TIỂU LUẬN: VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VÀ PROTEIN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT pptx

Nhiều loài vi sinh có những giá trị dinh dưỡng cao được nuôi trồng với sinh khối lớn để sản xuất thực phẩm chức năng, có tác dụng chữa bệnh diệu kỳ, nhiều loài khác lại có những ứng dụng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU - NHU CẦU THỨC ĂN CỦA VI SINH VẬT 6

1 Quy luật sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật 6

2 Nhu cầu thức ăn của vi sinh vật 7

CHƯƠNG II – VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 9

1 Khái niệm Glucide 9

2 Vai trò của glucide đối với vi sinh vật 10

2.1 Tham gia thành phần hóa học cấu tạo tế bào 10 2.2 Nguồn cung cấp thức ăn cacbon cho vi sinh vật 10 2.3 Nguồn cung cấp năng lượng cho hoạt động của tế bào 10

3 Quá trình phân tổng hợp đường và polysaccharide 11

CHƯƠNG II – VAI TRÒ CỦA PROTEIN ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 14

1 Định nghĩa protein 14

2 Vai trò của protein trong sự phát triển của vi sinh vật 14

2.1 Tham gia thành phần hóa học cấu tạo tế bào 14 2.2 Tham gia vận chuyển các chất qua màng tế bào 14

Vi sinh vật học thực phẩm 3

2.3 Nguồn cung cấp thức ăn nitơ, cacbon và nguồn vật liệu năng lượng cho tế bào.

16

3 Quá trình phân giải protein của vi sinh vật 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH SÁCH CÁC HÌNH

LỜI NÓI ĐẦU

Trải qua hàng ngàn năm phát triển của lịch sử cùng với những tiến bộ vượt bậc của khoa học, vi sinh vật ngày một tiến hóa và hoàn thiện hơn So với sự ra đời cách đây 3.5 tỉ năm về trước, chúng chưa có cấu tạo cơ thể thì ngày nay nhiều loài vi sinh vật đã có những ứng dụng quan trọng trong công nghiệp, nông nghiệp, y học và đặc biệt là những ứng dụng phong phú trong ngành công nghệ thực phẩm Nhiều loài vi sinh có những giá trị dinh dưỡng cao được nuôi trồng với sinh khối lớn để sản xuất thực phẩm chức năng, có tác dụng chữa bệnh diệu kỳ, nhiều loài khác lại có những ứng dụng quan trọng trong những quá trình lên men thực phẩm…

Để góp phần tìm hiểu tại sao vi sinh vật lại có thể mang lại những vai trò to lớn,

có ý nghĩa thực tiễn với đời sống con người đến như vậy, chúng ta hãy cùng tìm hiểu

về sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật để hiểu rõ hơn các bạn nhé

Trong phần này nhóm mình xin trình bày về “ Vai trò của protein và glucide trong sự phát triển của vi sinh vật” Ai cũng biết những tác dụng bổ ích của protein và glucide đối với cuộc sống con người Vậy với vi sinh vật chúng có vai trò quan trọng như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu để hiểu rõ hơn tại sao những vi sinh vật cực kì nhỏ bé

ấy lại vô cùng quan trọng như thế nhé

Do kiến thức và thời gian có hạn, có thể bài tiểu luận của nhóm mình còn nhiều thiếu sót mong thầy và các bạn góp ý để bài tiểu luận hoàn chỉnh hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TẬP THỂ NHÓM

CHƯƠNG MỞ ĐẦU -NHU CẦU THỨC ĂN CỦA VI SINH VẬT

1 Quy luật sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

Sinh trưởng và phát triển là một thuộc tính cơ sở của sinh vật sống Cũng như động vật và thực vật, vi sinh vật cũng sinh trưởng và phát triển

