Nghiên cứu đặc điểm sinh học cơ bản và sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử để phân loại đến loài của chủng vi khuẩn tía quang hợp có khả năng tổng hợp acid béo không no (dạng omega 6,7,9)

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC ------ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CƠ BẢN VÀ SỬ DỤNG KỸ THUẬT SINH HỌC P

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-
 -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CƠ BẢN VÀ SỬ DỤNG KỸ THUẬT SINH HỌC PHÂN TỬ ĐỂ PHÂN LOẠI ĐẾN LOÀI CỦA CHỦNG VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP CÓ KHẢ NĂNG TỔNG HỢP

ACID BÉO KHÔNG NO (DẠNG OMEGA 6,7,9)

Sinh viên thực hiện : Trần Thị Diệp Lớp : 1302

Giáo viên hướng dẫn : TS Hoàng Thị Yến

Hà Nội – 2017

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin chân thành cảm ơn TS Hoàng Thị Yến cán bộ Phòng

thí nghiệm trọng điểm Công nghệ gen thuộc Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và dạy bảo em trong thời gian em thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn TS Bùi Văn Ngọc – Nhóm trưởng cụm gen 7 trực thuộc Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ gen và chị Trần Thị Thu Quỳnh, chị Trịnh Thị Thùy Linh cùng các cán bộ kỹ thuật viên của Phòng Thí

nghiệm Trọng điểm Công nghệ gen, đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, cho em những

ý kiến đóng góp bổ ích trong cả công việc và cuộc sống Em rất trân trọng những tình cảm và sự giúp đỡ quý báu đó

Bên cạnh đó em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy, Cô trong khoa Công nghệ sinh học - Viện Đại Học Mở Hà Nội đã tạo điều kiện và giới thiệu em làm khóa luận tốt nghiệp ở Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ gen - Viện Công nghệ sinh học

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn động viên khuyến khích

và giúp đỡ em trong thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 15 tháng 5 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Diệp

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 5

TÓM TẮT 7

DANH MỤC BẢNG 9

DANH MỤC HÌNH 1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1

1.2 Mục đích 3

1.3 Yêu cầu 3

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Giới thiệu về lipid và acid béo 4

2.1.1 Gi ới thiệu về lipid 4

2.1.2 Gi ới thiệu về acid béo 5

2.2 Vi khuẩn tía quang hợp 11

2.2.1 Định nghĩa 11

2.2.2 Phân loại về vi khuẩn tía quang hợp 12

2.2.3 Đặc điểm sinh học VKTQH 13

3.1 Vật liệu 26

3.1.1 Hóa ch ất 26

3.1.2 Thi ết bị máy móc 26

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 27

3.2 Các môi trường nghiên cứu 27

3.3Phương pháp nghiên cứu 28

3.3.1 Ph ương pháp nuôi cấy VKTQH: 28

3.3.2 Ph ương pháp đánh giá sinh trưởng của VKTQH 28

3.3.3 Ph ương pháp nghiên cứu đặc điểm hình thái khuẩn lạc, tế bào 28

3.3.4 Ph ương pháp nghiên cứu hệ sắc tố của VKTQH 29

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

3.3.5 Ph ương pháp xác định đặc điểm dinh dưỡng carbon và nitơ 29

3.3.6 Ph ương pháp xác định khả năng sử dụng muối cho sinh trưởng 29

3.3.7 Ph ương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH ban đầu 30

3.3.8 Ph ương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của oxy đến khả năng tổng hợp sắc tố quang h ợp 30

3.3.9 Ph ương pháp xác định trình tự gen 16S- rRNA 30

PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

Bảng 4.1 Khả năng sinh trưởng, tích lũy sinh khối, lipid và tổng hợp acid béo không no của chủng VK VTB.8 35

4.1 Kết quả nghiên cứu đặc điểm sinh học cơ bản 36

4.1.1 Hình thái khu ẩn lạc, tế bào 36

4.1.2 Đường cong sinh trưởng 37

4.1.3 Đặc điểm hệ sắc tố quang hợp 38

4.1.5 Đặc điểm dinh dưỡng carbon và nitơ 40

4.1.6 Ảnh hưởng của nồng độ muối cho sinh trưởng 42

4.1.7 Ảnh hưởng của pH ban đầu 43

4.2Xác định trình tự gen của chủng vi khuẩn nghiên cứu 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49

KẾT LUẬN 49

KIẾN NGHỊ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 55

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

Oleic

DHA Docosahexaenoic acid

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

TÓM TẮT

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng chủng VKTQH được lấy từ tập đoàn chủng giống VKTQH của Phòng thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ gen thuộc Viện Công nghệ sinh học Chủng VKTQH lựa chọn (ký hiệu VTB.8)

có khả năng sinh trưởng mạnh (tính theo ∆OD660: 1.534 ± 0.012; hàm lượng sinh khối khô: 0.821 ± 0.075), chứa hàm lượng lipid cao: 27.88 ± 3.227 % trọng lượng khô và đặc biệt có khả năng tổng hợp omega 6,7,9

Qua nghiên cứu các đặc điểm sinh học cơ bản, chúng tôi đã xác định được khuẩn lạc của chủng VTB.8 có hình dạng tròn, lồi, bề mặt xù xì, màu nâu đỏ, đường kính d = 1,5- 2 mm Tế bào của chủng này có hình bầu dục, đường kính

0,7- 1,8 µm, là vi khuẩn gram (-), chứa bacteriochlorophyll a (Bchl a) Chủng

VK nghiên cứu có khả năng sinh trưởng tốt trong khoảng pH từ 5,5 – 6,5 (tối ưu tại pH = 5,5), sinh trưởng ở nồng độ muối (NaCl) từ 0-5% (tối ưu trong khoảng nồng độ từ 0,5 – 2,5%) và sinh trưởng tốt trong điều kiện kỵ khí - sáng Khi nghiên cứu khả năng sử dụng các nguồn carbon và nitơ cho sinh trưởng, chủng

VK này có khả năng sử dụng nhiều nguồn carbon và nitơ Sinh trưởng tối ưu trên môi trường chứa nguồn carbon: glucose, acetate, succinate, và nguồn nitơ như: L glutamine, alanine, threonine, NH4Cl

