Đáp án đề cương vi sinh vật môi trường - ĐẠI HỌC THỦY LỢI

+ Bản chất là protein: có đầy đủ tính chất của protein + Enz không đi qua màng bán thấm: Enz chỉ ra khỏi tế bào khi tế bào bị phá vỡ + Enz hòa tan tốt trong nước & dung dịch muối loãng +

Câu 11: Enzim là gì? Nêu vai trò và tính chất, cơ chế của enzim Cho ví dụ về một

số enzim có ở sinh vật/ Vi sinh vật và khả năng tiếp xúc đặc biệt của enzim.

+ Bản chất là protein: có đầy đủ tính chất của protein

+ Enz không đi qua màng bán thấm: Enz chỉ ra khỏi tế bào khi tế bào bị phá vỡ

+ Enz hòa tan tốt trong nước & dung dịch muối loãng

+ Không tan trong các dung môi không phân cực

+Có thể bị kết tủa (dưới tác dụng của nhiệt độ, tia năng lượng, dd muối )

+ Enz có thể bị phân giải, phụ thuộc cấu trúc → Enz mất hoạt tính hoàn

toàn, hoặc có thể tái tạo được

-Vai trò:

+ đặc hiệu cho phản ứng: mỗi enzim chie xúc tác cho 1 kiểu phản ứng chẳng hạn như phản ứng của NAD dehydrogenase trong hô hấp, lipase cắt liên kết ester nối glycerol và axit béo có nhiều loại lipids

-Cơ chế:

Câu 12: Tâm hoạt động của enz là gì? Nêu cấu trúc của tâm hoạt động và các yếu

tố nào có thể ảnh hưởng tới hoạt tính của enzim.

Trực tiếp liên kết với cơ chất, trực tiếp tham gia phản ứng

Là một điểm rất nhỏ trong phân tử Enz, nhưng quyết định hoạt động của enz

+Enzim lưỡng cấu tử: THĐ nằm trong coenzim, được hình thành bởi các nhóm chức Có thể có ion kim loại, 1 enzim có thể có nhiều THĐ

Enzim cấu trúc bậc 4 có nhiều THĐ: THĐ của các tiểu phần và THĐ chung

+Enzim đơn cấu tử: THĐ thuộc phần protein

Được hình thành nhờ các gốc hoạt hóa của axit amin (OH, SH, ), các gốc này hướng vào nhau, tạo điểm liên kết trực tiếp với cơ chất

Các ion KL đóng vai trò cofactor: có thể tạo cầu nối trung gian với cơ chất

Nếu mất ion KL → mất cầu nối , Enz không còn hiệu lực

*Yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính của enz:

-Ảnh hưởng của nhiệt độ

+Nhiệt độ ảnh hưởng tới vận tốc PƯ

+Enz có bản chất protein, bị khử hoạt tính khi to > 70oC

+Nhìn chung enz của động vật và thực vật chịu được to thấp hơn so với enz từ VSV.+Ảnh hưởng của to còn phụ thuộc thời gian tác dụng

-Ảnh hưởng của pH

+pH làm thay đổi trạng thái ion hóa của enzim, làm thay đổi tính bền của phức ES

+Mỗi enzim có pH tối ưu riêng Đa số nằm trong khoảng pH: 6-8 Một số trường hợp đặc biệt: pepsin: pH= 1,5-2,5: proteaza: pH = 3,7-4,5 Tripsin:pH = 8-9

-Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa và chất kìm hãm (chất ức chế)

+Chất hoạt hóa: làm enz từ trạng thái không hoạt động trở nên hoạt động hoăc từ trạng thái hoạt động yếu trở nên mạnh hơn do có khả năng tham gia vào THĐ của enz

VD: các vitamin, hợp chất hữu cơ, axit amin hoạt hóa, ion kim loại,…

+Chất kìm hãm: là chất làm yếu hoặc mất hoạt tính của enz Các chất này có thể là các ion kim loại nặng, các axit amin, protein,…

Tất cả các chất gây biến tính protein đều có khả năng kìm hãm

-Ảnh hưởng của nồng độ enz và nồng độ cơ chất ban đầu

+Với lượng cơ chất ban đầu xác định, nồng độ enz ban đầu càng lớn thì tốc độ phản ứngxảy ra càng nhanh

+Với lượng enz ban đầu xác định, khi tăng dần nồng độ cơ chất thì ban đầu tốc độ PƯ tăng, đến một lúc nào đó sự gia tăng nồng độ cơ chất không làm tăng tốc độ PƯ do tất cảcác enz đã tham gia tạo phức

Câu 13: Nêu khái niệm đồng hóa, dị hóa, ATP Giải thích vì sao đồng hóa, dị hóa là hai quá trình ngược nhau nhưng thống nhất trong hoạt động sống của tế bào? Trình bày tóm tắt các con đường phân giải hydro cacbon( phân giải đường).

