH4)2SO4 để tổng hợp các liên kết và các acid amin có S như cystin, cystein, Mothionin. Thực vật tích lũy S trong cơ thể nó (đặc biệt là thực vật chịu mặn tích lũy S rất cao). Động vật ăn thực vật tích lũy S, và người ăn thực vật, động vật lại tích lũy S trong cơ thể. Sau khi chết đi, xác động vật, thực vật và người trả S lại cho đất nhờ vi sinh vật phân hủy. Trong đó có cả những vi sinh vật tự dưỡng hóa năng, vi sinh vật tự dưỡng quang năng và cả vi sinh vật dị dưỡng. Ở đó S lại được chuyển hóa.
Một phần S biến thành SO2 hay H2S bay khỏi mặt đất đi vào khí quyển, S được các sinh vật hấp thu, để rồi chu trình S lại tiếp tục, hoặc trầm tích lại trong than đá, dầu hỏa và chỉ quay trở lại chu trình khi bị đốt cháy.
Hình 3.5. Vòng tuần hoàn của lưu huỳnh
3.3.2.4. Vòng tuần hoàn của phosphore
Phosphore là nguyên tố rất phổ biến trong thiên nhiên và có vai trò rất quan trọng đối với sự sống của sinh vật.
Qua quá trình phong hóa đá và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ phosphore được giải phóng ra tạo thành các muối của acid phosphoric chứa các ion HPO3,H2PO3, PO43-, đơn giản dễ chuyển hoá được hấp thụ vào rễ thực vật và các loài vi sinh vật sử dụng. Để rồi chúng tạo ra các acid amin chứa phosphore và các
S
H2S
S hữu cơ thực vật
S hữu cơ động vật SO42-
enzyme phosphate, chuyển các liên kết cao năng phosphore thành năng lượng cho cơ thể : ATP thành ADP và giải phóng năng lượng. Phosphore là nguyên tố không thể thiếu được của thực vật. Khi động vật ăn thực vật, phosphore lại biến thành chất liệu của xương của các liên kết, các enzyme. Khi chết đi động vật thực vật và con người trả lại phosphore trong cơ thể thành phosphore cho môi trường sinh thái đất.
Một lượng phosphore đi vào đại dương sau khi phosphore bị hòa tan dần dần trong đá nham thạch chảy qua kênh rạch, sông hồ và làm giàu cho nước mặn, trở thành nguồn dinh dưỡng cho các loài sinh vật sử dụng.
Hình 3.6. Vòng tuần hoàn của phosphore