Sử dụng cặp mồi: forward 16SF có trình tự: 5’ AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’ và reverse 16SR có trình tự: 5’- ACGGCTATTACGACT-3’ với enzyme Taq polymerase để nhân gen 16S rRNA của chủng VKTQH VTB.8 và tiến hành giải trình tự gen 16S rRNA Bằng phần mềm BLAST, chuỗi trình tự nucleotit nhận được đã được so sánh với các chuỗi dữ liệu khác đã được công bố trên Ngân hàng gen Quốc tế NCBI Kết quả cho thấy, chủng VTB.8 có độ tương đồng cao về trình tự nucleotit gen 16S

-SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

rRNA so với loài Rhodobacter sphaeroides có mã số đăng kí trên Ngân hàng

gen là D16425 đến 99% Từ kết quả các đặc điểm sinh học cơ bản kết hợp với

xác định trình tự gen 16S rRNA, chúng tôi cho rằng chủng VTB.8 thuộc loài

Rhodobacter sphaeroides

SVTH: Trần Thị Diệp GVHD: Hoàng Thị Yến

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 So sánh hấp thụ cực đại của hai dạng bacteriochlorophyll a và b ở VKTQH (trong tế bào nguyên và trong dịch chiết ete) 15 Bảng 2.2 Các nhóm carotenoid có mặt trong tế bào VKTQH 17 Bảng 4.1 Khả năng sinh trưởng, tích lũy sinh khối, lipid và tổng hợp acid béo không no của chủng VK VTB.8 35 Bảng 4.2 Mức độ tích lũy thu sinh khối (OD660) của chủng VTB.8 37 Bảng 4.3 Khả năng sinh trưởng trên các nguồn carbon và nitơ khác nhau của chủng VKTQH VTB.8 41 Bảng 4.4 Kêt quả ∆OD660 sau 5 ngày nuôi cấy của chủng VKTQH VTB.8 trên môi trường DSMZ-27 42 Bảng 4.5 Kết quả ∆OD660 sau 4 ngày nuôi cấy của chủng VKTQH VTB.8 trên môi trường DSMZ-27 tại pH ban đầu khác nhau 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Hình dạng tế bào của một số đại diện VKTQH không lưu huỳnh 14

Hình 2.2 Cấu tạo hóa học của vòng porphyry 16

Hình 2.3 Cấu trúc của một số Carotenoid có trong VKTQH 17

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của một dạng chromotophor ở VKTQH 18

Hình 2.5 Sơ đồ định vị của các thành phần bộ máy quang hợp sơ cấp ở VKTQH 18

Hình 2.6 Mạch truyền điện tử ở tảo và vi khuẩn bậc cao và VKTQH 19

Hình 2.7 Chuỗi truyền điện tử ở cả hệ thống hô hấp và quang hợp của VKTQH 24

Hình 4.1 Kết quả phân tích GC-MS chủng VTB.8 36

Hình 4.2 Hình dạng khuẩn lạc, tế bào của chủng VTB.8 36

Hình 4.3 Đường cong sinh trưởng của VTB.8 38

Hình 4.4 Phổ hấp phụ dịch huyền phù tế bào của chủng VTB.8 39

Hình 4.5 Đĩa petri ria cấy chủng VKTQH VTB.8 40

Hình 4.6 Mức độ tích lũy sinh khối của chủng VTB.8 ở các nồng độ muối khác nhau (OD ban đầu ̴ 0,1) 43

Hình 4.7 Mức độ tích lũy sinh khối của chủng VTB.8 ở các môi trường có pH ban đầu khác nhau 44

Hình 4.8 Điện di đồ DNA tổng số 45

Hình 4.9 Hình ảnh điện di sản phẩm PCR 46

Hình 4.10 Cây phát sinh chủng loại của một số loài VKTQH 48

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Theo Cục quản lý khám chữa bệnh – Bộ Y tế, dinh dưỡng hợp lý là nguyên tắc sống cần thiết để giữ gìn sức khỏe cho con người Chính vì vậy con người cần phải bổ sung dinh dưỡng hằng ngày cho cơ thể Trong các loại dinh dưỡng mà con người thường sử dụng thì không thể không kể đến acid béo mà đặc biệt là các acid béo không no (dạng omega 3,6,7,9) Các acid béo không no

đã và đang được nhiều người tiêu dùng trên thế giới cũng như ở Việt Nam sử dụng Omega 3,6,7,9 có nhiều công dụng khác nhau như: hỗ trợ điều trị bệnh tim mạch, tiểu đường, bổ xương khớp, chống lão hóa, làm trắng da, bổ gan, thải độc gan, hỗ trợ giảm cân và tăng cân… Vì vậy, việc sử dụng thực phẩm chức năng giàu omega 3,6,7,9 để bổ sung nguồn dinh dưỡng hằng ngày cho con người đang là xu hướng mới và ngày càng phát triển trong tương lai

Trên thế giới, đã có rất nhiều các sản phẩm thực phẩm chức năng giàu omega 6,7,9 như: Sea Buckthorn Oil blend Omega 7 (Mỹ), Sibu seven Omega 7 (Mỹ), Terry Naturally Omega 7 (Mỹ),…Trong các sản phẩm kể trên, các sản phẩm có chứa acid béo không no dạng omega - 7 chủ yếu được sản xuất từ hạt macadamia và cây hắc mai biển

Ở Việt Nam, hiện nay thực phẩm chức năng có chứa omega 3,6,7,9 hầu như đều là các sản phẩm nhập ngoại Tuy nhiên, cũng đã có một số sản phẩm được nghiên cứu và sản xuất trong nước ở quy mô thương mại như: sản phẩm

STIPIPINE của dự án sản xuất thử nghiệm “Hoàn thiện công nghệ và sản xuất thực nghiệm hỗn hợp omega 3 và omega 6 từ nhân hạt hồ đào” Kết quả của

dự án đã ép được 20 tấn nhân hạt hồ đào; thu được 8.033,6 kg hỗn hợp acid béo omega 3,6 và sản xuất được 1.000.000 viên nang mềm STIPIPINE đạt tiêu chuẩn chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm Sản phẩm STIPIPINE có tác

dụng giúp hỗ trợ giảm chlesterol và triglyxerit, hỗ trợ giảm rối loạn chuyển hóa lipit; sản phẩm Algal Oil Omega 3-6 do công ty Cổ phần Dược phẩm Quốc tế ABIPHA sản xuất và phân phối Sản phẩm này đã được nghiên cứu bởi Viện Công Nghệ Sinh học - Viện Hàn Lâm Khoa và Công nghệ Việt Nam Cả 2 sản phẩm nêu trên đều thuộc Đề án Phát triển và ứng dụng Công nghệ sinh học trong lĩnh vực công nghệ chế biến đến năm 2020 do Bộ Công thương là cơ quan chủ trì .(http://abipha.com.vn).

