Khả năng chuyển hóa các hợ chất carbon trong tự nhiên

Nhóm thực hiện: 1. Thạch Thanh Hiền 2. Trần Nguyễn Đức Hiền 3. Phan Thị Bı́ch Loan Lớp: 11HMT12 GVBM: Ths. Lê Thi ̣ Vu Lan TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Nhóm thực hiện: 1. Thạch Thanh Hiền 2. Trần Nguyễn Đức Hiền 3. Phan Thị Bı́ch Loan Lớp: 11HMT12 GVBM: Ths. Lê Thi ̣ Vu Lan KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT CARBON TRONG TỰ NHIÊN 1. KHÁI QUÁT VỀ CARBON 2. VÒNG TUẦN HOÀN CARBON TRONG TỰ NHIÊN 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 1. KHÁI QUÁT VỀ CARBON Carbon là thành phần thiết yếu cho mọi sự sống va ̀ cũng là thành phần hóa học chính trong các chất hữu cơ, từ nhiên liệu hóa thạch cho đến những phân tử phức tạp. Cacbon trong tự nhiên nằm ở rất nhiều dạng hợp chất khác nhau, từ các hợp chất vô cơ đến các hợp chất hữu cơ. C O 2 2. VÒNG TUẦN HOÀN CARBON TRONG TỰ NHIÊN 2.1. Khái niệm chu trình Carbon 2.2. Chu trình Carbon trong tự nhiên 2.3. Vai tro ̀ của vi sinh vật trong vòng tuần hoàn Carbon 2. VÒNG TUẦN HOÀN CARBON TRONG TỰ NHIÊN 2.1. Khái niệm chu trình Carbon Chu trình cacbon là một chu trình sinh địa hóa học, trong đó cacbon được trao đổi giữa sinh quyển, thủy quyển, địa quyển và khí quyển của Trái Đất. Nó là một trong các chu trình quan trọng nhất của trái đất và cho phép cacbon được tái chế và tái sử dụng trong khắp sinh quyển và bởi tất cả các sinh vật. 2. VÒNG TUẦN HOÀN CARBON TRONG TỰ NHIÊN 2.2. Chu trình Carbon trong tự nhiên Chu trình Carbon trong tự nhiên Giai đoạn cấu tạo Giai đoạn dự trữ Giai đoạn tái tạo - tiêu thụ Giai đoạn phân giải 2. VÒNG TUẦN HOÀN CARBON TRONG TỰ NHIÊN 2.3. Vai trò của vi sinh vật trong vòng tuần hoàn Carbon Vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong một số khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn Carbon. DioxitCarbon (CO2) Chất hữu cơ trong đất Vi sinh vật Vai trò của vi sinh vật trong chu trình Carbon Carbon thực vật Carbon động vật 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.1. Sự phân giải Xenluloza 3.2. Sự phân giải tinh bột 3.3. Sự phân giải đường đơn 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.1. Sự phân giải Xenluloza Trong thiên nhiên Xenluloza là thành phần chính tạo nên lớp màng tê ́ bào thực vật giúp cho các mô thực vật có đô ̣ bền cơ học và tính đàn hồi. Sợi Xenluloza trong tế bào thực vật 3.1.1. Xenluloza trong tự nhiên 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.1. Sự phân giải Xenluloza 3.1.1. Xenluloza trong tự nhiên Xenluloza có cấu tạo dạng sợi, có cấu trúc phân tử là 1 Polimer mạch thẳng, mỗi đơn vị là một Disaccarrit gọi là Xenlobioza. Xenlobioza có cấu trúc từ 2 phân tử D-Glucoza. Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 rất phức tạp thành cấu trúc dạng lớp gắn với nhau bằng lực liên kết Hydro. Cấu tạo phân tử Xenluloza 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.1. Sự phân giải Xenluloza 3.1.2. Cơ chế của quá trình phân giải Xenluloza nhờ vi sinh vật Xenluloza là một cơ chất không hoà tan, khó phân giải. Do đó, vi sinh vật phân huỷ xenluloza phải có một hệ Enzym gọi là hệ Enzym Xenlulaza bao gồm 4 Enzym khác nhau: Xenlobiohydrolaza, Endoglucanaza, Exo – gluconaza, β – Glucosidaza. C1Xenluloza tự nhiên Xenluloza vô định hình Xenlobioza Glucoza Cx β-Glucosidaza Cơ chế qua ́ trı̀nh phân giải Xenluloza 3.1.3. Vi sinh vật phân hủy Xenluloza 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.1. Sự phân giải Xenluloza Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ Xenluloza nhờ có hệ Enzym Xenluloza ngoại bào. Trong đó, vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường một lượng lớn Enzym đầy đủ các thành phần. Vi nấm thuộc chi Trichoderma Vi khuẩn Pseudomonas Vi khuẩn Clostridium 3.2.1. Tinh bột trong tự nhiên 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.1. Sự phân giải tinh bột Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu là của thực vật, bởi vậy nó chiếm một tỉ lệ lớn trong thực vật, đặc biệt là trong những cây có củ. Trong tế bào thực vật, nó tồn tại ở dạng các hạt tinh bột. 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.2.1. Tinh bột trong tự nhiên 3.2. Sự phân giải tinh bột Tinh bột gồm hai phần: Amylozơ chiếm khoảng 10-30% khối lượng tinh bột và Amylopectin chiếm khoảng 70-90% khối lượng tinh bột. Dạng Amylozơ của tinh bột Dạng Amylopectin của tinh bột 3.2.2. Cơ chế của quá trình phân giải tinh bột nhờ vi sinh vật 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.2. Sự phân giải tinh bột Vi sinh vật phân giải tinh bột có khả năng tiết ra môi trường hệ Enzym Amilaza bao gồm 4 Enzym: α-Amilaza, β-Amilaza, Amilo 1,6 Glucosidaza, Glucoamilaza. α-Amilaza α-Amilaza α-Amilaza α-Amilaza β-Amilaza β-Amilaza β-Amilaza Amilo 1,6 Glucosidaza Glucoamilaza Glucoamilaza Phân tử tinh bột được phân giải thành đường Glucozơ dưới tác động của 4 loại Enzym 3.2.3. Vi sinh vật phân hủy Tinh bột 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.2. Sự phân giải tinh bột Trong đất có nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột. Một số vi sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại Enzym trong hệ Enzym Amilaza Một số loài vi khuẩnVi nấm Aspergillus Xạ khuẩn Quá trình phân giải Xenluloza và tinh bột đều tạo thành đường đơn (đường 6 cacbon). Đường đơn tích luỹ lại trong đất sẽ được tiếp tục phân giải các nhóm vi sinh vật phân giải đường. Có hai nhóm vi sinh vật phân giải đường: nhóm háo khí và nhóm lên men. 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.3. Sự phân giải đường đơn 3.3.1. Sự phân giải đường đơn nhờ quá trình lên men 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.3. Sự phân giải đường đơn 1. Quá trình lên men etylic Quá trình lên men Etylic còn được gọi là quá trình lên men rượu. Sản phẩm của quá trình này là rượu Etylic và CO2. * Cơ chế của quá trình lên men rượu: Rượu EtylicAxetaldehytPyruvatGlucoza Tiamin Pirophotphat Enzym Piruvat Decacboxylaza 3.3.1. Sự phân giải đường đơn nhờ quá trình lên men 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.3. Sự phân giải đường đơn 1. Quá trình lên men etylic Quá trình lên men rượu ngoài tác dụng của hệ thống enzym do vi sinh vật tiết ra còn đòi hỏi sự tham gia của photphat vô cơ. 2C6H12O6 + 2H3PO4 → 2CO2 + 2CH3CH2OH + 2H2O + Fructoza 1,6 Diphotphat Tuy nhiên, khi có mặt của NaHCO3 hay Na2HPO4 quá trình lên men sẽ sinh ra một sản phẩm khác là Glyxerin đồng thời hạn chế sự sinh ra rượu Etylic. 3.3.1. Sự phân giải đường đơn nhờ quá trình lên men 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.3. Sự phân giải đường đơn 2. Quá trình lên men Lactic Quá trình lên men lactic là quá trình phân giải glucoza thành Axit Lactic, gồm có 2 loại: lên men Lactic đồng hình và lên men Lactic dị hình. Quá trình lên men Lactic đồng hình 2CH3COCOOH C6H12O6 (Glucoza) NAD.H NAD+ Axit Pyruvic 2CH3CHOHCOOH (Axit Lactic) Được thực hiện bởi vi khuẩn Lactobacterium và Streptococcus Glucoza bị phân giải theo con đường Embden- Mayerhof. 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 2. Quá trình lên men Lactic (Lên men Lactic dị hình) 3.3.1. Sự phân giải đường đơn nhờ quá trình lên men 3.3. Sự phân giải đường đơn Glucoza bị phân giải theo con đường Pentozophotphat. Sản phẩm của quá trình lên men này ngoài Axit Lactic còn có rượu Etylic, Axit Axetic và Glyxerin. C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + CH3CH2OH + CH2OHCHOHCH2OH + CO2 + Q A. Lactic A. Axetic Rượu Etylic Glyxerin Vi khuẩn Lactic thường đòi hỏi nhiều loại chất sinh trưởng, chúng khó có thể phát triển trên môi trường tổng hợp mà chỉ có thể sống trên môi trường có các chất hữu cơ như nước chiết nấmmen, sữa, máu v.v... Vì vậy, chúng thường phân bố trên thực vật hoặc xác thực vật, trong sữa, các sản phẩm của sữa, trong ruột người và động vật. 3 .3.2. Sự phân giải nhờ qua ́ trı̀nh oxy hóa 3. SỰ PHÂN GIẢI MỘT SỐ HỢP CHẤT CARBON DO VI SINH VẬT 3.3. Sự phân giải đường đơn Do các nhóm vi sinh vật háo khí có khả năng phân huỷ triệt để đường Glucoza thành CO2 và H2O qua chu trình Crebs. Sản phẩm của các quá trình háo khí không phải là các chất hữu cơ như ở các quá trình lên men mà là CO2 và H2O. * Chu trình Crebs gồm 2 phần: - Phân huỷ Axit Pyruvic tạo CO2 và các Coenzime khử. - Các Coenzime khử thực hiện chuỗi hô hấp để tạo H2O và tổng hợp ATP. TÓM LẠI Các nhóm vi sinh vật tham gia trong quá trình chuyển hoá các hợp chất Cacbon đã góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất, giữ mối cân bằng vật chất trong thiên nhiên. Từ đó giữ được sự cân bằng sinh thái trong các môi trường tự nhiên. Sự phân bố rộng rãi của các nhóm vi sinh vật chuyển hoá các hợp chất Cacbon còn góp phần làm sạch môi trường, khi môi trường bị ô nhiễm các hợp chất hữu cơ chứa Cacbon. Người ta sử dụng những nhóm vi sinh vật này trong việc xử lý chất thải có chứa các hợp chất Cacbon hữu cơ như Xenluloza, tinh bột v.v... CẢM ƠN SỰ THEO DÕI CỦA CÔ VÀ CÁC BẠN!