Cơ sở hóa sinh và di truyền học của công nghệ sinh học vi sinh vật

Ch−¬ng hai

C¬ së hãa sinh vµ di truyÒn häc

cña c«ng nghÖ sinh häc vi sinh vËt

I. Ph©n lo¹i c¸c s¶n phÈm

C¸c chÊt ®−îc s¶n xuÊt b»ng con ®−êng lªn men nhê vi sinh vËt rÊt ®a d¹ng. §Ó tiÖn cho

nghiªn cøu vµ øng dông th× ph¶i tiÕn hµnh ph©n lo¹i s¶n phÈm lªn men c«ng nghiÖp dùa vµo tiªu

chuÈn sinh lý sinh hãa trao ®æi chÊt cña vi sinh vËt. ChÝnh v× vËy c«ng t¸c ph©n lo¹i s¶n phÈm lµ

viÖc lµm cÇn thiÕt cña c«ng nghÖ vi sinh.

1. Sinh khèi (vËt chÊt tÕ bµo)

ViÖc tæng hîp sinh khèi tÕ bµo lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ó s¶n xuÊt protein vi sinh vËt. Qu¸

tr×nh nµy thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh sinh tr−ëng cña vi sinh vËt.

Qu¸ tr×nh nµy ®· ph¸t triÓn nh÷ng c¬ chÕ ®iÒu hßa trao ®æi chÊt ®¶m b¶o mét phÇn lín ®Õn

møc cho phÐp c¸c chÊt dinh d−ìng cung cÊp sÏ ®−îc sö dông vµo qu¸ tr×nh tæng hîp c¸c thµnh

phÇn cña tÕ bµo.

2. S¶n phÈm trao ®æi chÊt

+ S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh lªn men: Lªn men lµ mét trong nh÷ng con ®−êng cña qu¸ tr×nh

trao ®æi n¨ng l−îng. Ngoµi viÖc cung cÊp n¨ng l−îng cho tÕ bµo vi sinh vËt, cßn cung cÊp c¸c s¶n

phÈm cã gi¸ trÞ cho con ng−êi nh−: ethanol, acid acetic, acid lactic, acid propionic, khÝ methane,

c¸c c¬ chÊt giµu h÷u c¬ kh¸c...

+ C¸c chÊt trao ®æi bËc 1: Lµ nh−ng viªn g¹ch cÊu tróc nªn vËt chÊt cña tÕ bµo, trong sè c¸c

cao ph©n tö sinh häc th× ®©y lµ nh÷ng chÊt cã ph©n tö l−îng thÊp: c¸c amino acid, nucleozide,

nucleotide, ®−êng. Ngoµi ra, c¸c chÊt trao ®æi bËc 1 cßn lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt

trung gian nh− acid h÷u c¬ cña chu tr×nh Tricarboxylic.

+ C¸c chÊt trao ®æi bËc 2: Lµ nh÷ng chÊt trao ®æi cã ph©n tö l−îng thÊp, kh«ng gÆp trong c¬

thÓ vi sinh vËt. Nh÷ng chÊt nµy kh«ng cã chøc n¨ng chung trong trao ®æi chÊt cña tÕ bµo nh−: c¸c

chÊt kh¸ng sinh, c¸c ®éc tè, c¸c chÊt cã ho¹t chÊt kÝch thÝch sinh tr−ëng nh− gibberellin.

+ Enzyme: Lµ nh÷ng protein xóc t¸c cã sù biÕn ®æi c¸c chÊt cña tÕ bµo. Mçi tÕ bµo vi sinh

vËt cã kho¶ng 1000 lo¹i enzyme kh¸c nhau víi sè ph©n tö lªn ®Õn 106

, gåm enzyme néi vµ

enzyme ngo¹i bµo nh−: amylase, proteaea, cellulase... trong ®ã enzyme néi bµo chiÕm ®a sè.

3. C¸c s¶n phÈm cña sù chuyÓn hãa chÊt

TiÒn s¶n phÈm S¶n phÈm ⎯⎯tÕ bµ

⎯⎯⎯⎯⎯ o vi sinh vËt

→

TÕ bµo vi sinh vËt th«ng qua hÖ enzyme cña m×nh ®ãng vai trß xóc t¸c cho c¸c ph¶n øng

chuyÓn hãa c¸c chÊt. VÒ mÆt lý thuyÕt nh÷ng ph¶n øng nµy cã thÓ x¶y ra nhê nh÷ng xóc t¸c hãa

häc nµo ®ã. Tuy nhiªn c¸c qu¸ tr×nh nµy ®«i khi kh«ng thùc hiÖn ®−îc ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng,

mµ chØ thùc hiÖn ë ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt (nhiÖt ®é, ¸p suÊt, ®é Èm) thÝch hîp cho qu¸ tr×nh chuyÓn

hãa, trong tr−êng hîp nµy ng−êi ta chuyÓn sang s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ vi sinh vËt. VÝ dô tõ

ethanol chuyÓn ®Õn acetic acid ph¶i dïng chñng Acetobacter, Acetomonas ®Ó chuyÓn hãa.