Tài liệu CHƯƠNG 2: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN pptx

Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến cơ thể sống Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong quy mô công nghiệp Bao gồm tập hợp các phương pháp hóa lý và sinh học để

CHƯƠNG 2

NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN

I Nguyên lý sản xuất công nghiệp

II Nguyên lý trao đổi chất ở tế bào VSV

III Nguyên lý điều khiển quá trình trao đổi chất

IV Nguyên lý sinh tổng hợp thừa ở VSV

I Nguyên lý sản xuất công nghiệp

Quá trình lên men là một quá trình hết sức

phức tạp Bao gồm:

- Quá trình tuyển chọn giống

- Quá trình sản xuất thử

- Quá trình sản xuất công nghiệp

- Quá trình thu nhận và tinh chế sản phẩm

Quá trình

tạo giống

Quá trình sản

xuất thử

Quá trình sản

xuất công

nghiệp

Quá trình thu

nhận và tinh

chế sản phẩm

Bao gồm các quá trình nghiên cứu các yếu tố tác động vào cơ thể sống Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến cơ thể

sống Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong quy mô

công nghiệp Bao gồm tập hợp các phương pháp hóa

lý và sinh học để thu nhận sản phẩm

cuối cùng

Bao gồm các quá trình phân lập, tuyển chọn, tạo khả năng thích nghi, nâng cao chất lượng giống bằng kỹ thuật di truyền

và các quá trình bảo quản giống 1

2

3

4

Nguyên lý các quá trình cơ bản trong công nghệ lên men

Tuyển chọn giống

¾ Phân lập trong tự nhiên

¾ Kỹ thuật di truyền

¾ Kỹ thuật sinh học tế bào

International Culture Collections

Domestically, strains can be purchased from: CGMCC or

China General Microbiological Culture Collection Center

Phân lập trong tự nhiên

Kỹ thuật di truyền Incorporation into artificial plasmids of genes from a wide variety of sources has made possible the transfer of genetic material across virtually any species barrier

Various high value added products have been produced from the Genetic engineering methods

Đột biến

Hóa học Vật lý Sinh học

Cell biology techniques

„Protoplast fusion (promote high

frequencies of genetic recombinants)

„removing the cell wall with lytic enzymes in

the presence of osmotic stabilizers.

„In the presence of fusogenic agent such as

polyethylene glycol (PEG), protoplasts are

induced to fuse and form transient hybrids or

diploids.

„Regeneration of viable cells from the fused

protoplasts.

S n xuất thử - ả xuất công nghiệ

„Thí nghiệm trong bình tam giá

„Lên men với quy mô phòng thí nghiệm (5-10 L)

„Lên men quy mô nhỏ (100-3000 L)

„Lên men quy mô thương mại (10,000-500,000 L)

Thí nghi ệ m trong bình tam giác

Tối ưu hóa điều kiện để phát triển tế bào và hình thành sản phẩm

1 pH

2 Nhiệt độ

3 Oxi hòa tan

4 cơ chất

5 Nồng độ chất khô

6 Others

S n xuất thử-quy mô phòng thí nghiệm

Hơi nước

Hơi

nước

ƒ pH

ƒT o

ƒ Nồng độ chất khô

ƒ Hoạt tính nước

ƒLưu lượng không khí

S ả n xu ấ t th ử

Lên men công nghiệp

Thực chất của quá trình sản xuất các sản

phẩm từ VSV theo quy mô công nghiệp

là phải tiến hành điều khiển 3 quá trình

cơ bản sau:

1 Quá trình đk genotype (kiểu gen)

2 Quá trình đk phenotype (kiểu hình)

3 Quá trình thu nhận và tinh chế sản phẩm

Quá trình

tạo giống

Quá trình sản

xuất thử

Quá trình sản

xuất công

nghiệp

Quá trình thu

nhận và tinh

chế sản phẩm

Bao gồm các quá trình nghiên cứu các yếu tố tác động vào cơ thể sống Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến cơ thể

sống Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong quy mô

công nghiệp Bao gồm tập hợp các phương pháp hóa

lý và sinh học để thu nhận sản phẩm

cuối cùng

Bao gồm các quá trình phân lập, tuyển chọn, tạo khả năng thích nghi, nâng cao chất lượng giống bằng kỹ thuật di truyền

và các quá trình bảo quản giống 1

2

3

4

Đk genotype

trong tb

Đk

phenotype

ngoài tb

Thu nhận

và tinh chế

sp

Quá trình đk genotype (kiểu gen)

¾Là cả 1 quá trình tạo giống, nâng cao chất

lượng giống và bảo quản chất lượng

giống.

