MỤC LỤC
1.5.2 Quá trình t ng h p pyrol (porphobinogen)ổ ợ 25
1.5.3 Quá trình óng vòng c a 4 vòng pyrol (tetrapyrol)đ ủ 27
1.5.4 a ion Mg2+ v o h th ng vòngĐư à ệ ố 28
CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG BÀI LUẬN VĂN
PS : Hệ thống quang hợp
IR : Phổ hồng ngoại
UV – VIS : Phổ tử ngoại và khả kiến
MS : Phổ khối lượng
1
H – NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
1
H.
MPP : Metylpheophobide a
PP : Pheophytin a
ATP : Adenosin Triphotphat
NADP : Nicotinamit Adenin Dinucleotitphotphat
LHC : Ánh sáng thu hoạch phức hợp
DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần của các chlorophyll khác nhau Error: Reference
source not found
Bảng 3.1: Bảng dữ liệu phổ
1
H – NMR của Pheophytin a. Error: Reference
source not found
Bảng 3.2: Bảng dữ liệu phổ
1
H – NMR của metylpheophobide a Error:
Reference source not found
Bảng 3.3: Bảng dữ liệu phổ

để diệt các tế bào ung thư và chống virus, chất kháng bổ thể, chất chữa vết
thương và khử mùi hôi.
Chlorophyll ức chế phát triển của vi khuẩn, kích thích việc phục hồi các
mô đã bị hư hại và bảo vệ con người khỏi các chất gây ung thư. Chlorophyll
còn giúp cho tiêu hóa tốt và làm cho da thêm đẹp…
1
Đã có những công trình nghiên cứu khả năng chữa bệnh của các hợp chất
với chlorophyll để chữa, tiêu diệt tế bào ung thư tủy, virus leukemia, u ác tính
(malignant melanoma). Chlorophyll còn có tác dụng giảm viêm khớp
(arthritis), xử lý các u xơ, giảm mùi hôi, giảm đường máu của người bệnh già.
Chlorophyll có nhiều loại, chlorophyll (a, b, c, d, …), trong đó
chlorophyll a rất phổ biến trong tự nhiên, đó là chất diệp lục trong hệ quang
hợp của thực vật bậc cao, tảo biển, và vi khuẩn quang hợp. Tuy nhiên trong
thực vật bậc cao hệ thống quang hợp có cấu tạo rất phức tạp và bao gồm
nhiều loại chlorophyll khác nhau. Quá trình tách các chlorophyll ra khỏi nhau
rất khó khăn và phức tạp. Trong các loại vi khuẩn quang hợp thì vi khuẩn lam
có cấu tạo hệ quang hợp đơn giản nên việc phân lập dễ dàng hơn.Vì vậy tôi đã
lựa chọn “ Tách chiết và chuyển hoá chlorophyll a từ vi khuẩn
cyanobacteria” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp cao học của mình.
2
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Cấu tạo và tính chất của hệ quang hợp
1.1.1 Cấu tạo và tính chất của hệ quang hợp ở thực vật và vi khuẩn
Quang hợp là cơ sở năng lượng của sự sống trên trái đất. Do ánh sáng
điện tử chuyển từ sắc tố diệp lục trong các trung tâm phản ứng quang hợp của
vi khuẩn và thực vật, cuối cùng hình thức NADPH và ATP được sử dụng để
sản xuất carbohydrate (Hình 1.1).

