Bài tập quá trình tổng hợp phân giải ở sinh vật và ứng dụng
Kiến thức cần nhớ
Quá trình tổng hợp ở vi sinh vật
- Vai trò của quá trình tổng hợp: hình thành các hợp chất (vật liệu) để xây dựng và duy trì các hoạt động của vi sinh vật, đồng thời, giúp vi sinh vật tích lũy năng lượng.
1. Quang tổng hợp ở vi sinh vật và ứng dụng
- Quang tổng hợp ở vi sinh vật là quá trình vi sinh vật tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng.
- Quang tổng hợp ở vi sinh vật được chia thành hai nhóm: quang hợp không thải O2 – quang khử (vi khuẩn màu tía và màu lục) và quang hợp thải O2 (vi khuẩn lam và vi tảo).
- Vai trò của quang tổng hợp ở vi sinh vật đối với sinh giới: góp phần tạo ra hợp chất hữu cơ cho sinh giới, cung cấp O2 cho con người và các sinh vật trên Trái Đất.
- Ứng dụng: con người đã sử dụng vi sinh vật quang tổng hợp như tảo và vi khuẩn lam để sản xuất thực phẩm, dược phẩm, nhiên liệu.
2. Tổng hợp amino acid, protein và ứng dụng
- Cơ chế: Phần lớn vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các amino acid. Thông qua quá trình dịch mã, ribosome sẽ liên kết các amino acid để tổng hợp protein.
- Vai trò: Một số protein tham gia hình thành cấu trúc tế bào vi sinh vật, phần lớn còn lại thực hiện chức năng xúc tác.
- Ứng dụng: Con người có thể ứng dụng vi sinh vật để sản xuất amino acid như: sản xuất glutamic acid nhờ vi khuẩn Corynebacterium glutamicum; sản xuất lysine nhờ vi khuẩn Brevibacterium flavum; sản xuất protein nhờ nấm men S. cerevisiae.
3. Tổng hợp polysaccharide, polyhydroxyalkanoate và ứng dụng
- Cơ chế: Vi sinh vật tổng hợp các polysaccharide từ các monosaccharide.
- Vai trò: Các polysaccharide được sử dụng làm nguyên liệu xây dựng tế bào hoặc chất dự trữ cho tế bào.
- Ứng dụng: Sử dụng vi khuẩn Bacillus cereus hay Cupriavidus necator tổng hợp các hạt polyhydroxyalkanoate để thay thế nhựa hóa dầu.
4. Tổng hợp lipid và ứng dụng
- Cơ chế: Các vi sinh vật tổng hợp lipid từ nguyên liệu glycerol và acid béo.
- Vai trò: Lipid là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào, đặc biệt là màng tế bào.
- Ứng dụng: Nuôi cấy một số vi sinh vật dự trữ carbon và năng lượng bằng cách tích lũy nhiều lipid trong tế bào như nấm men hoặc vi tảo để thu lipid sử dụng trong sản xuất dầu diesel sinh học.
5. Tổng hợp kháng sinh và ứng dụng
- Vai trò: Nhiều vi sinh vật có thể sinh tổng hợp kháng sinh để ức chế sự phát triển của các sinh vật khác trong cùng môi trường.
- Ứng dụng: Tuyển chọn và nuôi các vi sinh vật để sản xuất thuốc kháng sinh dùng trong chữa bệnh. Ví dụ: Kháng sinh penicillin được sản xuất từ nấm mốc Penicillium chrysogenum.
Quá trình phân giải ở vi sinh vật
- Vai trò của quá trình phân giải ở vi sinh vật: hình thành nguyên liệu và năng lượng cung cấp cho quá trình tổng hợp và các hoạt động của tế bào.
1. Phân giải protein và ứng dụng
- Cơ chế: Vi sinh vật sinh tổng hợp protease để phân giải protein thành các amino acid.
- Vai trò: Các amino acid được tạo ra từ quá trình phân giải protein có thể được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp các phân tử protein mới, khử amin chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ hoặc oxi hóa để giải phóng năng lượng.
- Ứng dụng: Con người ứng dụng khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào cao của vi sinh vật để phân giải protein trong đậu tương, cá thành các sản phẩm giàu amino acid như nước tương, nước mắm.
2. Phân giải polysaccharide mà ứng dụng
- Cơ chế: Nhiều vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme ngoại bào như cellulase, amylase để phân giải các polysaccharide thành các phân tử đường.