¾Mục đích của quá trình này là thu được

giống có chất lượng tốt, đáp ứng đầy đủ

các yêu cầu trong sản xuất

Một gen -> Một enzym-> một phản ứng sinh hóa -> sản phẩm

Tất cả các quá trình này nằm trong một tế bào mà trọng tâm là

những vấn đề về gen

Quá trình này là công việc quan trọng nhất trong toàn bộ tiến

trình sản xuất

Quá trình đk phenotype (kiểu hình)

- Là quá trình tối ưu hóa các điều kiện có

ảnh hưởng đến biểu hiện của enzym Việc

biểu hiện hoạt động của enzym phụ thuộc

rất nhiều vào cả yếu tố bên trong lẫn bên

ngoài của tế bào Trong đó, các yếu tố

như pH, to, nồng độ chất khô, chất hoạt

hóa, chất kiềm hãm, nồng độ enzym được

coi như yếu tố điều khiển của quá trình

=> Thực chất của việc điều khiển phenotype là điều khiển kỹ

thuật sản xuất trong công nghệ lên men

Quá trình thu nhận và tinh chế sản phẩm

Là quá trình áp dụng hàng loạt các phương

pháp cơ học, hóa lý để nhằm vào mục đích

cuối cùng của quá trình sản xuất là sản phẩm

Question ?

II Nguyên lý trao đổi chất ở tế bào VSV

(Metabolism)

ĐN: Trao đổi chất là gì?

Tại sao cần phải biết?

¾Biết cách ức chế hoặc ngừng sự trao đổi chất ở VSV

¾Điều khiển quá trình biến dưỡng để kéo dài thời gian của

sản phẩm

Trao đổi chấthay biến dưỡnglà những quá trình sinh

hoá xảy ra trong cơ thể sinh vật, gồm:

¾Đồng hóa

¾Dị hóa

Breakdown

Proteins to Amino Acids, Starch to Glucose

Synthesis

Amino Acids to Proteins, Glucose to Starch

II Nguyên lý trao đổi chất ở tế bào

VSV (Metabolism)

Đồng hóa: thúc đẩy quá trìnhsinh trưởngvà quá

trìnhsinh sảncủa tế bào; chỉ xảy ra trong tế bào, cần

cung cấpnăng lượng + nguyên liệu

Dị hóa: phân giảicác hợp chất, giải phóng năng

lượng + nguyên liệu cho đồng hóa (có thể xảy ra

trong hoặc ngoài tb)

Dị hóa trong tế bào: nhằm cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho qt tổng

hợp của tb (Do enzym nội bào thực hiện ( Endoenzyme ))

Dị hóa ngoài tế bào: nhằm cung cấp nguyên liệu cho qt tổng hợp của tb

(Do enzym nội bào thực hiện ( exoenzyme ))

Tóm tắt nguyên lý 2

SP1: Sản phẩm bậc 1 (Sản phẩm quá trình tổng hợp)

SP2: Sản phẩm bậc 2 (Sản phẩm quá trình phân giải)

Tế bào

Các yếu tố

ảnh hưởng

Sản phẩm

Môi trường

Tổng hợp

Dị hóa trong tế

Dị hóa ngoài tế bào SP2

SP1 (sinh khối)

Môi trường

SP2

II Nguyên lý trao đổi chất ở tế bào VSV

(Metabolism) Trong quá trình trao đổi chất của VSV sẽ tạo ra

các dạng sản phẩm sau:

- Sinh khối VSV (các v/c có trong tế bào VSV) -> sp1

- Các vật chất được tạo ra trong quá trình trao đổi

chất, tb tách chúng ra môi trường, chúng không tham

gia qt tạo ra sinh khối tế bào -> sp2

- Ngoài ra, còn một dạng sp khác được gọi là sp của

sự chuyển hóa (thường là những chất trung gian

không bền về mặt hóa học Chúng còn tiếp tục được

chuyển hóa trong chuỗi chuyển hóa của tế bào

II Nguyên lý trao đổi chất ở tế bào VSV

(Metabolism)

Tiền sản phẩm

Sản phẩm chuyển hóa

Tế bào

Cơ chất

Sơ đồ các sản phẩm trong trao đổi chất của VSV

Sản phẩm bậc II

Sản phẩm bậc 1

Question ?

III Nguyên lý điều hòa trao đổi chất

ở VSV

Các yếu tố điều khiển trao đổi chất ở VSV

Ý thức

Hệ thần kinh

Hệ dịch quanh tế

bào

Enzym

Người Động vật Thực vật

VSV

Yếu tố điều khiển

Đối với VSV, điều khiển ?

III Nguyên lý điều hòa trao đổi chất

ở VSV

Các yếu tố điều khiển trao đổi chất ở VSV

+

-Ý thức

+ +

-Hệ thần kinh

+ +

+

-Hệ dịch quanh tế

bào

+ +

+ +

Enzym

Người Động vật Thực vật

VSV

Yếu tố điều khiển

Đối với VSV, điều khiển ?