Hình 1.1: Việc sử dụng năng lượng bức xạ cho sự tổng hợp
của các phân tử hữu cơ

dụng để giảm NADP
+
tới NADPH
[28]
.
Hệ thống ăng-ten quang (Hình 1.3 và Hình 1.4) được tổ chức để thu thập
và cung cấp năng lượng cho một trạng thái kích thích bằng cách kích thích
chuyển tới các khu trung tâm phản ứng nơi phản ứng quang hoá diễn ra. Loại
đầu tiên của ăng-ten bao gồm một heterodimer của các chuỗi axit amin và hai
phân tử chất diệp lục a, b trong khi loại thứ hai của ăng-ten bao gồm một
heterodimer của chuỗi axit amin dài cùng với ba phân tử chất diệp lục a, b .
Đại đa số các sắc tố như carotenoid (Hình 1.5) trong một sinh vật quang hợp
không hoạt động hoá học, nhưng chức năng chủ yếu như một ăng-ten
5
Hình 1.3 : Hệ thống ăng ten của các vi khuẩn tía
-một chất màu protein vòng phức hợp.
[29]
Hệ thống ăng-ten tăng phần hiệu quả của sự hấp thụ qua photon bằng
cách tăng số lượng sắc tố nằm ở mỗi phức hợp quang hóa. Cường độ của ánh
sáng mặt trời là khá thấp và một phân tử diệp lục duy nhất chỉ hấp thụ một vài
photon trong một giây. Bằng cách kết hợp nhiều chất màu vào một đơn vị
duy nhất, phản ứng sinh tổng hợp trung tâm và chuỗi vận chuyển điện tử có
thể được sử dụng với hiệu quả tối đa. Sự đa dạng nổi bật của ăng-ten phức
hợp đã được xác định từ các lớp khác nhau của các sinh vật quang hợp. Kích
thích chuyển giao phải được nhanh chóng, đủ để cung cấp kích thích trung
tâm phản ứng quang hóa trong một thời gian tương đối ngắn so với các thời
gian trạng thái kích thích trong trường hợp không có sự thu thập. Thời gian
sống của phức hợp ăng-ten, nơi trung tâm phản ứng được loại bỏ, thường
trong khoảng 1-5 ns. Quan sát thời gian trạng thái kích thích của các hệ thống
ăng-ten, nơi được kết nối với trung tâm phản ứng này thường trên vài chục

đơn vị L và M của các nhóm hoạt động quang hoá có chứa một dimer của hai
monomeric chất diệp lục , hai phân tử pheophytin, phân tử quinone Q
A
, phân
tử quinone và một ion sắt Q
B
(Fe). Tiểu đơn vị L và M và các nhóm mang
màu của chúng có liên quan bởi một trục đối xứng gồm hai phần đi qua dimer
chất diệp lục và sắt. Một tiểu đơn vị thứ ba H, không có nhóm hoạt động và
nằm trên bề mặt bên trong màng tế bào, được neo vào các màng tế bào của
một chuỗi xoắn protein. Các tiểu đơn vị còn lại, một cytochrome ( một trong
các chất màu hô hâps protein phức chất) với bốn nhóm heme tương tự như
các sắc tố hemoglobin trong máu, gắn ở bề mặt ngoài của màng.
8
Hình 1.6: Cấu trúc trung tâm phản ứng
của vi khuẩn Rhodopseudomonas virdis .
[6]
Chuỗi vận chuyển điện tử là những hệ thống của các protein và enzyme
thông qua đó kích thích các electron di chuyển từ mức năng lượng cao hơn về
một mức độ năng lượng thấp (Hình 1.7). Chúng bao gồm 3 khu phức hợp của
các phân tử. Trong chuỗi vận chuyển điện tử của màng thylakoid, các enzym
của chất khử sắt, plastoquinon oxidoreductase và mở rộng màng siêu phân tử
phức hợp chất xúc tác cho việc sản xuất năng lượng cao phân tử NADPH và
ATP. Dòng electron chảy từ nước tới NADP đòi hỏi ánh sáng và được nối
với hệ của một chuỗi proton qua màng thylakoid. Chuỗi proton này được sử
dụng để tổng hợp ATP. Khi các electron di chuyển xuống dây chuyền vận
9
chuyển, các protein luân phiên bị oxi hoá và làm ngắn dần, giải phóng ra
proton vào không gian bên trong màng thylakoid. Nếu không có vận chuyển
điện tử dần dần từ trạng thái năng lượng cao đến trạng thái năng lượng thấp,

nồng độ CO
2
trở nên thấp hơn nhiều so với nồng độ oxy thì sự quang hô hấp
nào xảy ra ở mức độ đáng kể.
11
Hình 1.9: Cố định cacbon C
4
Ở một số loại thực vật, được gọi là chu trình C4 (Hình 9), sử dụng
phosphoenolpyruvate (PEP) để cố định CO
2
. Tỷ lệ tổng lượng ATP cho mỗi cố
định CO
2
trong thực vật chu trình C4 là cao hơn trong các loại thực vật khác.
1.1.2 Chlorophyll
1.1.2.1 Cấu tạo và tính chất của chlorophyll a và các chlorophyll khác
1.1.2.1.1 Cấu tạo
Có 5 loại diệp lục: a, b, c, d, e. Ở thực vật bậc cao chỉ có 2 loại diệp lục a
và b; còn diệp lục c, d, e có ở vi sinh vật, rong, tảo, vi khuẩn.
12
Về công thức cấu tạo, phân tử diệp lục chia ra hai phần: nhân diệp lục và
đuôi diệp lục.
Mg
N
N
N
N
O
MeOOC
O