Trả lời:

*Khái niệm:

+Đồng hóa là quá trình tổng hợp các thành phần tương đối lớn của tế bào như

polysaccharide, lipid, protein, acid nucleic …từ những hợp chất tiền thân đơn giản.+Dị hóa là quá trình phân giải các phân tử bằng các phản ứng oxy hóa và cung cấp năng lượng cho qtr đồng hóa

+ATP được coi là dạng năng lượng dự trữ, nó có thể tham gia trao đổi trong các quá trình hoá học khác nhau Phần lớn là các quá trình phản ứng hoạt hoá như trao đổi

ydratcarbon, trao đổi axit béo, trao đổi các hợp chất chứa nitơ (axit amin,protein, axit nucleic )

+ATP vừa là chất tích luỹ năng lượng; đồng thời vừa là chất cung cấp năng lượng ATP

có thể chuyển năng lượng dạng tĩnh của các liên kết hoá học thành năng lượng dạng động, nghĩa là năng lượng kích thích các phân tử làm cho các phân tử có thể phản ứng với nhau

* đồng hóa, dị hóa là hai quá trình ngược nhau nhưng thống nhất trong hoạt động sống của tế bào vì

+sản phẩm trung gian của hai quá trình này trong hiều khâu không trùng nhau

+cả hai con đường đều xảy ra trong các cơ quan khác của tế bào

+ có thể xảy ra dồng thời và không phụ thuộc nhau

+chúng được điều hòa bằng nhưng cơ chế không giống nhau và độc lập với nhau

+ chúng được gọi chung là những con đường trung tâm

Vd là chu trình Krebs

*Các con đường phân giải hydro cacbon( phân giải đường)

1 Quá trình Embden-Meyerhof-Parnas(EMP) (giai đoạn đường phân)

2NAD 2ATP Axit pyruvic

2 Con đường pentozo photphat (HMP)

Con đường Oxh các chất hữu cơ còn có tên là oxh hexozommonophotphat hoặc con đường chuyển hóa của pentoza Đó là sự biến đổi hiếu khí gluxit thường gặp ỏ thực vật bậc cao và vi sinh vật

Phản ứng đầu giống với phản ứng đường phân, khác là qtr này G-6-P bị oxh thành các h/

c cacbon thông qua nhiều phản ứng trung gian và cuối cùng lại thành G-6-P:

G-6-P + 12NADP -> 6CO2+ H2PO3+ 12NADPH2

3 Con đường Entner-Doudoroff

Entner-Doudoroff thường gặp ở các chi Pseudomonas, Rhizobium,

Azotobacter,Agrobacterium và một vài chi vi khuẩn gram âm khác

Do con đường Entner-Doudoroff không tạo thành các phosphate đường C5 và C4 nên tế bào vẫn cần sự hoạt động đồng thời của cả con đường pentose-P

Glucozo -> 2 pyruvat + NADPH2+ NADH2+ ATP

Câu 14: Trình bày cơ chế và tác nhân sinh học của quá trình lên men axit lactic, lên men rượu etylic Qua trình này có ý nghĩa như thê nào trong công nghệ môi trường, công nghệ thực phẩm? Phân biệt phản ứng oxy hóavà lên men.Giải thích vì sao năng lượng được tạo ra trong phản ứng oxh lại cao hơn trong phản ứng lên men So sánh lên men lactic đồng tính và dị hình So sánh lên men rượu etylic và lên men lactic.

