---SO SÁNH QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA SINH HỌC CƠ BẢN NHỜ VI SINH VẬT TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH VÀ CHU TRÌNH PHOSPHO 1.. - Các nguồn khác bao gồm các khoáng chứa lưu huỳnh pyrite, FeS2, nhiê
Trang 1=> NHÓM 2 <=
CHỦ ĐỀ 2:
SO SÁNH CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA SINH HỌC CƠ BẢN NHỜ VI SINH VẬT TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH VÀ PHOTPHO
GVHD:
TS: Nguyễn Văn Duy
Danh sách nhóm:
1 Nguyễn Thị Thanh Thùy.
2 Nguyễn Nhật Tuyền.
3 Nguyễn Thị Vân.
4 Lê Thị Chanh.
5 Nguyễn Tấn Sơn.
6 Hồ Hoàng Thông.
7 Nguyễn Ngọc Tín.
Trang 2
-SO SÁNH QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA SINH HỌC CƠ BẢN NHỜ VI SINH VẬT TRONG CHU TRÌNH LƯU
HUỲNH VÀ CHU TRÌNH PHOSPHO
1 Giới thiệu:
- Lưu huỳnh là nguyên tố khá phong phú trong môi trường, và nước biển chứa nguồn sunfate lớn nhất
- Các nguồn khác bao gồm các khoáng chứa lưu huỳnh (pyrite, FeS2), nhiên liệu hóa thạch, và chất hữu cơ lưu huỳnh là một trong số các nguyên tố chính của vi sinh vật, tham gia thành phần acid amin (cystin, cysteine, methionine), coenzyme( thiamin, biotin, và CoA), Ferredoxin và các enzyme nhóm _SH
- Các nguồn lưu huỳnh trong nước thải bao gồm lưu huỳnh hữu cơ,
có trong các sản phẩm bài tiết, và sulphate là ion thường gặp nhất trong thiên nhiên
2 Chu trình lưu huỳnh:
- Gồm 2 quá trình: Khoáng hóa và đồng hóa như sơ đồ sau:
* Khoáng hóa lưu huỳnh hữu cơ:
Trang 3Các vi sinh vật có khả năng khoáng hóa các hợp chất hữu cơ thông qua con đường hiếu khí và kỵ khí
+ Hiếu khí:
- Enzyme sulfatose tham gia phân hủy các ester của sulfate
thành SO42- :
R-O-SO3+H2O =ROH +H+ +SO4
2 Gồm các VSV tham gia: Thiobacillus, Begglaza, Thiothix + Kỵ khí:
- Các acid amin chứa S phân hủy thành hợp chất chứa S vô cơ hoặc mercaptans là những hợp chất có mùi lưu huỳnh
- Gồm các VSV tham gia: Chlorobium, Chromatium
* Vi sinh vật đồng hóa lưu huỳnh:
+ Vi sinh vật (vi khuẩn thiobacilli hiếu khí, gram âm) oxy hóa S nguyên
tố chúng tăng trưởng trong điều kiện pH thấp
2S +3O2 + H20 =2H2SO4
Na2SO4+3O2 +H2O =Na2SO4 +H2SO4
• Vi sinh vật dị dưỡng (Arthrobater Bacillus, Micrococcus, ) oxy hóa lưu huỳnh trong đất có pH trug tính và kiềm
• Vi sinh vật oxyl hóa H2S thành SO(trong kỵ khí và hiếu khí)
Qúa trình khử S : Đây là quá trình sulfate hóa sinh ra sulfide sinh
ra sulfide Qúa trình này được tiến hành kỵ khí ở những tầng nước sâu
- Khử sulfat đồng hóa: H2S có thể tạo ra trong quá trình phân hủy kỵ khí bởi nhóm Clostridia,Velionnella
Chúng phân hủy các hợp chất hữu cơ có chứa acid amin lưu huỳnh như methionine, cysteine, cystin Có vi
khuẩn Desufovibrio và enzyme Sulfurilaza tham gia vào quá trình
- Khử sulfat dị hóa: khử sulfate dị hóa là quá trình chủ yếu
sinh ra H2S trong nước thải.Các nhóm vi khuẩn khử sulfate chịu trách nhiệm thực hiện quá trình này trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt Có vi khuẩn
Trang 4Desulfovibirro và enzyme Sulfurilaza tham gia vào quá trình
SO4 + Các hợp chất hữu cơ = S 2- + H2O + CO2
S 2- + 2H + = H 2 S II.CHU TRÌNH PHOSPHO:
1 Giới thiệu:
- Phospho tồn tại dưới dạng octophotphat( PO4 3-), thường được coi là chất dinh dưỡng giới hại trong nhiều môi trường, tức có khả năng điều chỉnh tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật
- Vai trò của phospho:
+ P tạo thành một phần cấu trúc cốt tủy của các phân tử AND,ARN + Vận chuyển mang năng lượng tế bào thông qua ATP
+ Là thành phần của một số men quan trọng tham gia chuyển hóa
protein, lipit, gluxit, hô hấp tế bào và mô
+ Các P LIPIT là thành phần cấu trúc của mọi màng tế bào
+ Phospho tồn tại dưới dạng actorphosphat (PO43-) có hóa trị 5 được các thực vật ở cạn và ở nước hấp thụ để phát triển
2 Chu trình phospho:
Gồm 4 quá trình:
*Qúa trình khoáng hóa :Là quá trình chuyển hóa từ Phophos hữu cơ thành Phospho vô cơ ở dạng hòa tan.Qúa trình này chủ yếu xảy ra trong