Các sản phẩm thực phẩm chức năng ở Việt Nam nêu trên đều là các sản phẩm chứa các acid béo không no (dạng omega 3,6,9) mà chưa có sản phẩm nào chứa acid béo không no (dạng omega 7) và hầu hết các sản phẩm đều được chiết xuất từ thực vật, cá biển, tảo biển Omega 7 rất khan hiếm ở cả giới động vật cũng như thực vật, chúng được chiết suất chủ yếu từ cây hắc mai biển và dầu macadamia [44 ] Tuy nhiên, khi nghiên cứu về nhóm vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) không lưu huỳnh có khả năng tổng hợp lipid cao và có chứa acid béo không bão hòa MUFAs và PUFAs (dạng omega 6,7,9) do TS Hoàng Thị Yến - thuộc phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ gen làm chủ nhiệm, chúng tôi

đã phân lập được chủng VKTQH có khả năng sinh trưởng mạnh, chứa hàm lượng lipid cao và có khả năng tổng hợp được acid béo không no (dạng omega 6,7,9) Tuy nhiên, để tiến hành sản xuất sinh khối và tách chiết dầu sinh học làm tiền đề cho việc nghiên cứu sản xuất sản phẩm thực phẩm chức năng giàu omega 6,7, 9 Chúng tôi cần xác định xem chúng có những đặc điểm gì và thuộc loài vi

khuẩn nào Do vậy, chúng tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu đặc điểm sinh

học cơ bản và sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử để phân loại đến loài của chủng vi khuẩn tía quang hợp có khả năng tổng hợp axit béo không no (dạng omega 6,7,9)”

1.2 Mục đích

Nghiên cứu các đặc điểm sinh học cơ bản và xác định trình tự gen 16S rRNA của chủng VKTQH lựa chọn để làm cơ sở cho việc định tên loài của chúng

1.3 Yêu cầu

- Kết quả nghiên cứu đặc điểm sinh học:

• Hình thái khuẩn lạc, tế bào

- Xác định trình tự gen 16S rRNA của chủng vi khuẩn nghiên cứu

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về lipid và acid béo

2.1.1 Giới thiệu về lipid

 Định nghĩa

Lipid là những hợp chất hữu cơ tự nhiên rất phổ biến trong tế bào của các

cơ thể sống Chúng có thành phần hóa học và cấu tạo khác nhau nhưng có tính chất chung là không hòa tan trong các dung môi hữu cơ như: ether, chloroform, N-hexan, benzenne Lipid là hợp phần cấu tạo quan trọng của các màng sinh tế bào, là nguồn cung cấp năng lượng, nguồn cung cấp các vitamin A, D, E, F và K cho cơ thể sống

 Vai trò của lipid

• Cung cấp năng lượng

Lipid là một trong ba thành phần hoá học chính trong khẩu phần hàng ngày Khác với protein và glucid, lipid cung cấp năng lượng nhiều hơn (1g lipid cung cấp khoảng 9 kcal), gấp đôi so với mức năng lượng do carbohydrate và protein sản sinh ra Trong khẩu phần ăn hợp lý, nhu cầu năng lượng do lipid cung cấp khoảng từ 15 -20% Thức ăn giàu lipid là nguồn năng lượng cần thiết cho người lao động nặng, cần thiết cho sự phục hồi sức khoẻ đối với phụ nữ sau khi sinh và các cơ thể mới ốm dậy, chất béo dự trữ nằm ở dưới da và mô liên kết

• Cấu thành các tổ chức

Lipid giống như màng tế bào, là lớp mỡ do lipoid, glucolipid và cholesterol hợp thành; tủy não và các mô thần kinh có chứa lipid và glucolipid Cholesterol là nguyên liệu cần thiết để chế tạo ra steroit hormoon

Lipid là chất dẫn nhiệt không tốt ngăn ngừa sự mất nhiệt dưới da, có tác dụng giữ nhiệt, giúp ích cho việc chống rét, đồng thời còn làm cho lượng nhiệt ở bên ngoài đã được hấp thu không truyền dẫn vào bên trong cơ thể, có tác dụng cách nhiệt

Lipid phân bố không đều trong cơ thể người với tổng hàm lượng khoảng 10% Lượng chất béo chủ yếu tập trung ở các tổ chức dưới da tạo thành lượng

mỡ dự trữ để cơ thể sử dụng khi cần thiết Một phần chất béo còn bao quanh phủ tạng như là tổ chức bảo vệ, để ngăn ngừa các va chạm và giúp chúng ở vị trí đúng đắn Nó còn giúp cơ thể tránh khỏi các tác động bất lợi của môi trường ngoài như nóng, lạnh Người gầy thì lớp mỡ dưới da mỏng, do vậy mà cơ thể kém chịu đựng với sự thay đổi của thời tiết

• Thúc đẩy việc hấp thu các vitamin tan trong chất béo

Vitamin A, D, E, K không tan trong nước mà tan trong chất béo hoặc dung môi Lipid có trong thức ăn sẽ làm dung môi để thúc đẩy sự hấp thu chúng Nếu hàm lượng lipid trong bữa ăn thấp thì sẽ ảnh hưởng đến việc hấp thu caroten trong rau xanh (trong cơ thể caroten chuyển thành vitamin A)

• Làm tăng cảm giác no bụng

Lipid ngừng ở dạ dày với thời gian tương đối lâu, cho nên khi ăn những thức ăn có hàm lượng lipid cao sẽ lâu bị đói

• Nâng cao giá trị cảm quan của thức ăn

Thức ăn có nhiều chất béo sẽ có mùi thơm và ngon, do vậy làm tăng sự thèm ăn

2.1.2 Giới thiệu về acid béo

2.1.2.1 Định nghĩa

Acid béo là thành phần chính của hầu hết các lipid Acid béo là những acid carboxylic với chuỗi hydrocarbon chứa từ 4 đến 36 carbon Một số acid béo

có chuỗi hydrocarbon bão hòa (không chứa liên kết đôi) và không có nhánh một

số acid béo có chuỗi hydrocarbon không bão hòa chứa một hay nhiều liên kết đôi hoặc có nhánh, hoặc vòng, hoặc chứa nhóm chức hydroxyl