Sinh trưởng và phát triển thường không phải lúc nào cũng diển ra cùng lúc, nghĩa

là số lượng tế bào không phải lúc nào cũng tỷ lệ thuận với sinh khối tạo thành Điều này dễ nhận thấy là trong môi trương nghèo nàn chất dinh dưỡng, tế bào vẫn có khả năng sinh sản để tăng số lượng tế bào nhưng kích thước tế nào này nhỏ hơn rất nhiều

so với trong điều kiện đầy đủ chất dinh dưỡng

Hình 1: Mô hình sơ lược về chức năng sinh lý của các chất dinh dưỡng đối với

Vi sinh vật học thực phẩm 7

sự sinh trưởng của vi sinh vật

 Sinh trưởng: Là sự tăng kích thước và khối lượng tế bào (sự tăng sinh khối)

Trong điều kiện môi trường nuôi cấy đầy đủ chất dinh dưỡng và trong điều kiện nuôi cấy thích hợp, tế bào vi sinh vật tăng nhanh về kích thước đồng thời sinh khối được tích luỹ nhiều

 Phát triển: Là sự tăng lên về số lượng tế bào (sự sinh sản)

Các vi sinh vật sinh sản bằng phương pháp nhân đôi thường cho lượng sinh khối rất lớn sau một thời gian ngắn Trong trường hợp sinh sản theo phương pháp này thì trong dịch nuôi cấy sẽ không có tế bào già Vì rằng tế bào được phân chia thành hai,

cứ như vậy tế bào lúc nào cũng ở trạng thái đang phát triển Ta chỉ phát hiện tế bào già trong trường hợp môi trường thiếu chất dinh dưỡng và tế bào vi sinh vật không có khả năng sinh sản nữa

Riêng đối với nấm men hiện tượng phát triển tế bào già rất rõ Nấm men sinh sản bằng cách nảy chồi Khi chồi non tách khỏi tế bào mẹ để sống độc lập thì nơi tách đó trên tế bào mẹ tạo thành một vết như vết sẹo Vết sẹo này sẽ không có khả năng tạo ra chồi mới Cứ như vậy tế bào nấm men mẹ sẽ chuyển thành tế bào già theo thời gian

2 Nhu cầu thức ăn của vi sinh vật

Môi trường dinh dưỡng của vi sinh vật bao gồm nhiều thành phần dinh dưỡng cần thiết khác nhau Thành phần dinh dưỡng này tùy thuộc vào nhu cầu của từng loại vi sinh vật

Ví dụ: Có loài vi sinh vật cần nhiều protein, nhưng cần ít glucide; Có loài cần nhiều nguyên tố vi lượng, nhưng có loài cần ít; Có loài trong quá trình phát triển không thể thiếu các chất tăng trưởng

Nhìn chung các nguyên tố thiết yếu C, H, O và N không thể thiếu trong quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Ngoài các nguyên tố thiết yếu, trong các cơ thể vi sinh vật còn cần các nguyên tố đa lượng như S và P, các nguyên tố vi lượng như: Fe, Cu, Mg, Mn, Zn, K, Ca, Bo, I…Vì thế trong thành phần dinh dưỡng không thể cung cấp đơn thuần một số chất nào đó hoặc một nhóm nguyên tố nào đó mà phải đảm bảo đầy đủ thành phần tối thiểu các chất Tuy nhiên vào từng loài vi sinh vật mà

có thể nguyên tố này là đa lượng, nhưng lại l2 vi lượng của loài khác

Khi nuôi cấy vi sinh vật người ta phải pha chế môi trường có thể ở dạng lỏng hoặc đặc Trong môi trường có thể có loại chất hữu cơ, có loại chất vô cơ Không phải mọi thành phần của môi trường đều có thể gọi là chất dinh dưỡng Một số thành phần của môi trường chỉ có nhiệm vụ đảm bảo các điều kiện thích hợp về thế oxi hóa, về

pH, áp suất thẩm thấu, cân bằng ion,…Chất dinh dưỡng là những chất có tham gia vào trao đổi chất của tế bào

Các chất dinh dưỡng sau khi vào tế bào sẽ được chế biến lại để tạo thành các chất riêng của tế bào., quá trình này được gọi là đồng hóa, quá trình này cần năng lượng Ngược lại với quá trình đồng hóa là quá trình dị hóa Các sản phẩm của quá trình dị hóa sẽ được thải ra môi trường xung quanh hoặc một phần được sử dụng lại cho quá trình đồng hóa Căn cứ vào nhu cầu vi sinh vật người ta chia thức ăn làm 3 loại:

 Thức ăn năng lượng: thức ăn sau khi hấp thụ sẽ cung cấp cho vi sinh vật một số năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào Các loại protein, glucide, lipid,…là những thức ăn năng lượng thường gặp

 Thức ăn kiến tạo: thức ăn này sau khi hấp thụ sẽ tham gia xây dựng các cấu trúc của vi sinh vật trong thực tế thì một loại thức ăn nó vừa là nguồn năng lượng vừa là nguyên liệu để xây dựng các cấu trúc

 Chất sinh trưởng: là những chất cần thiết cho hoạt động sống của một loại vi sinh vật nào đó mà nó tự tổng hợp được

Căn cứ vào nguồn cacbon, nguồn năng lượng, chất nhận điện tử cuối cùng, người

ta chia vi sinh vật thành các kiểu dinh dưỡng sau:

Căn cứ vào nguồn cacbon: dị dưỡng cacbon và tự dưỡng cacbon

Căn cứ vào nguồn năng lượng gồm dinh dưỡng quang năng và dinh dưỡng hóa

năng

Căn cứ vào nguồn cacbon và nguồn năng lượng vi sinh vật được chia thành tự

dưỡng (gồm tự dưỡng quang năng và tự dưỡng hóa năng), dị dưỡng (gồm dị dưỡng quang năng, dị dưỡng hóa năng, dị dưỡng hoại sinh và dị dưỡng kí sinh

Vi sinh vật học thực phẩm 9

CHƯƠNG 1 – VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT

1 Khái niệm Glucide

Glucide (carbonhydrate) là một nhóm các chất hữu cơ phổ biến trong cơ thể động thực vật và vi sinh vật Trong đó glucide có nhiều nhất là trong thực vật, chiếm khoảng 80% khối lượng khô của thực vật

Glucide có bản chất hóa học là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy ketone

Đa số các glucide có công thức tổng quát là (Cm(H2O)n) Ngoài ra còn có một số loại glucide đặc biệt, trong cấu trúc của chúng ngoài C, H, O còn có thêm S, N, P

Glucide được chia làm ba nhóm chính: monosaccharide, oligosaccharide, polysaccharide

 Monosaccharide (đường đơn), có chứa 1 đơn vị carbonhydrate C6H12O6, thường gặp là glucose, fructose và galactose

 Oligosaccharide có chứa ít hơn 10 đơn vị carbonhydrat, thường gặp nhất

Glucide có vai trò rất quan trọng trong cơ thể sống Glucide có vai trò như sau:

 Tham gia mọi hoạt động của tế bào

 Là nguồn chất dinh dưỡng dự trữ để huy động, cung cấp chủ yếu các chất trao đổi đổi trung gian và năng lượng cho tế bào

 Tham gia vào cấu trúc của thành tế bào thực vật vi khuẩn: hình thành bộ khung (vỏ) của nhóm động vật có chân khớp

 Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: DNA, RNA,

2 Vai trò của glucide đối với vi sinh vật

2.1 Tham gia thành phần hóa học cấu tạo tế bào

Tế bào vi khuẩn thường chứa một lượng glucide, khoảng 12 – 18% trọng lượng chất khô Các glucide thường gặp gồm các dạng đường đơn (ose), đường kép (osie), đường đa Các loại đường đa thường gặp ở vi sinh vật là: glucan (glucarl), dextran (dextrane), amylase, chitin, cellulose,…

Glucide tham gia cấu tạo acid nucleic, vào cấu trúc của thành tế bào, vỏ nhày,…của vi sinh vật Vỏ nhầy và việc hình thành vỏ nhầy liên quan đến độc lực và quá trình bảo vệ vi sinh vật (vi khuẩn,…) Một số polysaccharide có thể phối hợp với protein để hình thành gluco – protein Gluco – protein là kháng nguyên của cơ thể vi sinh vật, polysaccharide đóng vai trò bán kháng nguyên Một số polysaccharide vi sinh vật cũng có khả năng kích thích cơ thể sản sinh kháng thể