- Vai trò: Các phân tử đường tạo ra từ quá trình phân giải polysaccharide được vi sinh vật sử dụng làm nguyên liệu xây dựng tế bào hoặc dùng làm nguyên liệu để thực hiện hô hấp tế bào sinh năng lượng và lên men.
- Ứng dụng:
+ Sử dụng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase mạnh để phân hủy xác thực vật thành phân bón hữu cơ nhằm làm giàu chất dinh dưỡng cho đất.
+ Sử dụng vi sinh vật phân giải tinh bột và vi sinh vật sẽ chuyển hóa đường thành ethanol để sản xuất ethanol sinh học.
+ Sử dụng nhóm vi khuẩn lên men lactic để sản xuất sữa chua, sản xuất lactic acid hoặc muối chua rau, củ, quả, thịt, cá, tôm.
3. Lợi ích và tác hại của quá trình phân giải nhờ vi sinh vật
- Lợi ích của quá trình phân giải nhờ vi sinh vật:
+ Vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa các hợp chất vô cơ giúp khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên.
+ Con người có thể ứng dụng quá trình phân giải của vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường, đồng thời, kết hợp để tạo ra các sản phẩm hữu ích như hóa chất, nguyên liệu và nhiên liệu.
- Tác hại của quá trình phân giải nhờ vi sinh vật:
+ Làm hư hỏng thực phẩm, ví dụ như lúa, ngô, khoai, sắn,…
+ Làm hư hỏng và gây mất mĩ quan các vật dụng, đồ gỗ dùng xây dựng nhà cửa,…
Làm một số sản phẩm lên men từ vi sinh vật
1. Lên men sữa chua
1.1. Chuẩn bị
- Nguyên liệu: 1 lít sữa tươi có đường, sữa chua thành phẩm (1 hộp).
- Dụng cụ: bình chứa có thể tích 2 lít, cốc có nắp có thể tích 100 mL (12 cốc), bình đun nước, đũa thủy tinh, giấy quỳ.
1.2. Tiến hành
- Bước 1: Đổ 1 lít sữa tươi ra bình chứa 2 lít.
- Bước 2: Bổ sung sữa chua thành phẩm vào hỗn hợp dịch sữa đã chuẩn bị ở bước 1, dùng đũa thủy tinh khuấy để sữa chua trộn đều.
- Bước 3: Chia đều hỗn hợp sữa vào các cốc sạch và đậy nắp.
- Bước 4: Ủ các cốc sữa ở nhiệt độ 35 – 40 oC trong thời gian 8 – 12 giờ.
- Bước 5: Bảo quản các cốc sữa trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4 – 6 oC và sử dụng trong 5 ngày.
- Bước 6: Quan sát màu sắc, trạng thái, xác định mùi vị, đo pH của hỗn hợp sữa ở bước 2 và sản phẩm sữa chua ở bước 5.
Ghi lại thông tin theo gợi ý như bảng 19.1
1.3. Báo cáo
Viết báo cáo theo gợi ý ở bài 6, so sánh kết quả thu được với các nhóm khác, đồng thời thảo luận trả lời các câu hỏi sau:
- Giải thích sự sai khác của các số liệu thu được ở bảng 19.1, dựa trên số liệu đó để giải thích cơ chế đông tụ của sữa chua.
- Nêu các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sữa chua và cách thức điều chỉnh các yếu tố đó để có sản phẩm sữa chua ngon.
2. Lên men dưa chua
2.1. Chuẩn bị
- Nguyên liệu: rau cải bắp hoặc cải bẹ, muối, đường, hành lá, nước đun sôi để nguội.
- Dụng cụ: dao hoặc kéo, bình lên men (lọ sành, sứ hoặc thủy tinh), phên tre hoặc nứa, giấy quỳ.
2.2. Tiến hành
- Bước 1: Rửa rau cải và hành bằng nước sạch, phơi héo rau cải.
- Bước 2: Cắt cải bẹ thành khúc khoảng 3 – 4 cm, nếu dùng cải bắp thì thái nhỏ khoảng 0,5 – 0,8 cm, cắt hành lá thành khúc 3 – 4 cm.
- Bước 3: Trộn đều rau cải và hành rồi cho vào bình lên men, dùng phên nén chặt.
- Bước 4: Bổ sung dung dịch nước muối 3 % có chứa 0,5 – 1 % đường cho ngập rau khoảng 5 cm.
- Bước 5: Ủ ở nhiệt độ 35 – 40 oC trong 2 ngày thu được sản phẩm dưa chua.