2.1.2.2 Phân loại acid béo

Acid béo được chia làm 2 loại: acid béo no và acid béo không no

 Acid béo no

• Các acid béo no thường gặp: acid palmitic, stearic, caprilic, chiếm khoảng ½ mỡ động vật 100g mỡ lợn nước chứa 39,1g acid béo no chủ yếu là stearic và palmitic

• Gía trị sinh học thấp hơn acid béo không no

• Có tác dụng xấu đến quá trình chuyển hóa mỡ, chức phận và vai trò của gan khi được cung cấp quá liều

• Có vai trò rất lớn trong cấu tạo màng tế bào, hỗ trợ sự phát triển của xương

 Acid béo không no

• Có nhiều trong dầu từ thực vật, tiêu biểu: acid oleic, linoleic, linolenic

• Vai trò sinh học mạnh hơn acid béo no, rất đa dạng, và cần thiết với cơ thể

• Điều hòa các thành mạch máu

• Khi kết hợp với cholesterol tạo este cơ động, giảm nguy cơ xơ vữa động mạch tạo điều kiện chuyển hóa cholesterol, bài xuất ra khỏi cơ thể

• Cần thiết cho sự chuyển hóa vitamin B

• Rất cần thiêt cho sự phát triển của trẻ sơ sinh từ khi còn là bào thai (0mega3,DHA)

Omega (6,7,9) thuộc loại acid béo không bão hòa Acid béo không bão hòa là nhóm acid béo trong phân tử có chứa ít nhất một liên kết đôi Các acid béo không no (không bão hòa) đơn nối đôi (Monounsaturated fatty acids- MUFAs) và đa nối đôi (Polyunsaturated fatty acids- PUFAs) đã được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong dinh dưỡng và dược phẩm Cơ thể không thể tự tổng hợp được các chất này mà phải lấy từ thức ăn bên ngoài nên chúng được gọi là các acid béo không thay thế

MUFAs và PUFAs có 3 vai trò sinh học chủ yếu Đầu tiên là tham gia vào

sự điều hòa trao đổi lipid, vận chuyển và hướng tới các mô Thứ 2 là tham gia vào thành phần cấu trúc nên thành tế bào Các PUFAs được chia làm 2 nhóm chính là omega 3 và omega 6 (Sijtsma và de Swaaf, 2004) Ngoài ra còn có omega 9 Tên gọi của omega dựa vào liên kết đôi đầu tiên tại vị trí carbon

Các axit béo omega 6 và omega 9 thuộc họ các axit béo không no đa nối đôi

2.1.2.3 Vai trò của Omega 6,7,9 đối với sức khỏe con người

Trong khoảng ba thập kỉ gần đây, các axit béo không no (MUFAs và PUFAs) đã được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm bởi vai trò to lớn mà chúng mang lại Con người và động vật hầu như không tự tổng hợp đươc omega 6,7,9

mà chủ yếu cung cấp từ nguồn thức ăn

 Tác dụng của omega 6 (www.viendinhduong.vn)

 Bệnh thần kinh và đái tháo đường: một số nghiên cứu cho thấy uống axit linolenic gamma (AGL) trong 6 tháng trở lên có thể làm giảm triệu chứng đau dây thần kinh ở những người bị bệnh thần kinh đái tháo đường

bào ung thư vú

 Cao huyết áp: AGL giúp giảm huyết áp cao

cứu cho thấy, phụ nữ trên 65 tuổi bị loãng xương bổ sung omega 6 đã ít loãng xương ít nhất 3 năm so với không bổ sung

 Kích thích da và tóc tăng trưởng

 Điều tiết trao đổi chất và duy trì các hệ thống sinh sản

 Tác dụng của omega 7 (www.viendinhduong.vn)

 Tóc, da và móng tay: sử dụng omega 7 làm mái tóc sáng bóng, da sáng, móng tay khỏe mạnh, giúp chống lại các triệu chứng lão hóa sớm như: nếp nhăn, khô, mất độ đàn hồi, suy dinh dưỡng và các dấu hiệu lão hóa

 Giảm cân: tiến sĩ OZ (2011) đã chứng minh omega 7 có tác dụng giảm cân

 Sức khỏe tim mạch: omega 7 có tác dụng duy trì mức cholesterol khỏe mạnh và lượng đường trong máu, động mạch hoạt động tốt hơn

 Tiêu hóa: omega 7 có tác dung bôi trơn màng nhầy, cải thiện nhiều vấn đề về viêm và loét đường tiêu hóa, chống táo bón

 Giữ ẩm cho da, tóc, móng tay và mắt: omega 7 cung cấp các dưỡng chất và độ ẩm cần thiết cho da, tóc, có lợi cho những người mắc bệnh khô mắt

và những phụ nữ bị khô âm đạo vì nó nuôi dưỡng và giữ ẩm cho các màng nhầy

 Tác dụng của omega 9 (www.viendinhduong.vn):

 Tác dụng giảm cholesterol xấu

 Tăng cường hệ miễn dịch

Sự tiêu thụ các PUFA được khuyến cáo ở mức trung bình khoảng 6% tổng năng lượng và không vượt quá 10% Trong đó, nên giảm hàm lượng các acid béo bão hòa và chỉ nên duy trì ở mức 8-10% tổng năng lượng hấp thụ Để giảm nguy cơ các bệnh kinh niên thì hàm lượng các PUFA mạch dài nên dùng là

610 mg/ngày đối với đàn ông và 430mg/ngày đối với phụ nữ Và tỷ lệ omega- 3

và omega -6 nằm giữa 5:1 và 3:1 là tối ưu cho người (Simopoulos, 2008; Gupta

và cs, 2012)

2.1.2.3 Các nguồn cung cấp Omega 6,7,9

Nguồn cung cấp các axit béo omega trong tự nhiên rất phong phú và đa dạng, nhiều nghiên cứu về tách chiết các acid béo có nguồn gốc động vật, thực vật và đặc biệt là vi sinh vật đã được các nhà khoa học quan tâm trong vài năm trở lại đây

Từ động, thực vật:

Nguồn cung cấp omega 6 trong tự nhiên khá phong phú, chúng được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu thực vật như: dầu bắp, dầu hạt bông vải, dầu hạt nho, dầu mè, dầu đậu nành, dầu hoa hướng dương, dầu hoa anh thảo, dầu lý chua đen Omega 6 còn được tìm thấy trong các loại gia cầm, trứng gà, trong

mỡ, trong bơ, lúa mì cứng, ngũ cốc nguyên hạt, bánh mỳ và đặc biệt từ tảo xoắn Spirunila platensis (Chamorro và cs., 2002)

