4/9/2019 Chương 3: Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme từ vi sinh vật Sản xuất chế phẩm enzyme từ VSV Điều hồ q trình sinh tổng hợp enzyme môi trường nuôi cấy VSV Tuyển chọn cải tạo giống VSV cho enzyme có hoạt lực cao Phương pháp bảo quản giống VSV Môi trường nuôi cấy VSV sinh tổng hợp enzyme Các phương pháp nuôi cấy VSV Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 4/9/2019 Con đường trao đổi chất • Hàng loạt phản ứng hóa học xảy tế bào • Sản phẩm phản ứng chất phản ứng • Thiếutăng; thừa giảm Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme Nguyên lý q trình điều hòa • Điều hòa hoạt độ: thân enzyme hoạt động bình thường hay giảm hoạt động bị ức chế • Điều hòa sinh tổng hợp enzyme số lượng enzyme sản xuất hay nhiều Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 4/9/2019 Điều hòa hoạt độ • Nhiều loại enzyme thường không sử dụng hết khả xúc tác chúng • Làm tăng tốc độ trình chuyển hóa có nhu cầu cần thiết tế bào • yếu tố khơng đặc hiệu: pH, oxy hóa khử, lực ion, nhiệt độ • hợp chất có tác dụng đặc hiệu với trung tâm hoạt động: chất, coenzyme • chất có tác dụng dị lập thể Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme Điều hòa hoạt độ theo chế dị lập thể • sản phẩm chuyển hóa cuối dãy phản ứng hóa học xúc tác nhiều enzyme tác dụng hoạt hóa hay ức chế lên enzyme xúc tác phản ứng enzyme dị lập thể • Enzyme dị lập thể thay đổi hoạt độ xúc tác thông qua thay đổi cấu hình khơng gian enzyme, trung tâm hoạt động gắn với chất điều hòa dị lập thể • Nếu làm tăng hoạt độ gọi chất điều hòa dương, làm giảm hoạt độ gọi chất điều hòa âm Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 4/9/2019 Ức chế ngược - ức chế dị lập thể Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme Điều hòa hoạt độ theo chế biến đổi dạng HĐ KHĐ Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 4/9/2019 Điều hòa sinh tổng hợp enzyme Trong thể thường tồn hai loại enzyme: • Enzyme thường trực hay enzyme cấu (constitutive enzymes) enzyme tham gia thành phần hoạt động tế bào, gồm tất loại enzyme xúc tác q trình chuyển hóa tế bào lúc có tế bào • Enzyme cảm ứng (inductive enzymes) bình thường có lượng ít, khơng đáng kể, chúng tăng lên nhanh chóng đưa vào môi trường chất xác định Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme Hiện tượng cảm ứng (induction) • Là tượng làm tăng lượng enzyme tế bào (ngược lại với tượng trấn áp) • Trong số enzyme vi sinh vật tổng hợp, có enzyme bình thường tổng hợp ỏi thêm số chất định vào môi trường ni cấy hàm lượng chúng tăng lên nhiều lần Monod Cohn (1925) gọi enzyme enzyme cảm ứng, chất gây nên hiệu gọi chất cảm ứng Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 10 4/9/2019 Hiện tượng cảm ứng • Các enzyme cảm ứng thường enzyme xúc tác cho trình phân giải như: protease, amylase, pectinase, penixilinase, β-galactosidase tế bào E coli • Sự cảm ứng thường có tính chất dây chuyền • Sự cảm ứng có tính đa hướng tính hợp đồng Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 11 Hiện tượng trấn áp (ức chế )- repression • Là tượng làm giảm trình sinh tổng hợp sản phẩm cuối q trình ni cấy • Hiện tượng thường gặp enzyme xúc tác trình sinh tổng hợp chiều như: trình sinh tổng hợp axit amin, nucleotit Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 12 4/9/2019 Ví dụ chế trấn áp Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 13 Cơ chế tượng cảm ứng Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 14 4/9/2019 Cơ chế tượng cảm ứng Có chất cảm ứng Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 15 Cơ chế tượng kìm hãm Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 16 4/9/2019 Điều hoà tương tác RNA - polymerase với promotor • AMPv (AMP vòng) có tác dụng kích thích q trình chép mã operon phân giải nhờ protein đặc biệt làm trung gian gọi protein nhận AMPv, hay gọi protein hoạt hố phân giải CAP (catabolite activator protein) Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 17 Điều hoà tương tác RNA - polymerase với promotor • Khi AMPv kết hợp với CAP tạo thành phức hợp có tác dụng hoạt hoá promotor làm cho RNA - polymerase dễ dàng kết hợp với để bắt đầu q trình chép mã  AMPv có tác dụng làm tăng cường q trình chép Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 18 4/9/2019 Kết luận Trong tế bào có chế điều chỉnh phức tạp có hiệu quả, đảm bảo cho liên hệ thông tin chặt chẽ máy di truyền tế bào q trình chuyển hóa vật chất tế bào Nhờ chế mà nồng độ nội bào phân tử nhỏ kiểm tra tổng hợp phân tử enzyme Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 19 Nguyên lý trao đổi chất VSV sinh tổng hợp enzyme Để thực q trình đồng hóa dị hóa đó, VSV phải tổng hợp enzyme tương ứng • Các enzyme đồng hóa tổng hợp tế bào thực hoạt động đồng hóa xảy tế bào • Các enzyme dị hóa tổng hợp tế bào hoạt động tế bào (enzyme ngoại bào – exoenzyme) tế bào (enzyme dị bào – endoenzyme) Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 20 10 4/9/2019 Nguyên lý trao đổi chất VSV sinh tổng hợp enzyme • Theo nghĩa rộng, enzyme nội bào bao gồm loại enzyme tham gia tổng hợp, enzyme tham gia phản ứng oxy hóa enzyme tham gia chuyển hóa vật chất tế bào • Phần lớn enzyme ngoại bào thuộc enzyme cảm ứng Do đó, việc điều khiển sinh tổng hợp enzyme ta áp dụng quy luật cảm ứng thu kết mong muốn Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 21 Nguyên lý điều khiển trình kỹ thuật sản xuất enzyme quy mơ cơng nghiệp • Điều khiển genotype • Điều khiển biểu phenotype Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 22 11 4/9/2019 Sản xuất chế phẩm enzyme từ VSV Điều hồ q trình sinh tổng hợp enzyme môi trường nuôi cấy VSV Phân lập, tuyển chọn cải tạo giống VSV cho enzyme có hoạt lực cao Phương pháp bảo quản giống VSV Môi trường nuôi cấy VSV sinh tổng hợp enzyme Các phương pháp nuôi cấy VSV Tách làm chế phẩm enzyme Phân lập • Trong điều kiện tự nhiên: môi trường khắc nghiệt nhất, tồn giống có hoạt tính cao • Trong điều kiện sản xuất • Trong mẫu hư hỏng 12 4/9/2019 Đặc điểm chủng phân lập tự nhiên • Khơng có khả sinh tổng hợp loại enzyme thật mạnh • Cần có thời gian thích nghi với điều kiện sản xuất cơng nghiệp • tập trung vùng mơi trường có chứa nhiều chất tương ứng • Trong q trình sinh sản phát triển, VSV tự nhiên xảy thường biến đột biến Những đột biến có lợi thường tồn bền vững nên việc tìm kiếm đột biến kiểu có ý nghĩa Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 25 Đặc điểm giống phân lập điều kiện sản xuất • Đã thích nghi với điều kiện sản xuất không cần phải qua giai đoạn sản xuất thử, thí nghiệm • Có đặc điểm sinh hóa cao chủng hoang dại • Mật độ tế bào VSV có điều kiện sản xuất thường cao Do khả thu nhận chủng có khả sinh tổng hợp enzyme cao thường cao Công nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 26 13 4/9/2019 Kỹ thuật nâng cao chất lượng giống • Phương pháp gây đột biến: dùng tác nhân vật lý hay hóa học để tác động lên tế bào VSV • Phương pháp biến nạp: biến đổi tính trạng di truyền VSV ảnh hưởng DNA dịch chiết nhận từ tế bào VSV khác • Phương pháp tiếp hợp gene: Vật liệu di truyền chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận tế bào tiếp xúc với • Phương pháp tải nạp: Vật liệu di truyền chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ vai trò trung gian thực khuẩn thể Cơng nghệ sản xuất chế phẩm enzyme 27 Phương pháp bảo quản giống • Cấy chuyền: vi khuẩn, nấm men (1-3 tuần) • Làm khơ: Trong mơi trường tối thiểu có độ ẩm thấp (