- Bước 6: Thu thập số liệu.
+ Quan sát màu sắc, trạng thái, xác định mùi vị, đo pH của dưa ở bước 4 và sản phẩm dưa chua.
+ Ghi đặc điểm của dưa ở bước 4 và sản phẩm ở bước 5 theo gợi ý như bảng 19.2.
2.3. Báo cáo
- Viết báo cáo theo gợi ý ở bài 6.
- Thảo luận trả lời các câu hỏi sau:
+ Vi khuẩn lên men dưa chua có từ những nguồn nào? Người ta thường chủ động bổ sung vi khuẩn lactic trong quá trình muối dưa bằng cách nào?
+ Dưa cải muối chua khi ăn được thì được gọi là dưa “chín”, em hãy giải thích cơ chế gây ra sự “chín” của dưa.
+ Nêu các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dưa chua và cách thức điều chỉnh các yếu tố đó để có sản phẩm dưa chua ngon.
3. Lên men bánh mì
3.1. Chuẩn bị
- Nguyên liệu: 250 g bột mì, 5 g men bánh mì, 160 mL nước đun sôi để nguội, 2 g muối, 16 g đường.
- Dụng cụ: dao nhỏ, thìa, khay inox (20 × 27 cm) phủ giấy nến, bình đựng nước, bát inox có đường kính miệng khoảng 30 cm, găng tay.
- Thiết bị: lò nướng hoặc tủ sấy.
3.2. Tiến hành
- Bước 1: Trộn đều muối, men bánh mì và đường với 160 mL nước.
- Bước 2: Bổ sung dần dung dịch ở bước 1 vào bát bột và dùng tay trộn đều cho đến khi bột mịn.
- Bước 3: Ủ ở nhiệt độ 28 – 30 oC trong khoảng 20 phút.
- Bước 4: Chia bột thành những phần nhỏ (khoảng 8 phần), tạo hình cho mỗi phần đó.
- Bước 5: Xếp bánh vào các khay và ủ ở nhiệt độ 28 – 30 oC trong khoảng 1 giờ.
- Bước 6: Dùng dao khía mặt bánh và nướng ở 160 oC trong khoảng 25 – 30 phút thu được sản phẩm.
- Bước 7:
+ Quan sát màu sắc vỏ bánh, xác định mùi và vị của bánh mì.
+ Ghi thông tin đặc điểm của bánh mì theo gợi ý như bảng 19.3.
3.3. Báo cáo
Viết báo cáo theo gợi ý ở bài 6. Thảo luận trả lời các câu hỏi sau:
- Giải thích cơ chế làm cho bánh phồng lên khi ủ.
- Nêu các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bánh mì và cách thức điều chỉnh các yếu tố đó để có sản phẩm bánh mì ngon.
Bài tập tự luyện
Bài 1: Rau, củ muối chua (hình 19.1) là sản phẩm của quá trình chuyển hoá nào?
Hướng dẫn giải:
Rau, củ quả muối là ứng dụng của quá trình lên men, trong quá trình này các vi khuẩn và nấm men chuyển hóa đường thành acid lactic.
Trả lời:
Rau, củ muối chua là sản phẩm của quá trình lên men để chuyển hóa đường thành acid lactic.
Bài 2: Để có sản phẩm muối chua ngon thì cần lưu ý những yếu tố nào?
Trả lời:
Để có sản phẩm muối chua ngon thì cần lưu ý các yếu tố: nhiệt độ, lượng đường, lượng muối phù hợp để tạo môi trường thuận lợi cho hoạt động của vi sinh vật.
Bài 3: Nêu vai trò của quá trình tổng hợp ở vi sinh vật.
Hướng dẫn giải:
Quá trình tổng hợp tạo ra năng lượng và các vật liệu cho hoạt động sống của vi sinh vật.
Trả lời:
Vai trò của quá trình tổng hợp:
Hình thành các hợp chất (vật liệu) để xây dựng và duy trì các hoạt động của vi sinh vật, đồng thời cũng là quá trình vi sinh vật tích lũy năng lượng.
Bài 4: Quang tổng hợp ở vi sinh vật có điểm gì giống và khác với quang hợp ở thực vật?
Hướng dẫn giải:
- Một số vi sinh vật có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời.
Trả lời:
- Giống nhau: Đều là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng.
- Khác nhau:
+ Quang hợp ở thực vật là quá trình tổng hợp các chất hữu có giải phóng O2.