Không giống như các omega khác, nguồn cung cấp omega 7 rất hiếm trong cả giới thực vật và động vật Chúng được cung cấp từ dầu cá (các loại cá nước lạnh như cá hồi, cá ngừ, cá mòi, cá thu), một số loại dầu động vật và thực vật như dầu macadamia và chủ yếu là cây hắc mai biển và một lượng nhỏ trong quả bơ (http://www.lifeextension.com/Magazine/2014/4/Omega-7-Protects-Against Metabolic-Syndrome0) Hai acid béo omega 7 thường gặp trong tự nhiên là acid palmitoleic và acid vaccenic được phát hiện năm 1928 trong mỡ động vật và quả bơ

Nguồn cung cấp omega 9 là dầu oliu, dầu macadamia, cây hồng hoa, dầu hoa hướng dương, quả bơ, quả hạnh nhân, hạt điều, óc chó, hạt mắc ca, đậu phộng, quả hồ đào, hồ trăn, hạt cải và cây đinh hương

Nguồn cung cấp PUFAs là các loài cá nhiều mỡ như: cá trích, cá thu, cá sardine, cá hồi, cá basa và saba (Gunstone, 1996)

Từ vi sinh vật:

Cá biển là nguồn cung cấp nguyên liệu truyền thống để sản xuất acid béo Tuy nhiên, nguồn cung cấp này không ổn định và dầu cá có chứa nhiều cholesterol và có mùi vị khó chịu Do đó, cần có nguồn nguyên liệu để sản xuất acid béo Các vi sinh vật bao gồm (nấm, vi khuẩn, tảo biển,…) là các nguồn tiềm năng cho việc sản xuất acid béo này vì những sinh vật này từ lâu đã được biết đến là những sinh vật sản xuất sơ cấp trong chuỗi thức ăn ở biển và đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp MUFAs và PUFAs sơ cấp (Yap và Chen, 2001; Lavens và Sorgeloo, 1996)

Hiện nay, các loài vi tảo biển quang dị dưỡng chứa hàm lượng PUFAs cao đều được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản Ví dụ: tảo silic, Cryptomonads và

Eustigmatophytes giàu một hoặc cả hai Eicosa Pentaenoic Acid- EPA và Docosahexaenoic acid- DHA (chiếm 5-35% tổng axit béo); Prasinophytes (4-10% tổng acid béo)…David và cs (1993) đã phân lâp được 38 chủng vi khuẩn ở vùng Nam cực và ông đã sàng lọc chúng cho mục đích tổng hợp PUFAs

Ngoài các nhóm vi khuẩn kể trên, vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) cũng

đã được các nhà khoa học chứng minh là có khả năng tổng hợp được acid béo không no (mà đặc biệt là acid béo không no – omega 7 với hàm lượng rất cao chiếm 65- 82% tổng acid béo) (Hiraishi và Ueda, 1995; Rai và cs, 2015, Kim 2012) Ngoài ra một số loài VKQHT còn có khả năng tổng hợp PUFAs và thậm chí còn có loài tổng hợp được cả HUFA (EPA và DHA) (Loo và cs, 2012, 2013) Các loài có khả năng tổng hợp acid béo không no điển hình thuộc các

chi: Rhodovulum (R.strictum, R.sulfidophilum, R.euryhalinum, R tesquicola); Rhodobacter marinus; Rhodopseudomonas palustris; Rhodobacter viridis,7,9)

Gần đây, VKTQH cũng đã được các nhà khoa học chứng minh là có khả năng tổng hợp được các axit béo mà đặc biệt là axit béo không no (0mega 6,7,9) với hàm lượng rất cao chiếm 65 – 82% tổng axit béo Các loài có khả năng tổng

hợp axit béo không no điển hình thuộc các chi: Rhodovulum (R strictum, R sulfidophilum, R adriaticum, R euryhalinum, R tesquicola, Rhodobacter marinus, Rhdopseudomonas palustris, Rhodobacter viridis)

Một trong những ví dụ điển hình như Hiraishi và Ueda (1995) đã phân

lập được một số loài VKTQH thuộc chi Rhodovulum ở vùng biển xuất hiện thủy

triều đỏ ở Nhật Bản Các loài VKTQH không lưu huỳnh này có khả năng tổng hợp được omega 7 (C18:1ω7) với hàm lượng rất cao từ 60-80% tổng axit béo,

mặc dù C16:0 chỉ đạt 4-12% và 4 chủng VKTQH thuộc chi Rhodobacter từ bùn

thải của một con sông ở Ấn Độ Bốn chủng vi khuẩn này đều có hàm lượng omega 7 rất cao chiếm từ 61,2-79,8% của tổng axit béo (Raj,2013) Kim và cộng

sự (2012) đã tiến hành nghiên cứu sản xuất sinh khối VKTQH với mục đích sử dụng sinh khối để tách chiết axit béo omega 7 Ông đã tiến hành nghiên cứu công nghệ sản xuất sinh khối loài VKTQH này ở điều kiện nuôi liên tục, có khuấy đảo, sử lactate làm nguồn carbon và có bổ sung một số nguồn nitơ Sau 4 ngày nuôi cấy thu được 16,2g sinh khối tươi/lít, axit béo là 665mg FA/L/ngày, hàm lượng lipit đạt 35% trọng lượng khô và chứa axit vaccenic chiếm 60% tổng axit béo

2.2 Vi khuẩn tía quang hợp

2.2.1 Định nghĩa

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là nhóm vi sinh vật tiền nhân có khả năng tiến hành quang hợp nhưng không thải oxy như vi khuẩn lam Khi được chiếu sáng, rất nhiều loài trong nhóm này có khả năng sinh trưởng quang tự

dưỡng với CO2 là nguồn carbon hoặc sinh trưởng quang dị dưỡng với các chất

hữu cơ làm nguồn carbon

2.2.2 Phân loại về vi khuẩn tía quang hợp

Theo hệ thống phân loại của Bergey (1989), vi khuẩn quang hợp được chia làm 3 nhóm: vi khuẩn tía quang hợp, vi khuẩn xanh quang hợp và nhóm vi

khuẩn chứa Bchl (nhưng không xếp vào 2 nhóm trên)

Riêng nhóm VKTQH được chia làm 3 họ:

 Họ Chromatiaceae: gồm tất cả các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có khả

năng hình thành giọt lưu huỳnh bên trong tế bào

 Họ Ectothiorhodospiraceae: gồm tất cả các vi khuẩn quang hợp tía có

khả năng hình thành giọt lưu huỳnh bên ngoài tế bào

 Họ Rhodospirilaceae: gồm tất cả các vi khuẩn quang hợp tía không

tích lũy giọt lưu huỳnh

Tuy nhiên, theo hệ thống phân loại của Bergey 2001(Greub G và Raoult D., 2006) VKTQH lại được chia thành 3 nhóm:

 Alphaproteobacteria: gồm VKTQH không lưu huỳnh và VKTQH

hiếu khí

 Betaproteobacteria: cũng gồm VKTQH không lưu huỳnh nhưng

nhóm này khác nhóm VKTQH không lưu huỳnh thuộc

 Alphaproteobacteria: về thành phần axit béo, quinone, trình tự và kích

thước của cytochrome

Ectothiorhodospiracea

Theo hệ thống phân loại mới VKQHT không lưu huỳnh nằm trong nhóm

“Alphaproteobacteria” và “Betaproteobacteria” Trong khi đó, VKTQH lưu

2.2.3 Đặc điểm sinh học VKTQH

2.2.3.1 Đặc điểm hình thái

Vi khuẩn tía quang hợp là các tế bào gram âm, đơn bào và có các dạng cầu, xoắn, gậy, phẩy Cũng có thể gặp chúng ở trạng thái chuỗi điều kiện môi trường đặc biệt Kích thước của tế bào thường từ 0,3 - 6 µm Đa số các loài đều sinh sản bằng nhân đôi, một số loài có tế bào dinh dưỡng dạng phân cực thường sinh sản bằng cách nảy chồi

Khi sinh trưởng trong điều kiện quang hợp, dịch huyền phù tế bào thường

có màu tím tía, đỏ, nâu vàng, nâu Sự khác nhau về màu sắc này là do khả năng hấp thụ ánh sáng khác nhau ở các bước sóng khác nhau và được thể hiện trên phổ hấp thụ Khi sinh trưởng trong điều kiện có ánh sáng và có mặt các hợp trong những chất khử của lưu huỳnh thì các tế bào vi khuẩn tía lưu huỳnh tích lũy nguyên tố lưu huỳnh trong tế bào ở dạng giọt còn ở các tế bào vi khuẩn tía không lưu huỳnh thì không có hiện tượng này Đây chính là đặc điểm hình thái quan trọng làm cơ sở ban đầu để tách biệt hai nhóm vi khuẩn tía nêu trên (Hình 2)

Hình 2.1 Hình dạng tế bào của một số đại diện VKTQH không lưu huỳnh

2.2.3.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa

a Quá trình quang hợp ở VKTQH

Ngoài sáng, cũng giống như những đối tượng quang dưỡng khác,

VKTQH thu nhận năng lượng ánh sáng để tiến hành quang hợp Tuy nhiên, khác

với các đối tượng quang dưỡng khác như: tảo và thực vật bậc cao, VKTQH

không sử dụng nước làm chất cho điện tử mà sử dụng lưu huỳnh, các hợp chất

khử của lưu huỳnh, hydro phân tử hoặc các hợp chất hữu cơ đơn giản làm chất

cho điện tử và do đó không thải oxy

Phương trình tổng quát của phản ứng quang hợp được viết như sau:

CO2 + 2H2A hv -> (CH2O)n + 2A + H2O

Ở tảo và thực vật bậc cao H2A chính là H2O còn ở vi khuẩn quang hợp

H2A có thể là chất hữu cơ đơn giản, các hợp chất khử của lưu huỳnh hoặc hydro

phân tử Riêng các chất hữu cơ vừa đóng vai trò làm chất cho điện tử vừa có thể

làm nguồn carbon cho sinh trưởng của tế bào

Rhodobacter Rhodopila Rhodocyclus Rhodomicrobium

Rhodopseudomonas Rhodopseudomonas

(dưới KHV điện tử)

Rhodospirillum Rhodospirillum

(dưới KHV điện tử)

khác nhau giữa VKTQH với các loại vi khuẩn quang hợp khác (Bảng 2.2)

Bảng 2.1 So sánh hấp thụ cực đại của hai dạng bacteriochlorophyll a và b ở VKTQH

(trong tế bào nguyên và trong dịch chiết ete) Dạng

Bacteriochlorophyll a, b có trong tế bào VKTQH đều được xếp vào nhóm

bacteriochlorins vì cùng có chung đặc điểm là có hai vòng macrocycle (Hình 2.2)

Hình 2.2 Cấu tạo hóa học của vòng porphyry

Đa số các đại diện VKTQH chứa sắc tố quang hợp chính là Bchl a, nhưng

một số loài lại chứa Bchl b như: Thiocapsa pfennigii (thuộc họ vi khuẩn tía lưu huỳnh), Rhodopseudomonas sulfoviridis, Rhodopseudomonas viridis (thuộc họ

vi khuẩn tía không lưu huỳnh)

+ Carotenoid

Màu sắc của dịch huyền phù tế bào VKQH không chỉ phụ thuộc vào

Bacteriochlorophyll mà còn phụ thuộc vào carotenoid Thành phần sắc tố này

rất đa dạng ở VKTQH Carotenoid được chia làm 4 nhóm theo cấu trúc phân tử

và cực đai hấp thụ của chúng (Bảng 2.3 và Hình 2.3)

Bảng 2.2 Các nhóm carotenoid có mặt trong tế bào VKTQH Nhóm Họ carotenoit Các carotenoit chính

1 Spirilloxanthin thường Lycopene, rhodopsin, spirilloxanthin

2 Spirilloxanthin thay thế Chloroxanthin, sphaeroidene, sphaeroidenone,

(spiriloxanthin)

rhodopinal, rhodopinol, (spirilloxanthin)

Hình 2.3 Cấu trúc của một số Carotenoid có trong VKTQH

Trong tế bào, sắc tố quang hợp nằm ở một cấu trúc gọi là đơn vị quang hợp Đơn vị này phân bố trên hệ màng của bộ máy quang hợp (chromotophor) (Hình 2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của một dạng chromotophor ở VKTQH

yếu sau đây:

- Sắc tố anten là dạng sắc tố thu nhận năng lượng ánh sáng (Bchl và carotenoid)

- Tâm phản ứng quang hóa chứa Bchl ở trạng thái dimer Dạng Bchl này

gắn kết với chất cho và nhận điện tử sơ cấp tạo thành trung tâm phản ứng quang hóa (RC)