-Ứng dụng: lên men sữa chua, muối chua rau quả, ủ chua thức ăn cho gia súc

-Tác nhân: Streptococcus; Lacto bacterium

* Phân biệt phản ứng oxy hóa và lên men:

Lên men (phân giải yếm khí)

Oxi hóa (phân giải hiếu khí)VSV VSV yếm khí, tùy tiện VSV hiếu khí, tùy tiện

- Oxh hoàn toàn: CO2 + H2O

Năng lượng tạo

thành

Nhỏ hơn Lớn hơn (E1>E2> ELM)

*So sánh lên men lactic đồng tính và dị hình:

Lên men lactic đồng hình Lên men lactic dị hình

axetic, axit sũi, CO2, H2

+ đây là quá trình phân giải polysaccharide

+ đều xảy ra bên ngoài tế bào

+ đây là quá trình phân giải yếm khí với tác nhân là vi sinh vật

+ lên men lactic đồng hình và lên men etylic đều tạo ra 2ATP/ mol glucozo

+ cơ chất đều là glucozo

+ chất cho và chất nhận e đều là chất hữu cơ

+ tinh bột -> đường đơn

+vi khuẩn tiếp xúc sử dụng các đường đơn này để phân giải tạo ra năng lượng cho tế bào

-Khác nhau:

Lên men lactic Lên men etylicTác nhân Vk lactic ( dồng hình và dị Nấm men, VK

hình)Phương

trình

C6H12O6 ->

2CH3CHOHCOOH + Q (nhiệtnăng + ATP)

C6H12O6-> 2C2H5OH + 2CO2 +Q( nhiệt năng và ATP)

Hiệu suất Cao hơn:

90%/ mol glucozo (đối với lênmen đồng hình)

60%/mol glucozo (đối với len men dị hình)

Thấp hơn: khoảng 44%/ mol glucozo

Câu 15: Trình bày cơ chế và tác nhân sinh học quá trình chuyển hóa protein Cho

ví dụ về một số chủng vi sinh vật tham gia quá trình.

Câu 16,17,18: Trình bày chu trình nito, photpho và lưu huỳnh Vẽ hình minh họa ( cơ chế, yếu tố ảnh hưởng, ví dụ ).

Câu 19: Trình bày sự phát triển của vi sinh vật trong môi trường lỏng Vẽ đường cong sinh trưởng của vi khuẩn và giải thích quy luật phát triển khi nuôi cấy gián đoạn (nuôi cấy theo mẻ).

Trả lời:

* Sự phát triển của vi sinh vật trong môi trường lỏng:

-Qui luật phát triển của VSV trong môi trường lỏng (nuôi cấy gián đoạn)

+ Gđ 1: Giai đoạn tiềm phát (lag phase)- AB

VSV thích nghi với môi trường, 1 số VSV không thích nghi được sẽ chết

Tốc độ sinh trưởng chậm, số lượng TB nhỏ

Cuối gđ số lượng tế bào tăng, nhưng tốc độ rất nhỏ

+Gđ 2: giai đoạn sinh trưởng (log phase)- BC: lũy tiến (số lượng tế bào tăng theo hàm mũ) VSV phát triển với tốc độ cực đại, số lượng TB tăng rất nhanh

Sự sinh trưởng khi nhịp độ tổng hợp các thành phần của tế bào tương đối biến hóa sẽ biến đổi theo cho đến khi đạt tới một sự cân bằng mới

+Gđ 3: giai đoạn cân bằng (stationary phase)- CD: Tốc độ sinh trưởng riêng giảm nhanh

do nguồn dinh dưỡng đã bắt đầu cạn kiệt, các sản phẩm trao đổi chất ức chế sự phát triểncủa VSV

Số lượng TB ở trạng thái cân bằng động: số TB mới sinh ra gần bằng số TB già chết đi.+ Gđ 4: giai đoạn suy vong (death phase)-DE: Số lượng tế bào giảm rất nhanh, số lượng

tế bào già chiếm đa số Nếu không bổ sung dinh dưỡng vào thì số lượng TB giảm rất nhanh

-Hình vẽ:

- Quy luật phát triển khi nuôi cấy gián đoạn (nuôi cấy theo mẻ):

Câu 20: VSV chỉ thị ô nhiễm cần có các đặc điểm gì? Cho ví dụ về một số VSV chỉ thị cơ bản Nêu các đặc trưng cơ bản của VSV chỉ thị E.coli Tại sao E.coli lại được chọn là VSV chỉ thị ô nhiễm?