H
70
O
6
N
4
Mg C
35
H
30
O
5
N
4
Mg C
35
H
28
O
5
N
4
Mg C
54
H
70
O
6
N
4

-CH=CH
2
-CH
2
CH
3
Nhóm C17
-CH
2
CH
2
COO-
Phytyl
-CH
2
CH
2
COO-
Phytyl
-CH=CHCOOH -CH=CHCOOH
-CH
2
CH
2
COO -
Phytyl
Liên kết
C17-C18
Đơn Đơn Kép Đơn Kép
Tần suất Phổ biến Đa số thực vật

N
N
O
MeOOC
COO Phytyl
+2NaOH
Chlorophyll a
Mg
N
N
N
N
O
NaOOC
COONa
+ CH
3
OH
+ C
20
H
39
OH
14
- Tác dụng với axit để tạo nên hợp chất pheophytin có kết tủa màu nâu,
trong đó nhân Mg bị thay thế bới H
2
. Pheophytin không có khả năng huỳnh
quang như diệp lục. Điều đó chứng tỏ nguyên tử Mg có vai trò rất quan trọng
quyết định tính chất của diệp lục.

sẽ mất màu vì nó bị quang oxi hoá.
 Tính quang học của diệp lục
- Tính huỳnh quang: Khi quan sát ánh sáng phản xạ từ dung dịch diệp
lục thấy dung dịch có màu huyết dụ, nếu tắt nguồn sáng thấy dung dịch có
màu xanh như cũ.
- Tính lân quang: cũng gần tương tự như huỳnh quang nhưng chỉ
khác là khi tắt nguồn sáng thì ánh sáng màu huyết dụ còn lưu lại một thời
gian ngắn nữa.
15
1.1.2.1.3 Vai trò của chlorophyll trong hệ quang hợp
- Hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời. Nhờ cấu trúc đặc trưng của phân
tử diệp lục mà nó có thể hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển thành dạng
kích thích của diệp lục.
- Vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng. Từ phân tử diệp lục
hấp thu ánh sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng của quang hợp phải
qua một hệ thống cấu trúc trong màng thilakoit gồm rất nhiều phân tử diệp lục
khác nhau. Năng lượng ánh sáng phải truyền qua các phân tử diệp lục để đến
được trung tâm phản ứng.
- Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học tại
trung tâm phản ứng.
1.2 Giới thiệu về ngành vi khuẩn lam ( Ngành Cyanobacteria)
1.2.1 Sơ lược về vi khuẩn lam
Vi khuẩn lam có sức sống rất dẻo dai, chúng phân bố rộng rãi trong tất
cả các môi trường. Đại bộ phận sống trong nước ngọt, ở các ao hồ có nhiều
chất hữu cơ và góp phần hình thành hệ sinh vật nổi (plankton) của các thủy
vực; một số phân bố trong nước mặn hoặc nước lợ, nơi bùn lầy hay đất ẩm
ướt, trên đá, trên vỏ cây ẩm, ngay cả những nơi có điều kiện rất khắc nghiệt
như trong tuyết và ở những suối nước nóng đến 69°C.
Vi khuẩn lam thuộc loại ưa nhiệt, có tính bền vững với nhiệt độ. Nhiều
loài có thể phát triển ở nhiệt độ cao, cả trong các suối nước nóng (70 - 80°C).