+ Quang tổng hợp ở vi sinh vật chia làm 2 nhóm: quang hợp không thải O2 là quang khử (vi khuẩn màu tía và màu lục) và quang hợp thải O2 (vi khuẩn lam và vi tảo).
Bài 5: Nêu vai trò của những vi sinh vật có khả năng quang tổng hợp.
Hướng dẫn giải:
- Một số sinh vật quang hợp có thể thải O2 cung cấp cho hoạt động sống của các sinh vật trên Trái Đất.
Trả lời:
Vai trò của những vi sinh vật có khả năng quang tổng hợp:
- Tạo ra hợp chất hữu cơ cho sinh giới.
- Cung cấp O2 cho các sinh vật trên Trái Đất.
- Được sử dụng để sản xuất thực phẩm, dược phẩm, nhiên liệu.
Bài 6: Tổng hợp amino acid và protein có vai trò gì với vi sinh vật? Con người đã khai thác khả năng này của vi sinh vật để làm gì?
Hướng dẫn giải:
Một số vai trò của protein: xúc tác, vận tải, vận động, bảo vệ, truyền xung thần kinh, chống đỡ cơ học,....
Trả lời:
- Protein ở vi sinh vật phần lớn có vai trò xúc tác, còn lại có vai trò tham gia hình thành cấu trúc tế bào vi sinh vật.
- Con người ứng dụng vi sinh vật để sản xuất ra amino acid như:
+ Sản xuất glutamic acid nhờ vi khuẩn Corynebacterium glutamicum.
+ Sản xuất lysine nhờ vi khuẩn Brevibacterium flavum.
+ Sản xuất protein nhờ nấm men S.cerevisiae.
Bài 7: Tổng hợp polysaccharide có ý nghĩa gì đối với vi sinh vật?
Hướng dẫn giải:
Vai trò của polysaccharide trong tế bào: dự trữ năng lượng cho hoạt động của tế bào, cấu trúc tế bào, gắn kết các thành phần của tế bào.
Trả lời:
Polysaccharide được sử dụng làm nguyên liệu xây dựng tế bào (ví dụ: thành tế bào, tinh bột) hoặc chất dự trữ cho tế bào (ví dụ: glycogen, tinh bột).
Bài 8: Tại sao nên sử dụng nhựa phân hủy sinh học ví dụ như polyhydroxyalkanoate để thay thế nhựa hoá dầu?
Hướng dẫn giải:
Một số tác hại của nhựa hóa dầu:
- Khó tái chế, khó phân hủy nên gây ô nhiễm môi trường.
- Có thể gây hại cho sức khỏe con người.
Trả lời:
Nên sử dụng nhựa phân hủy sinh học ví dụ như polyhydroxyalkanoate để thay thế nhựa hoá dầu vì chúng có khả năng phân hủy sinh học nên ít gây hại đến môi trường và sức khỏe con người.
Bài 9: Nêu vai trò của lipid đối với tế bào vi sinh vật?
Hướng dẫn giải:
Một số vai trò của lipit: tham gia cấu trúc màng tế bào, cung cấp nhiên liệu cho hoạt động sống của tế bào, chất mang điện tử,....
Trả lời:
Đối với tế bào vi sinh vật, lipit có vai trò trong việc tham gia xây dựng cấu trúc tế bào, đặc biệt là màng tế bào; dự trữ carbon và năng lượng.
Bài 10: Kháng sinh có vai trò gì đối với chính các vi sinh vật tổng hợp ra nó.
Hướng dẫn giải:
Kháng sinh có vai trò tiêu diệt hoặc kìm hãm sự phát triển của một số vi khuẩn.
Trả lời:
Kháng sinh được tạo ra từ vi sinh vật giúp chúng ức chế sự phát triển của các sinh vật khác, giúp chúng sử dụng tối đa dinh dưỡng có trong môi trường.
Bài 11: Khi sử dụng kháng sinh để chữa bệnh, chúng ta cần lưu ý điều gì?
Hướng dẫn giải:
Kháng sinh là thuốc tiêu diệt hoặc kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn, từ đó giảm đáp ứng viêm gây ra bởi vi khuẩn. Mỗi loại kháng sinh có thể tiêu diệt một số loại vi khuẩn nhất định.
Trả lời:
Khi sử dụng kháng sinh để chữa bệnh, chúng ta cần sử dụng đúng loại kháng sinh và liều lượng theo chỉ dẫn của bác sĩ.