Trả lời:

*Đặc điểm của VSV chỉ thị ô nhiễm:

-Để xác định một môi trường nào đó có bị ô nhiễm VSV, không thể khảo sát sự tồn tại của tất cả các nhóm VSV gây bệnh, mà chỉ khảo sát một vài đại diện nào đó VSV chỉ  VSV chỉ thị ô nhiễm

-Các tiêu chuẩn của VSV chỉ thị ô nhiễm:

+Là một trong các VSV đường ruột của động vật máu nóng

+Có mặt khi các mầm bệnh xuất hiện và vắng mặt trong các mẫu không bị nhiễm bẩn

+Xuất hiện với số lượng lớn hơn số lượng mầm bệnh

+Có khả năng chịu các tác động môi trường và sự khử trùng ít nhất là ngang bằng với mầm bệnh

+Không phải là tác nhân gây bệnh

+Có thể phát hiện bằng các phương pháp nhanh, đơn giản, rẻ tiền

-Ví dụ: E.coli, Enterobacter, Klebsiella, và Citrobacter,…

* Đặc trưng cơ bản của VSV chỉ thị E.coli:

+Lên men đường lacto, sinh khí ở 42-44o C trong vòng 48h

+Tạo khuẩn lạc màu vàng ánh kim khi nuôi cấy hiếu khí trên môi trường thạch Endo.+Sự có mặt của E.coli là dấu hiệu của sự nhiễm phân từ người và các động vật máu nóng

+Tuy nhiên E.coli ít bền với các chất khử trùng hơn so với các virut và nguyên sinh vật,

vì vậy không hiệu quả để đánh giá sự nhiễm bẩn do các virut và nguyên sinh vật

+Chỉ số coli: số tế bào coli/1 lit nước

(VD: tiêu chuẩn nước cấp sinh hoạt TCVN 5502-2003: E.coli: 0 TB/L)

*E.coli lại được chọn là VSV chỉ thị ô nhiễm vì:

Escherichia coli (thường được viết tắt là E coli) hay còn được gọi là vi khuẩn đại tràng

là một trong những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của động vật máu nóng(bao gồm chim và động vật có vú) Vi khuẩn này cần thiết trong quá trình tiêu hóa thức

ăn và là thành phần của khuẩn lạc ruột Sự có mặt của E coli trong nước là một chỉ thị thường gặp cho ô nhiễm phân E coli thuộc họ vi khuẩn Enterobacteriaceae và thường được sử dụng làm sinh vật chỉ điểm cho các nghiên cứu về ô nhiễm nguồn nước ăn uống

và sinh hoạt

Có nhiều loại E coli, nhưng phần lớn chúng có thể nói là vô hại Tuy nhiên, một số E coli có thể gây tiêu chảy, và loại phổ biến nhất trong nhóm E coli có hại này là E coli O157:H7 Ở vài bệnh nhân, vi khuẩn này có thể gây rối loạn máu và suy thận, thậm chí dẫn đến tử vong

2 Ảnh hưởng của E.coli đến sức khỏe

Nhiều người bị nhiễm E.coli mà không có triệu chứng và cũng không mắc bệnh Thời gian ủ bệnh của loại vi khuẩn này là khoảng 3-4 ngày, sau đó một loạt các triệu chứng đường ruột xuất hiện Các triệu chứng có thể là tiêu chảy nhe, sốt nhẹ hoặc tiêu chảy ngắt quãng không kèm theo sốt Tùy từng trường hợp mà biểu hiện bệnh khác nhau nhưng phần lớn các trường hợp nhiễm E.coli thường tự hồi phục, điều trị chủ yếu bằng

bù nước và điện giải.Tuy nhiên, trong một số ít trường hợp, đặc biệt là ở trẻ em dưới 5 tuổi và người già, bệnh có thể trở nên nghiêm trọng và có thể phát triển hội chứng tăng urê máu có tán huyết gây suy thận, xuất huyết và các vấn đề thần kinh khác Tỷ lệ tử vong là khoảng 3-5% ở những trường hợp này

3 Nguy cơ ô nhiễm E.coli trong nước

Trước hết phải khẳng định đây là bệnh truyền nhiễm lây truyền qua đường phân – tay – miệng Chúng ta bị lây nhiễm E.coli từ phân qua các vật trung gian như bàn tay, vật dụng, thức ăn, nước uống… và được đưa vào cơ thể qua miệng E.coli có thể xâm nhập vào thịt gia cầm hay thịt heo trong quá trình làm thịt nên nếu thịt bị nhiễm và không nấu chín thì vi khuẩn có thể sống sót và thịt vẫn bị nhiễm khuẩn.Chúng ta cũng có thể nhiễmE.coli qua tắm sông nếu nước bị nhiễm khuẩn hay nước chưa được khử trùng bằng chlorine.E coli lan truyền qua thức ăn nhiễm bẩn, các đồ uống như bơ sữa chưa tiệt trùng hoặc nước bị ô nhiễm Thực phẩm và nước bị nhiễm E coli khó bị phát hiện vì mùi vị và màu sắc không có gì thay đổi.Nguồn nước nhiễm bẩn là một trong những yếu