Glucide còn là nguồn dự trữ năng lượng và là sản phẩm trung gian của các quá trình trao đổi năng lượng trong tế bào vi sinh vật

2.2 Nguồn cung cấp thức ăn cacbon cho vi sinh vật

Trong tế bào nguồn cacbon trải qua một loạt quá trình biến hoá hoá học phức tạp

sẽ biến thành vật chất của bản thân tế bào và các sản phẩm trao đổi chất Cacbon có thể chiếm đến khoảng một nửa trọng lượng khô của tế bào Đồng thời hầu hết các nguồn cacbon trong các quá trình phản ứng sinh hoá còn sinh ra trong tế bào nguồn năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của vi sinh vật

Vi sinh vật sử dụng một cách chọn lọc các nguồn cacbon Đường nói chung là nguồn cacbon và nguồn năng lượng tốt cho vi sinh vật Nhưng tuỳ từng loại đường mà

vi sinh vật có những khả năng sử dụng khác nhau Ví dụ trong môi trường chứa glucose và galactose thì vi khuẩn Escherichia coli sử dụng trước glucose (gọi là nguồn cacbon tốc hiệu) còn galactose được sử dụng sau (gọi là nguồn cacbon trì hiệu) Hiện nay trong các cơ sở lên men công nghiệp người ta sử dụng nguồn cacbon chủ yếu là glucose, saccharose, rỉ đường (phụ phẩm của nhà máy đường), tinh bột (bột ngô, bột khoai sắn ), cám gạo, các nguồn cellulose tự nhiên hay dịch thuỷ phân cellulose

2.3 Nguồn cung cấp năng lượng cho hoạt động của tế bào

Vi sinh vật có thể oxi hóa khử các chất hữu cơ và vô cơ để cho năng lượng nhưng hầunhư đại đa số VSV sử dụng chất hữu cơ mà chủ yếu là đường Glucose Bất kể loại

Vi sinh vật học thực phẩm 11

VSV nào dù hô hấp hiếu khí hay yếm khí thì chúng đều thực hiện giai đoạn đầu phân giải glucose giống nhau, theo 3 con đường chính sau đây:

 Con đường E.M.P (Empden-Meyehof-pasnas)

Glucose chuyển thành Pyruvat qua 10 phản ứng tạo ra các chất trung gian đều ở dạngphotphoryl hóa:

Glucose → 2 pyruvat +2ATP +2NADH2

Ở đây ATP (chất cao năng dùng phổ biến ở mọi tế bào) được tạo thành do photphorylhóa cơ chất

Con đường EMP đã cung cấp 6 tiền chất dùng để tổng hợp các đơn vị cấu trúc là Glc-6-P, Fruct-6P, 3-P glyceraldehyd, 3-P-glyxerat, P-enol pyruvat va pyruvat

 Con đường PP (Pentozo-phostphat)

Nhiều vi khuẩn bị đột biến lớn hơn một enzyme của con đường EMP nhưng vẫnchuyển hóa được glucose đến pyruvat nhờ con đường PP

Con đường này cung cấp cho tế bào hai tiền chất khác nhau trong tổng hợp các đơn vịcấu trúc là ribozo-5P (dùng để tổng hợp acid nucleic, ADP, ), erytroza -4-P- (tổng hợp các acid amin thơm) cùng các NADPH2

Glucoza → 1 pyruvat → +3 CO2 + 6NADPH2+1NADH2+1ATP

 Con đường Enter-Doudoroff (KDPG)

Chỉ gặp ở vi khuẩn chuyển hóa gluconat: Pseudomonas, saccharofhila và Alcaligenesphân giải 100% glucose theo con đường này

Giữa 3 con đường chuyển hóa trên có mối quan hệ qua lại với nhau và tùythuộc vào loại hình vi sinh vật khác nhau tỷ lệ % đường được phân giải theo từng con đường

là không giống nhau

3 Quá trình phân tổng hợpđường và polysaccharide

Nhiều vi sinh vật không có khả năng quang hợp và là các cơ thể dị dưỡng phải tổng hợp đường từ các phân tử hữu cơ khử thay cho từ CO2