- Mạch truyền điện tử quang hóa: các thành phần của bộ máy quang hợp

sơ cấp (trong đơn vị quang hợp) phân bố trên màng quang hợp (Hình 1.5)

Hình 2.5 Sơ đồ định vị của các thành phần bộ máy quang hợp sơ cấp ở VKTQH

Trung tâm phản ứng quang hóa-RC (1) trong phức hợp mạch truyền điện tử (2) cùng với tập hợp sắc tố anten (đơn vị quang hợp) và factor liên kết (3) được dính vào màng nguyên sinh chất (4)

Hấp thụ ánh sáng

Giai đoạn đầu của quá trình quang hợp là hấp thụ ánh sáng bởi sắc tố anten Nhờ hấp thụ lượng tử ánh sáng điện tử ở Bchl anten từ quỹ đạo thấp sẽ chuyển sang quỹ đạo cao hơn và phần tử truyền từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích Năng lượng đó có thể được vân chuyển giữa các sắc tố và cuối cùng năng lượng được chuyển đến trung tâm phản ứng quang hóa kích thích các hoạt động khác trong tế bào Quá trình tách điện tích và tạo ra dòng điện tử chạy qua mạch chuyển điện tử quang hợp

Hoạt động của mạch truyền điện tử

Khác với ở tảo và thực vật bậc cao quá trình quang hợp được xảy ra với ít nhất hai hệ quang hóa với hai trung tâm phản ứng, ở vi khuẩn tía quang hợp quá trình quang hợp xảy ra ở một hệ quang hóa với một trung tâm phản ứng Sự khác biệt này được mô tả ở Hình 2.6

Tảo và thực vật bậc cao Vi khuẩn tía quang hợp

Hình 2.6 Mạch truyền điện tử ở tảo và vi khuẩn bậc cao và VKTQH

Nguyên lý hoạt động của mạch truyền điện tử quang hợp của VKTQH

Năng lượng được tạo bởi sự hấp thụ ánh sáng của các sắc tố quang hợp anten được chuyển đến trung tâm phản ứng P870 quá trình phân chia điện tích sẽ xảy ra Ngược lại với chiều nhiệt động học (từ thế + 0,4V - 0,2V), điện tử được chuyển đến chất nhận sơ cấp (Bchl-Bpheo) Điện tử được vận chuyển đi qua quinon, hệ cytochrom bc1 và quay về P870 Sau quá trình vận chuyển này năng lượng ATP được tạo ra Để tạo ra NADH, đòi hỏi VKTQH nhận các chất cho điện tử từ bên ngoài như các hợp chất hữu cơ, các hợp chất khử của lưu huỳnh hay hydro Năng lượng ATP, NADH được tạo ra từ hoạt động của mạch truyền điện tử sẽ được dùng để cố định CO2 quang hợp

- Quá trình cố định CO 2

Cũng như vi tảo và các thực vật bậc cao khác, VKTQH lưu huỳnh và không lưu huỳnh đều có khả năng cố định CO2 Chu trình Calvin là con đường chính để chúng cố định CO2 (chu trình C3)

Chu trình này bao gồm hai chuỗi phản ứng, xúc tác bởi enzyme RubisCo (Ribulozo Biphosphate Carboxylase/Oxygenase) - enzyme xúc tác quá trình đồng hóa CO2 và phosphoribulokinase - enzyme xúc tác cho sự phosphoryl hóa phụ thuộc ATP của ribulozo 5 - phosphate (Ru-5-P) để có thể tạo ra năng lượng NADH Ngoài ra VKTQH cũng có khả năng đồng hóa các hợp chất hữu cơ 1C, 2C, 3C, 4C và đường 6C

• Khả năng sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn carbon

+ Khả năng sử dụng các chất 1C (formate, methanol, CO)

Có rất nhiều ví dụ về khả năng VKTQH sử dụng các hợp chất 1C cho sinh

trưởng Loài Rhodocyclus geltinosa và Rhodopseudomonas acidophila còn có

khả năng sử dụng nguồn carbon cho sinh trưởng khi được chiếu sáng Tuy nhiên, vì methanol có điện thế oxy hóa khử thấp hơn so với vật liệu tế bào nên chúng đòi hỏi CO2 với vai trò làm chất nhận điện tử để sinh trưởng trong trường hợp này Mức độ Enzyme RuBisCO trong tế bào tăng lên 6 lần so với khi sinh trưởng trong môi trường chứa succinate làm nguồn carbon duy nhất Chu trình

Canvil có vai trò vận chuyển lực khử dư thừa từ methanol tới CO2 Như vậy RuBisCO vừa đóng vai trò làm enzyme đồng hóa CO2 lại vừa có vai trò giữ thế cân bằng oxy hóa khử [35]

+ Khả năng sử dụng các chất 2C (acetate)

Tất cả các đại diện của vi khuẩn tía quang hợp đều có khả năng sinh trưởng trên môi trường có chứa acetate Khả năng đồng hóa acetate rất khác nhau ở các đại diện này Năm 1960, Kornberg và Larcelles đã phát hiện được hoạt tính enzyme ICL (isocitrate lyase) - enzyme chìa khóa của chu trình

glyoxylate trong dịch chiết từ tế bào thuộc các loài Rhodopseudomonas palustris

và Rhodobacte capsulatus khi chúng sinh trưởng trên môi trường chứa acetate

hay butyrate ở điều kiện quang dưỡng cũng như hóa dưỡng Blasco và cộng sự

năm 1989 đã xác định được hoạt tính của ICL ở Rhodopseudomonas rubrum và Rhodobacter capsulate Những bằng chứng về sự tồn tại của enzyme ICL trên

đây cho thấy sự đồng hóa acetate ở VKTQH không lưu huỳnh theo chu trình glyoxylate

+ Khả năng sử dụng các hợp chất 3C (pyruvate, propionate, glycerol, acetone)

Ở ngoài sáng tất cả các VKTQH đều có khả năng sinh trưởng trên môi trường trên môi trường chứa pyruvate theo kiểu quang dị dưỡng Sự đồng hóa pyruvate và hệ thống enzyme tham gia quá trình là khác nhau đối với mỗi loài

Đa số các loài đều chứa enzyme pyruvate dehydrogenase Một số loài khi sinh trưởng ngoài ánh sáng có thể phân hủy pyruvate thành CO2, axetaldehyde và

acetone nhờ enzyme pyruvate decarboxylase Các tế bào R rubrum sử dụng cả

hai enzyme PEP - synthase (phosphate enol pyruvate synthase) và PEP – carboxylase để chuyển hóa pyruvate tạo thành oxaloacetate (OAA) Trong cả hai loại vi khuẩn nói trên đều không chứa cả hai enzyme trên cho nên chúng sử dụng pyruvate nhờ sự xúc tác của enzyme pyruvate carboxylase (PC) Enzyme PEP - carboxykinase (PEPCK) không chỉ có vai trò phản ứng xúc tác phản ứng tạo ra phosphoenol pyruvate mà còn cung cấp các acid C4 - dicarboxyliccho tổng

pyruvate kinase (PK) tham gia cùng với PEPCK xúc tác phản ứng tạo phosphoenol pyruvate từ pyruvate trong tối, sản phẩm của quá trình này là propioonate, H2 và formate lại được chuyển hóa tiếp tục để tạo ra CO2 và H2O.