III Nguyên lý điều hòa trao đổi

chất ở VSV

1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức

chế của sản phẩm cuối cùng

2 Điều khiển tốc độ phản ứng bằng sản

phẩm cuối

3 Điều khiển tổng hợp enzym bằng cơ

chế cảm ứng

1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức chế của

sản phẩm cuối cùng

¾Cơ chế này được gọi là sự kìm hãm theo cơ chế

ngược Sp cuối cùng của 1 qt phản ứng sẽ gây ra sự

ức chế qt pứ

¾Các sp cuối có thể là các sp được tạo thành trong

quá trình trao đổi chất, cũng có thể là những chất đưa

vào môi trường nuôi cấy Các sp này sẽ tham gia gây

ức chế hoạt tính enzym thay đổi cấu hình không gian

¾Trung tâm hoạt động không còn phù hợp cấu hình

không gian với cơ chất -> Tốc độ phản ứng sẽ giảm

hay bị triệt tiêu

1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức

chế của sản phẩm cuối cùng

* Trong qt sống, VSV thường sử dụng các sản

phẩm cuối cho qt phát triển và sinh sản Cũng

có thể sp cuối là sp không cần thiết cho qt trên

-> Sự điều hòa trở nên nhịp nhàng suốt quá

trình phát triển của VSV

* Trong quá trình sản xuất, có thể điều khiển quá

trình này bằng cách tăng hay giảm sản phẩm

cuối

1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức

chế của sản phẩm cuối cùng

Các yếu tố cần để điều khiển enzym:

¾ pH

¾To

¾Cơ chất

¾Chất kìm hãm(liên quan trung tâm điều khiển)

2 Điều khiển tốc độ phản ứng bằng sản phẩm cuối

- Sản phẩm cuối cùng ức chế sự tổng hợp enzym

(enzym tham gia tạo ra sản phẩm cuối)

- Trong qt tổng hợp ra enzym tham gia tạo ra sp cuối,

việc đọc thông tin di truyền này sẽ bị phong tỏa

™Nếu nồng độ sp cuối nhiều, qt phiên mã sẽ bị ngưng trệ

™Nếu nồng độ sản phẩm cuối ít, qt phiên mã lại được

phục hồi và qt tổng hợp enzym lại được thực hiện

2 Điều khiển tốc độ phản ứng bằng sản phẩm cuối

Sản phẩm cuối ảnh hưởng tốc độ phản ứng

đầu tiên.

Enzym tham gia phản ứng đầu tiên dễ bị sản

phẩm cuối tác động vào Trong trường hợp

này, sản phẩm cuối được xem như là chất

kìm hãm Muốn cho phản ứng xảy ra liên tục

hoặc với tốc độ cao thì giảm hoặc triệt tiêu

sản phẩm cuối Bằng cách:

9Tách hẳn ra

9Dùng sản phẩm cuối như là một sản phẩm trung

gian tiếp tục chuyển hóa bằng enzym khác

3 Điều khiển tổng hợp enzym bằng cơ

chế cảm ứng

- Các enzym tham gia vào quá trình dị hóa gọi là

enzym cảm ứng

- Chất mà enzym tham gia phân hủy gọi là cơ chất

cảm ứng

- Các cơ chất này có khả năng kích thích sự tổng

hợp ra các enzym cảm ứng tương ứng Do đó, các

enzym tương ứng chỉ được tạo ra khi trong môi

trường nuôi cấy có mặt các cơ chất tương ứng

- Trong mt có nhiều cơ chất, các cơ chất đều tham

gia tạo enzym cảm ứng Nên cơ chất nào dễ phân

hủy thì tạo enzym cảm ứng trước

IV Nguyên lý tổng hợp thừa ở VSV

- Các sp thừa của VSV rất cần thiết cho qt

sx các sp từ VSV

- Cơ chế sinh tổng hợp thừa có liên quan

rất nhiều đến cấu trúc không gian của

enzym và liên quan rất nhiều đến cơ chế

di truyền của VSV

IV Nguyên lý tổng hợp thừa ở VSV

⇒Muốn pứ tạo ra sản phẩm liên tục?

-Trung tâm dị lập thể phải có cấu trúc biến đổi liên tục để không còn

tương tác với chất kìm chế (Tìm Ia – không có tính chất kìm hãm –

giống I lấp vào)

-Dựa theo di truyền hiện đại: AND của VSV có gen tổng hợp inhibitor

-> loại bỏ gen này-> gen sẽ không tổng hợp I -> sản phẩm liên tục

- Đột biến tự nhiên nhưng tần số thấp

I

Trung tâm

hoạt động

Trung tâm chịu sự kiểm soát của cơ chất (Trung tâm dị lập thể)

I

Question ?