Hình 1.1.Sự tái tạo đường

Con đường tái tạo đường găp ở nhiều vi sinh vật Tên của 4 enzyme gặp trong đường

phân được đóng khung Các bước đường phân cũng được biểu thị để so sánh.(Theo: Prescott vàcs, 2005)

Việc tổng hợp glucose từ các tiền chất không phải hidrat carbon được gọi làsự tái tạo đường (glucose neogenesis) Mặc dù con đường tái tạo đường không chicon đường

đường phân nhưng chúng có 7 enzyme chung (Hình 2)

Ba bước đường phân sau đây là không thuận nghịch trong tế bào: 1) Chuyểnhoá phosphorusenolPyruvate thành pyruvate; 2) tạo thành fructose -1,6-bisphosphate từ

Vi sinh vật học thực phẩm 13

fructose -6-phosphate và 3) phosphoryl hoá glucose Các bước nàyphải đi vòng khi con đường hoạt động theo hướng sinh tổng hợp Chẳng hạn, sựtạo thành fructose -1,6-bisphosphate bởi phosphorusfructose kinase được đảonghịch bởi enzyme fructose -bisphosphatease, enzyme này loại bỏ nhờ thuỷ phânmột phosphate từ fructose -bisphosphate Thông thường ít nhất hai enzyme thamgia vào việc chuyển hoá pyruvate thành phosphorusenol pyruvate (đảo nghịchbước pyruvate kinase)

Từ hình 2có thể thấy con đường tổng hợp fructose tương tự như conđường tổng

hợp glucose Một khi glucose và fructose đã được tạo thành cácđường phổ biến khác cũng được sản sinh Chẳng hạn, mannose được hình thànhtrực tiếp từ fructose za qua một sự sắp xếp lại đơn giản:

Fructose -6-phosphate ↔Mannose-6-phosphate

Một số đường được tổng hợp trong khi liên kết với một nucleosidediphosphate Đường nucleoside diphosphate quan trọng nhất là uridine diphosphateglucose (UDPG) Glucose được hoạt hoá nhờ gắn với pyrophosphate của uridinediphosphate qua phản ứng với uridine triphosphate

CHƯƠNG 2 – VAI TRÒ CỦA PROTEIN ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT

1 Định nghĩa protein

Protein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là các axit amin Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide) Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein

Số lượng các acid amin trong phân tử protein có đến hàng trăm hay hàng nghìn đơn vị, nhưng tất cả cũng chỉ thuộc 20 loại acid amin khác nhau Một phân tử protein

có thể không có đầy đủ cả 20 loại acid amin, do đó thành phần các protein của các vi sinh vật khác nhau thì khác nhau Giá trịdinh dưỡng cũng hoàn toàn phụ thuộc vào thành phần và cách sắp xếp của các loại acid amin này

2 Vai trò của protein trong sự phát triển của vi sinh vật

2.1 Tham gia thành phần hóa học cấu tạo tế bào

Protein chiếm hàm lượng nhiều nhất > 50% khối lượng khô của tế bào, được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, S ngoài ra còn có thể có một lượng rất nhỏ các nguyên tố khác như Fe, P, Zn, Mn, Ca,…

Protein có vai trò quan trọng bậc nhất trong tế bào Bao gồm các loại protein: protein cầu (abumin, globulin,…), protein sợi ( collagen, keratin,…) Protein có thể liên kết với các chất khác để tạo thành hợp chất phức tạp của tế bào như: lipoprotein, glycoprotein, chromoprotein,…hay protein liên kết với các sắc tố như hemoglobin

2.2 Tham gia vận chuyển các chất qua màng tế bào

Những phân tử protein vận chuyển sắp xếp trong màng liên kết với các phân tử chất

hòa tan rồi chuyển chúng vào bề mặt bên trong của màng: từ đây cac phân tử hòa

tan được chuyển vào trong tế bào chất Kiểu khuếch tán này được gọi là kiểu khuếch

tán xúc tiến Các phân tử protein vận chuyển nói trên được gọi là protein permease Bản chất protein của permease được khẳng định bởi các dẫn chứng sau:

thấm Việc tổng hợp permease thường được cảm ứng hoặc được kiềm chế như tổng hợp một số enzyme