Ngoài ra, các hợp chất 3C khác như: propionate, glycerol, acetone cũng được VKTQH không lưu huỳnh sử dụng Tuy nhiên trong trường hợp này cần

bổ sung thêm CO2 (chất nhận điện tử) để giữ thế cân bằng oxy hóa khử trong

tế bào

+ Khả năng sử dụng butyrate và các acid béo dạng khử

Các VKTQH không lưu huỳnh sinh trưởng nhanh hơn và đạt mật độ cao hơn trong các môi trường có chứa hợp chất 4C với hai nhóm carboxyl (như malate, succinate) so với khi sinh trưởng trên các nguồn cơ chất khác.Các vi khuẩn tía không lưu huỳnh khi sinh trưởng với butyrate (chất trạng thái khử hơn

so với vật liệu tế bào) cũng đòi hỏi bổ sung CO2 làm chất nhận điện tử Do đó, quá trình đồng hóa butyrate ngoài sáng xảy ra đồng thời với quá trình cố định

CO2

+ Khả năng sử dụng đường đơn

Đa số các loại vi khuẩn tía quang hợp đều có khả năng sinh trưởng trên một vài nguồn dinh dưỡng đường thông thường, riêng khả năng sinh trưởng trên nguồn dinh dưỡng fructose đặc trưng cho loài

Các loài R sphaeroides và R capsulatus có thể đồng hóa được đường nhờ

hệ thống vận chuyển phosphotransferase Loài R capsulatus sử dụng con đường

Entner - Doudoroff (ED) để phân hủy glucose nhưng fructose lại chuyển hóa

con đường Embden - Meyerhof (EMF) Loài R sphaeroides đồng hóa glucose

qua con đường ED, sản phẩm của quá trình này là 2 - keto - 3 - deoxygluconate (KDG) còn fructose được loài này đồng hóa theo con đường ED khi sinh trưởng

ở điều kiện hiếu khí - tối và theo con đường EMF ở điều kiện quang hợp

Như vậy đối với các chất 1C thì CO bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 CO2tạo ra được đồng hóa theo chu trình Canvil để tạo thành hợp chất trung gian là 3

- PGA Glucose qua con đường ED và fructose qua con đường EMP cũng được chuyển hóa thành 3 - PGA

Trong điều kiện có oxy, VKTQH không lưu huỳnh tiến hành trao đổi chất theo kiểu hô hấp hiếu khí Khi đó, pyruvate hiếu khí sẽ được phân giải hoàn toàn tạo thành H2O và CO2 qua chu trình TAC (krebs hoặc acid citric) CO2 tạo thành

có thể quay trở lại chu trình Canvil để cố định CO2.Các hợp chất 3C, 4C cũng

có thể bị oxy hóa để tạo thành acetyl Co-A vào chu trình TAC

Trong điều kiện không có oxy, VKTQH tiến hành trao đổi chất theo kiểu lên men Sản phẩm lên men bao gồm các loại acid hữu cơ, CO2, H2

Tóm lại, VKTQH có khả năng sử dụng CO 2 khi sinh trưởng ngoài sáng và cố định CO 2 theo chu trình Canvil Sự khác biệt của nhóm VKTQH này so với các vi sinh vật quang dưỡng khác là khả năng sử dụng các hợp chất hữu cơ, đặc biệt nhóm VKTQH không lưu huỳnh Do đó, nhóm VKTQH không lưu huỳnh sinh trưởng rất nhanh và được ứng dụng trong công nghệ xử lý môi trường, sản xuất SCP (single cell protein),…

Vi khuẩn tía quang hợp là nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ Tuy nhiên, ở điều kiện hiếu khí trong tối, nhiều loài VKTQH có thể sinh trưởng theo kiểu hóa dưỡng Khi có mặt oxy sự tổng hợp sắc tố quang hợp bị ức chế nhưng hệ thống vận chuyển điện tử quang hợp vẫn được duy trì, tuy nhiên làm cho dịch huyền phù vi khuẩn có màu bạc Một phần mạch truyền điện tử này được sử dụng trong quá trình hô hấp ở VKTQH (Hình 2.8)

Hình 2.7 Chuỗi truyền điện tử ở cả hệ thống hô hấp và quang hợp của VKTQH

Khi NADH là chất cho điện tử, điện tử được chuyển đến uniquinon, cyt bc 1, cyt c2, cyt aa3 và đến oxy các (đường) Trong quá trình đó ATP đã được tổng hợp

 Trao đổi nitơ ở VKTQH

Khả năng sử dụng các nguồn nitơ liên kết

Tất cả các loài VKTQH lưu huỳnh và không lưu huỳnh đều có thể sử dụng nguồn nitơ liên kết như ammonium, glutamate, alanine,…VKTQH sử dụng hệ thống enzyme GS/GOGAT (glutamine synthetase/glutamet synthase) để đồng hóa nitơ Lưu ý, quá trình đồng hóa này chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi nồng

độ nitơ đưa vào, với hàm lượng nitơ đưa vào quá lớn hay quá nhỏ sẽ gây ức chế

sự sinh trưởng của VKTQH Trong trường hợp nghiêm trọng enzyme được sử dụng trong quá trình đồng hóa nitơ sẽ chuyển sang dạng adenyl hóa và trở nên bất hoạt hoàn toàn

Khả năng cố định nitơ phân tử

Gest và Kamen là những người phát hiện ra khả năng cố định nitơ phân tử

ở VKTQH khi họ nghiên cứu quá trình quang thải H2 của loài vi khuẩn không

lưu huỳnh R rubrum Kết quả nghiên cứu sau đó khẳng định trong điều kiện