tố quan trọng hơn cả gây nên các bệnh liên quan đến tả, thương hàn, hay nhiễm trùng máu…Phân người hay phân gia súc bị nhiễm E coli là nguyên nhân gây lan nhiễm vào trong nguồn nước, đặc biệt là nguồn nước ao hồ, sông, thậm chí là nước ngầm…Chúng

ta có thể bị nhiễm E coli qua tắm sông mà nước bị nhiễm khuẩn hay nước chưa được khử trùng bằng chlorine Hiện nay ở nước ta, tỷ lệ người dân sử dụng nước sinh hoạt chưa qua xử lý còn cao Đặc biệt sự ô nhiễm môi trường thực sự đã tạo nên những đe dọa lớn tới sức khỏe con người Cách tốt nhất để phòng E coli chính là thực hiện ăn chín, uống nước tiệt trùng, vệ sinh môi trường, rửa tay ngay sau khi đi vệ sinh, dùng nước đã qua xử lý để nấu nước uống và nấu ăn

Câu 21: Nêu các đặc trưng cơ bản của vi khuẩn Shigella, Shamolela?

Trả lời:

Câu 22: Trình bày cơ chế, tác nhân sinh học của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí Phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý nước thải bằng hệ thống AEROTEN Theo em yếu tố nào có ảnh hưởng quyết định tới hiệu quả xử lý, tại sao?

Trả lời:

* Cơ chế, tác nhân sinh học của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí:

-Cơ chế: Oxy hóa nhờ VSV

+Oxy hóa các hợp chất hữu cơ không chứa N CxHyOz + (x + y/4 – z/2)O2 → xCO2 + y/2 H2O

+Oxy hóa các hợp chất hữu cơ có chứa N

CxHyOzN + (x + y/4 – z/2 – 3/4)O2 → xCO2 + (y-3)/2H2O + NH3

(hoặc NH4+,, NH2)

+Phản ứng oxi hóa, tạo sinh khối

nCxHyOz + (x + y/4 – z/2)O2 + nNH3 → nC5H7NO2 + n(x-5)CO2 + n(y- 4)/2 H2O+Phản ứng oxy hóa sinh khối (tự hủy của bùn)

C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2 H2O + NH3 (NH3 → NH4+ → NO2- → NO3-)

+Oxy hóa một số chất vô cơ:

+ Sunfat hóa: SH- →

Ciliatae (trùng tơ); Flagellatae (trùng roi)

* Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý nước thải bằng hệ thống AEROTEN:

-Nồng độ oxi hòa tan (DO):

+Tối ưu: DO >= 4 mg/L

+Nếu DO < 2 mg/L, VK hô hấp tùy tiện phát triển, VK dạng sợi, VK Rhodo

pseudomonas phát triển.Nhu cầu oxi phụ thuộc: bản chất BOD của nước thải và tải trọngBOD BOD càng lớn, nhu cầu oxi càng lớn

+ Hệ số oxi hóa của BOD:

Hệ số oxi hóa COD nói chung: 0,68 (oxi hóa 1 mg COD cần 0,68 mg O2) Hệ số oxi hóa BOD5 (phân tử lượng nhỏ): 1,0

Hệ số oxi hóa BOD (chậm chuyển hóa): 1,42

Hệ số oxi hóa hợp chất hữu cơ chứa nitơ: 4,32

Hệ số oxi hóa sinh khối: 6,27

-Nhiệt độ Top= 25-32oC

Nhiệt độ thấp, nồng độ oxi hòa tan tăng nhưng tốc độ oxi hóa giảm

-pH môi trường: tối ưu: 6,5-8,5

-Hàm lượng sinh khối (hàm lượng bùn)

Phụ thuộc hàm lượng BOD và bản chất BOD của nước thải cần xử lý Aeroten thông thường: hàm lượng sinh khối 500-1000 mg/L

Aeroten cao tải: có thể đến 3000 mg/L