Tiểu luận Nguồn dinh dưỡng nito

Đặt vấn đề : Từ xa xưa con người đã biết cách tạo ra những sản phẩm lên men từ vi sinh vật. Ngày nay với những nghiên cứu khoa học và sự hiểu biết sâu rộng cho ra đời công nghệ vi sinh, công nghệ enzim tạo ra những chất hoạt động sinh học cao như kháng sinh, vitamin, chất kích tố thực vật, protein, enzim...hầu hết được hình thành qua một quá trình chuyển hóa ở tế bào VSV, chúng còn đảm nhận khâu quan trọng nhất trong chu trình của nhiều nguyên tố chủ yếu của sự sống. Vậy việc nuôi cấy và gìn giữ chúng trong những điều kiện tối ưu là rất cần thiết, cần xét đến một yếu tố quan trọng là nguồn dinh dưỡng của VSV. Bài này em xin giới thiệu đến nguồn dinh dưỡng nito. 2. Quá trình dinh dưỡng nito đối với VSV: 2.1. Chất dinh dưỡng là gì? Bất kì chất nào được cơ thể VSV hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng dùng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp, tạo ra các sản phẩm của tế bào hoặc để cung cấp cho quá trình trao đổi năng lượng có nghĩa là các hợp chất có tham gia vào quá trình trao đổi chất nội bào. 2.2. Sự chuyển hóa các chất có chứa nito dưới tác dụng VSV: Protein VSV 2 3 1 N2 protein động vật NH3 Tiêu hóa hấp thụ 1 đồng hóa đạm vô cơ 2 cố định đạm Protein thực vật 3 amon hóa 5 4 4 nitrat hóa Tổng hợp 5 phản nitrat hóa NO3 Nitrat trong đất, nước. Chu trình đạm trong thiên nhiên gồm 2 quá trình ngược nhau là vô cơ hóa và hữu cơ hóa. Quá trình hữu cơ hóa chủ yếu do thực vật, một phần quan trọng do VSV, còn quá trình vô cơ hóa hoàn toàn do VSV. Động vật và con người đóng vai trò khá ohuj thuộc trong chu trình đạm, chúng chỉ nhân một số hợp chất hữu cơ từ thực vật hoặc VSV rồi giữ gần nguyên như thế. Như vậy VSV là tác nhân chính của quá trình cố định đạm và vô cơ hóa đạm để sự sống tồn tại. 2.2.1. Quá trình đồng hóa đạm vô cơ : Quá trình này được thực hiên do thực vật và 1 số VSV. Đạm vô cơ trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng muối nitrat, muối amon trong đất nước, đây là dạng đạm duy nhất mà thực vật sử dụng được mà động vật không sử dụng được. Với VSV, chỉ trừ loại chuyên kí sinh còn hầu hết tiêu thụ đạm vô cơ bằng cách hấp thụ chúng rồi chuyển chúng thành acid amin, protid, acid nucleic để xây dựng và đổi mới tế bào. 2.2.2. Quá trình cố định đạm : N2 phân tử chiếm một thể tích lớn nhất trong không khí nhưng đa số các VSV không sử dụng được nguồn vô cơ này, chỉ có một số hấp thụ dạng này. Qua hoạt động sống của VSV, N2 sẽ chuyển thành nito ở dạng hợp chất hay là chuyển nito vô cơ thành nito hữu cơ, hoạt động này được gọi là sự cố định N2 phân tử. Quá trình này được thực hiện nhờ sự xúc tác của hệ enzim nitrogenaza. Người ta đã tách được hệ thống nitrogenaza từ 15 loài VSV khác nhau enzim này thường gồm 2 thành phần : Mo-Fe-Protein, Fe-Protein. Các loài VSV cố định N2 có 2 loại : VSV cố định N2 sống tự do có : Azotobacteraceae, Bacillaceae, Enterbacteriaceae.. Các vi khuẩn cố định N2 cộng sinh : vi khuẩn nốt sần họ đậu(Rhizobium), vi khuẩn lam cố định N2 sống cộng sinh. 2.2.3. Quá trình amon hóa : Quá trình này phân hủy, gây thối rửa các hợp chất hữu cơ có chứa nito do VSV gây ra và phân giải tạo thành NH3 dưới dạng muối amon. Quá trình này gồm 2 phần : Amon hóa ure. Ure dưới tác dụng của enzim ureaza trong tế bào VSV sẽ bị phân hủy thành muối cacbonat amon, muối này không bền, dễ bụ phân hủy tạo thành NH3, CO2, H2O. Amon hóa protid : Protein có mặt trong tất cả các cơ thể sống, trong xác động vật, thức ăn và nhiều vật liệu hàng hóa… quá trình phân giải protein được các enzim phân giải có trong tế bào VSV. Có 3 giai đoạn : Protein được phân hủy dưới tác dụng của men proteaza do VSV tiết ra ngoài môi trường sản phẩm cuối cùng là các acid amin. Các acid amin tạo thành do quá trình thủy phân sẽ khuêch tán vào tế bào VSV được phân hủy tiếp theo bằng cách khử nhóm amin hoặc nhóm cacboxyl hoặc cả 2 nhóm đó để hình thành NH3, các hợp chất hữu cơ khác. Các hợp chất hữu cơ được tạo thành do sự phân giải sơ bộ các acid amin sẽ được tiếp tục chuyển hóa thành chất dinh dưỡng VSV cần. 2.2.4. Quá trình nitrat hóa: Các muối amon được tạo thành trong quá trình nitrat hóa protid, ure, kitin… có thể được cây trực tiếp hấp thụ hoặc chuyển thành các muối nitrat. Quá trình oxy hóa amon thành nitrat do nhiều loài vi khuẩn vô cơ đặc biệt có tên vi khuẩn nitrat hóa. Gồm 2 giai đoạn: Oxy hóa muối amon thành nitrit : quá trình có qua nhiều dạng trung gian, NH3 mất H và nhận thêm O2 dần dần. Oxy hóa nitrit thành nitrat : trong quá trình trung gian có tạo thành hidrat của acid nito. Trong cả 2 giai đoạn của quá trình nitrat hóa đều giải phóng ra năng lượng, vi khuẩn sẽ sử dụng năng lượng này để tiến hành phản ứng khử CO2 thành các hợp chất hữu cơ song song với các phản ứng oxy hóa NH3 và HNO3. 2.2.5. Quá trình phản nitrat hóa: Quá trình này thực chất là sự khử nitrat để tạo thành những hợp chất nito có hóa trị nhỏ hơn. 2.3. Khả năng sử dụng nguồn dinh dưỡng nito của VSV: Các VSV sử dụng nguồn dinh dưỡng nito theo nhiều kiểu khác nhau liên quan đến đặc tính sinh lí và kiểu hô hấp riêng của từng loài, ta phân biệt ra 2 nhóm chính: VSV tự dưỡng amin, bao gồm : vi khuẩn Azot Vi khuẩn Amin. VSV dị dưỡng amin, bao gồm : vi khuẩn pepton Vi sinh vật kí sinh. Có những loại VSV không cần đòi hỏi cung cấp bất kì một loại acid amin nào. Chúng có khả năng tổng hợp ra toàn bộ những acid amin mà chúng cần từ nguồn nito vô cơ hay hữu cơ chuyển thành dạng NH3 để xây dựng cơ thể - ta gọi là nhóm tự dưỡng amin. Có những VSV bắt buộc phải cung cấp thêm 1 số acid amin trong quá trình sống mà chúng không có khả năng tổng hợp được gọi chúng là nhóm dị dưỡng amin, loại này chúng tổng hợp protein và nguyên sinh chất của mình từ acid amin có sẵn, acid amin được sử dụng trực tiếp không bị phân giải thành NH3 . Nhu cầu về các loại acid amin ở các loài VSV khác nhau là không giống nhau. Nhiều VSV có khả năng dùng một loại acid amin nào đó làm nguồn thức ăn nito duy nhất. Chúng sẽ phân giải amin này thành NH3 rồi sau đó tự tổng hợp nên các acid amin khác. Có những chủng VSV biểu hiện mối quan hệ mật thiết giữa nồng độ một acid amin nào đó trong môi trường và sự phát triển cảu chúng. Người ta gọi đó là VSV chỉ thị dùng trong việc định lượng acid amin. 2.4. Kết luận : Để tìm hiểu mối quan hệ giữa acid amin của1 chủng vi khuẩn nào đó, trước hết người ta cấy chúng lên môi trường dinh dưỡng có nguồn nito duy nhất là muối amon. Nếu chúng phát triển được, chứng tỏ chúng thuộc nhóm tự dưỡng amin. Nếu chúng không phát triển được và sau khi bổ sung dịch acid amin (thủy phân casein có trộn thêm trytophan) lại phát triển tốt thì chúng dị dưỡng amin, nếu sau khi bổ sung acid amin mà vẫn không phát triển được ta nên xét đến các yếu tố, nguồn C, vitamin, pH…Theo dỗi sự phát triển của VSV để xác định được nhu cầu dinh dưỡng của chúng đối với từng loại acid amin. Mụ