Bài 12: Sản phẩm của quá trình phân giải protein là gì? Vi sinh vật sử dụng các sản phẩm đó cho những hoạt động nào tiếp theo.
Hướng dẫn giải:
Vi sinh vật phân giải protein thành các amino acid, các amino acid này sẽ được tổng hợp thành các protein mới và cung cấp năng lượng cho tế bào.
Trả lời:
- Sản phẩm của quá trình phân giải protein là amino acid.
- Vi sinh vật sử dụng amino acid để tổng hợp các phân tử protein mới, khử amin chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ hoặc oxi hóa để giải phóng năng lượng.
Bài 13: Nêu vai trò của vi sinh vật trong quá trình sản xuất nước tương và nước mắm.
Hướng dẫn giải:
Trong nước tương và nước mắm có nhiều acid amin như vali, leucin, methionin,.... được phân giải từ protein cá hoặc đậu tương.
Trả lời:
Vi sinh vật trong quá trình sản xuất nước tương và nước mắm có vai trò phân giải các protein có trong cá, đậu tương thành các amino acid.
Bài 14: Nêu ý nghĩa của quá trình phân giải polysaccharide đối với vi sinh vật.
Hướng dẫn giải:
Vi sinh vật phân giải các polysaccharide thành các phân tử đường. Các phân tử đường là thành phần cấu tạo quan trọng của nhiều phân tử như acid nucleic, coenzyme, polysaccharide,.....
Trả lời:
Ý nghĩa của quá trình phân giải saccharide đối với vi sinh vật: Quá trình phân giải saccharide cung cấp nguyên liệu xây dựng tế bào hoặc chuyển hóa tiếp thành năng lượng, các chất hữu cơ.
Bài 15: Con người đã ứng dụng khả năng phân giải polysaccharide của vi sinh vật để làm gì?
Trả lời:
Con người đã ứng dụng khả năng phân giải polysaccharide của vi sinh vật để sản xuất sữa chua, sản xuất lactic acid; muối chua rau, củ, thịt,...; sản xuất ethanol sinh học.
Bài 16: Vì sao trong quá trình muối chua rau, củ, quả, người ta thường bổ sung thêm đường?
Hướng dẫn giải:
Trong quá trình muối chua rau, củ, quả, các vi khuẩn phân giải polysaccharide thành các phân tử đường, sau đó lên men để chuyển hóa đường thành acid lactic.
Trả lời:
Trong quá trình muối chua rau, củ, quả, người ta thường bổ sung thêm đường để tạo môi trường cho các vi khuẩn lactic phát triển thuận lợi, thúc đẩy quá trình phân giải polysaccharide.
Bài 17: Nêu những lợi ích và tác hại của quá trình phân giải các chất nhờ vi sinh vật.
Hướng dẫn giải:
Bên cạnh những lợi ích được ứng dụng trong cuộc sống của con người như tạo ra các nguyên - vật liệu, các vi sinh vật còn có thể tác động xấu đến sức khỏe và các vật dụng của con người.
Trả lời:
- Lợi ích: Góp phần khép kín vòng tuần hoàn các chất trong tự nhiên, được ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường, tạo ra các sản phẩm hữu ích như hóa chất, nguyên liệu, nhiên liệu.
- Tác hại: Có thể gây hại đến lương thực, thực phẩm; làm các vật dùng, đồ gỗ bị hư hỏng và mất mỹ quan,....
Bài 18: Kể thêm một số sản phẩm ứng dụng vai trò phân giải của vi sinh vật mà em biết.
Hướng dẫn giải:
Người ta ứng dụng vai trò phân giải của vi sinh vật để tạo thức ăn cho người và động vật, phân giải một số chất gây ô nhiễm môi trường,...
Trả lời:
Một số ứng dụng vai trò phân giải của vi sinh vật:
- Tham gia quá trình tạo thức ăn cho gia súc.
- Được sử dụng để chế tạo các chế phẩm sinh học thân thiện với môi trường như khử mùi, thông tắc, phân hủy chất thải,....
- Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da, giúp làm sạch lông động vật.
- Cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
- Tạo môi trường phát triển cho các loại nấm ăn.
Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác
50 Bài tập tế bào nhân sơ (có đáp án)
50 Bài tập các phân tử sinh học (có đáp án)
50 Bài tập các nguyên tố hóa học và nước (có đáp án)
50 Bài tập phương pháp nghiên cứu và học tập môn Sinh học (có đáp án)