Trang 5đất,cũng có trong nước.Các hợp chất hữu như phytin,inositol
phosphor,acid nucleic,… được khoáng hóa đến orthophosphate bởi nhiều vi sinh vật bao gồm vi khuẩn (B.subtilus,Arthrobacter),xạ
khuẩn(Streptomyces) và nấm(Aspergillus,Penicillium) tạo ra enzym phytaz làm hòa tan phytat(axit phytic) và giải phóng ra axit phophoric Phosphatese là enzyme chịu trách nhiệm phân hủy các hợp chất chứa phosphor
Axit phytic +nước=Inossitol+6PO4
Một số vi khuẩn và nấm có thể sinh ra nucleaz và nucleotitaz,trước tiên thủy phân axit nucleic thành nucletit,rồi từ nucletit giải phóng ra axit photphoric,như vi khuẩn Bacillus megaterium
var.photphatium,Pseudomonas…
Axit nucleic +n H2O = n Nucleosid = PO4
Một số vi khuẩn và nấm có thể sinh ra photphatidaz,thủy phân
photphatid thành axit béo,glycerin,axit photphoric,chẳng hạn như vi khuẩn Bacillus,Bacillus mycoides,…Để phân giải lecitin vi sinh vật sinh
ra enzym lectinaz:
Lectin +3H2O = 2 axit béo + glycerin+colin +PO4
Trong quá trình trao đổi chất vi sinh vật phân giải P hưu cơ,một phần dùng cho trao đổi chất của bản thân,phần còn lại được giải phóng ra dưới dạng axit photphoric
Axit photphoric tác dụng với các ion kim loại có trong đất
như:Ca2+,K+,Fe3+,…để tạo thành các muối vô cơ khó tan
như:Ca3(PO4)2,FePO4,K3PO4,…Thực vật chỉ sử dụng được muối
phosphat ở dạng dễ tan.Vì thế các muối khó tan phản ứng với axit trong đất để chuyển hóa thành hợp chất dễ tan cho thực vật hấp thụ
CO2+H2O==H2CO3
4H2CO3+Ca3(PO4)3 +H2O==Ca(H2PO4)2+H2O+2Ca(HCO3)2
*Qúa trình đồng hóa:Là quá trình chuyển từ phospho dễ tan sang dạng phức tạp là phospho hữu cơ.Các vi sinh vật đồng hóa phospho
mà phosphor là thành phần trong đại phân tử của tế bào.Một số vi sinh vật có khả năng dư trử phosphor ở dạng polyphosphate trong các hạt đặc biệt của tế bào.Photphorus gặp trong các axit amin
nucleic,protein,photpholipit,ATP và các coezym như NADP.Nguồn phosphorus phổ biến nhất là các este của photphat vô cơ và photphat
Trang 6hữu cơ.Photphat vô cơ được cố định qua việc tạo thành ATP thông qua một trong ba con đường:
+)Quang photphoryl hóa
+)Photphoryl hóa oxyl hóa
+)Photphoryl hóa ở mức độ cơ chất
Đường phân cung cấp một số ví dụ của con đường thứ ba.Photphat được gắn với glyceradehit-3-photphat tạo thành
1,3-bisphotphorusglycerat,sau đó chất này được dùng để tổng hợp ATP
Glycerradit-3-photphat +Pi+NAD+
=1,3-bisphotphorusglycerat+NADH+H+
1,bisphotphorusglycerat+ADP =
3-photphorusglycerat+ATP
Vi sinh vật có thể thu nhận các photphat hữu cơ từ môi trường bao quanh ở dạng hòa tan hay dạng hạt.Các este của photphat hữu cơ thường
bị thủy phân bởi các photphataza và tách ra photphat vô cơ.Vi khuẩn Gram âm chứa các phophataz trong khoang chu chất nằm giữa màng tế bào mà màng sinh chất,vì vậy sau khi được giải phóng photphat được hấp thụ trực tiếp qua màng.Động vật nguyên sinh,trái lại có thể sử dụng trực tiếp các photphat hữu cơ sau khi ăn hoặc thủy phân chúng trong lyzoxom và tiêu thụ photphat
- Nhờ VSV phân hủy là vi khuẩn: Pseudomonas denitricans và
enzim: phophataza
* Sự kết tủa của các hợp chất phospho:
- Khả năng hòa tan của orthrophosphophate được kiểm soát bởi pH của môi trường nước và có sự hiện diện của các ion Ca, Mg, Fe, Al Khi
sự kết tủa xảy ra có sự tạo thành các hợp chất không hòa tan như:
hydroxylapatite, vivianite (Fe3(PO4)2.8H20
tan:
- Vi sinh vật thông qua hoạt động trao đổi chất có thể hỗ trợ sự hòa tan của các hợp chất phosphor Các cơ chế hòa tan là các quá trình
Trang 7trao đổi chất thông qua các enzyme, sinh sản các acid vô cơ và hữu
cơ như nitric, sulfuric, oxalic, succinic, sinh sản CO2 làm giảm pH, sản sinh H2S, mà H2S có thể phản ứng với phosphate sắt và giải phóng orthophospho, và sản sinh ra các chelator phức hợp của Ca,
Fe, Al
Ta có thể hiểu rõ hơn qua sơ đồ này: