II – CÁC QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP Ở VI SINH VẬT VÀ ỨNG DỤNG
1. Đặc điểm chung của quá trình tổng hợp ở vi sinh vật
Vi sinh vật có khả năng tổng hợp tất cả các chất của tế bào chủ yếu (axit nuclêic, prôtêin, polisaccarit và lipit). Thành phần hoá học và cơ chế tổng hợp của 4 loại cao phân tử sinh học nói trên đều giống nhau ở mọi tế bào sinh vật. Tuy nhiên, do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật cao, nên con người đã khai thác chúng để sử dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.
a) Tổng hợp axit nuclêic và prôtêin
Việc tổng hợp ADN, ARN và prôtêin diễn ra tương tự ở mọi tế bào sinh vật ADN (vật chất di truyền) có khả năng tự sao chép: ARN được tổng hợp (phiên mã) trên sợi khuôn, cuối cùng prôtêin được tạo thành (dịch mã) trên phức hệ ribôxôm. Đáng chú ý ở một số virut có quá trình phiên mã ngược (ví dụ HIV), ở đây, ARN được dùng làm sợi khuôn để tổng hợp ADN.
b) Tổng hợp pôlisaccarit
Ở vi khuẩn và tảo, việc tổng hợp tinh bột và glicogen cần hợp chất mở đầu là ADP - glucôzơ (ađênôzinđiphôtphat - glucôzơ):
$(Glucozo)_{n}$ + ADP - glucôzơ → $(glucozo)_{n+1}$ + ADP
Một số vi sinh vật còn tổng hợp được kitin và xenlulôzơ.
c) Tổng hợp lipit
Vi sinh vật tổng hợp lipit bằng cách liên kết glixerol và các axit béo. Glixerol dẫn xuất từ đihiđrôxiaxêtôn – P (trong đường phân). Các axit béo được tạo thành nhờ sự kết hợp liên tục với nhau của các phân tử axêtyl-CoA.
2. Ứng dụng sự tổng hợp của vi sinh vật
a) Sản xuất sinh khối (hoặc prôtêin đơn bào)
Nhiều loại vi sinh vật được sử dụng làm nguồn thực phẩm cho người (như một số nấm ăn) hoặc làm thức ăn bổ sung cho chăn nuôi (nhiều vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo).
Vi khuẩn lam Sipirulina được dùng làm nguồn thực phẩm ở Châu Phi và được bán ở Mĩ dưới dạng bột hoặc dạng bánh. Ở Nhật Bản, tảo Chlorella được dùng làm nguồn prôtêin và vitamin, bổ sung vào kem, sữa chua, bánh mì. Chất thải từ các xí nghiệp chế biến quả, bột, sữa... được dùng để nuôi một số nấm men, nấm mốc, sử dụng làm thức ăn trong chăn nuôi. Như vậy, việc sản xuất sinh khối vi sinh vật cũng góp phần giảm nhẹ ô nhiễm môi trường.
b) Sản xuất axit amin
Nhiều thực phẩm có nguồn thực vật chứa hàm lượng prôtêin đủ cung cấp về lượng cho nhu cầu của gia súc nhưng lại không thể dùng làm nguồn prôtêin thức ăn do thiếu một số axit amin không thay thế cần cho con vật. Ví dụ, prôtêin lúa mì nghèo lizin, prôtêin lúa nước nghèo lizin và treonin, protein ngô nghèo lizin và triptôphan, prôtêin đậu nghèo mêtiônin. Do vậy, để đảm bảo chất lượng thức ăn cho người và gia súc, cần thiết phải bổ sung axit amin không thay thế nói trên vào thực phẩm có nguồn gốc cây trồng. Ngoài ra, một axit amin được dùng làm gia vị nhằm tăng độ ngon ngọt của các món ăn là axit glutamic (ở dạng natri glutamat, mì chính). Chính sự lên men vi sinh vật đã giải quyết được những thiếu hụt axit amin nói trên.
c) Sản xuất các chất xúc tác sinh học
Vi sinh vật có khả năng tiết vào môi trường các enzim nhằm thủy phân các cao phân tử (tinh bột, xenlulozozơ, prôtêin, lipit...) thành các chất nhỏ hơn (glucôzơ, axit amin, axit béo) trước khi vận chuyển vào tế bào.
Con người đã sử dụng các enzim vi sinh vật trong đời sống và trong nền kinh tế quốc dân, chẳng hạn :
- Amilaza (thủy phân tinh bột) được dùng khi làm tương, rượu nếp, trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, công nghiệp dệt, sản xuất xirô giàu fructozơ.
- Proteaza (thủy phân prôtêin) được dùng trong làm tương, chế biến thịt, thuộc da, sản xuất bột giặt.
- Xenlulaza (thủy phân xenlulozơ) được dùng trong chế biến rác thải và xử lí các bã thải dùng làm thức ăn cho chăn nuôi.
- Lipaza (thủy phân lipit) dùng trong sản xuất bột giặt và chất tẩy rửa.
d) Sản xuất gôm sinh học
Nhiều vi sinh vật tiết vào môi trường một số loại đường phức gọi là gôm. Gôm có vai trò bảo vệ tế bào vi sinh vật khỏi bị khô, ngăn cản sự tiếp xúc với virut, đồng thời là nguồn dự trữ cacbon và năng lượng.
Gôm được dùng trong công nghiệp để sản xuất kem, sản xuất kem phủ bề mặt bánh và làm chất phụ gia trong công nghiệp khai thác dầu hỏa. Trong y học, gôm được dùng làm chất thay huyết tương và trong sinh hoá học dùng làm chất tách chiết enzim.