truyền được tập trung trong chất nhân (nucleoid), không có lưới nội sinh chất,
ty thể, thể golgi, lạp thể và không mang roi, chỉ chứa diệp lục tố a, sắc tố phụ
trội bản tính protein thường làm cho chúng có màu lam (có khả năng tự
dưỡng). Chúng cũng chưa có sự sinh dục hữu phái.
Về tổ chức cơ thể, vi khuẩn lam có cấu tạo đơn giản, một số có dạng đơn
bào, phần lớn dưới dạng tập đoàn hay đa bào hình sợi, hình chuỗi hạt đơn hay
phân nhánh.
Đại đa số tế bào vi khuẩn lam dạng sợi – chuỗi hạt thường có tế bào dị
hình (dị bào). Dị bào là những tế bào đặc biệt, lớn hơn các tế bào bình thường
khác, có màng đôi, dày, trong suốt, không có oxy và không có hệ thống quang
17
II do đó không sản xuất ra oxy trong quá trình quang hợp. Dị bào có 1 hoặc 2
lỗ (ở đầu tiếp xúc với tế bào dinh dưỡng) tùy theo vị trí ở đầu hay ở giữa sợi
(đặc biệt trong phân loại) qua đó lưu thông tế bào chất với các tế bào nằm
cạnh nó. Khoảng cách của dị bào trên sợi chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi
trường. Dưới kính hiển vi quang học, chất tế bào trông đồng nhất nhưng dưới
kính hiển vi điện tử nó có một hệ thống màng, thường có màu xanh vàng do
có diệp lục tố a và caroten nhưng thiếu phycoxyanin.
Dị bào có vai trò trong việc cố định đạm trong điều kiện hiếu khí.
Hình 1.11. Tế bào dị hình (*) ở Tảo Annabaena
Trong sự phát triển của sợi, sợi có thể bị tách ra ở bên cạnh các dị bào
này và tạo thành một nhánh mới đi ra từ sợi chính. Đó là sự phân nhánh giả
của sợi, phân biệt với sự phân nhánh thật được bắt đầu từ một tế bào sinh
dưỡng nào đó của sợi phân chia dọc và sau đó tế bào non mới hình thành tiếp
tục phân chia tạo nhánh bên.
1.2.2 Cấu tạo tế bào
Màng tế bào vi khuẩn lam khá dầy, gồm 4 lớp, bên ngoài thường hóa
nhầy, có khi tạo thành bao chuyên hóa, bao xung quanh tế bào hoặc nhóm tế
bào hay toàn bộ sợi.
Chất nguyên sinh ở vi khuẩn lam được phân biệt thành 2 phần:

1.2.4 Ý nghĩa thực tiễn
Trong thực tiễn, vi khuẩn lam có vai trò tích cực và tiêu cực
Trong nông nghiệp, vai trò quan trọng của vi khuẩn lam là làm tăng độ
phì cho đất nhờ khả năng cố định đạm. Hiện nay người ta đã tìm thấy khoảng
50 loài, phần lớn thuộc họ vi khuẩn chuỗi (Nostocaceae) có khả năng này.
Ðặc biệt đáng chú ý là loài Anabaena azollae cộng sinh trong bèo hoa dâu,
một loại cây dùng làm phân xanh và làm thức ăn gia súc có ý nghĩa kinh tế rất
lớn ở nước ta.
Theo nhiều nghiên cứu cho thấy, nhờ sự phát triển của vi khuẩn lam
trong ruộng lúa mà hằng năm mỗi hécta đất trồng lúa có thể lấy được thêm từ
không khí khoảng 15 - 50 kg nitơ, trung bình là 20 - 25 kg, đôi khi thu được
đến 80 kg hay nhiều hơn nữa.
Những năm gần đây, một số vi khuẩn lam có hàm lượng protein cao như
Spirulina maxima, S. platensis được nuôi trồng với quy mô công nghiệp để thu
sinh khối nhằm bổ sung nguồn protein cần thiết cho chăn nuôi và cho con người.
Vi khuẩn lam tích lũy ở đáy thủy vực, tham gia vào việc hình thành bùn
sapropen được dùng làm phân bón, thức ăn gia súc giàu vitamin, chế biến làm
than cốc, khí hơi và dùng chữa bệnh
Một số vi khuẩn lam được dùng làm thức ăn cho người như Nostoc
commune, Nostoc pruniforme. Ðây là một loại thực phẩm ngon và quí đối với
người Trung Quốc, giàu protein và vitamin.
Ngoài ra, cùng với vi khuẩn và các động vật nguyên sinh, vi khuẩn
lam còn được dùng làm sạch sinh học các nguồn nước thải ra từ sản xuất
công nghiệp.
Vi khuẩn lam cũng có những tác dụng tiêu cực: khi phát triển mạnh
chúng gây hiện tượng "nước nở hoa' làm giảm phẩm chất của nước, ảnh
hưởng tới động vật đáy và biến đổi hệ sinh thái thủy vực.
20
Vi khuẩn lam ít có ý nghĩa dinh dưỡng đối với động vật phù du, do
chúng có cấu trúc màng nhầy, động vật thường không sử dụng được và chúng

Mg
N
N
N
N
O
MeOOC
O
O phytyl
CHO
phytyl =
chlorophyll a
E
R
R
chlorophyll b chlorophyll d
1
2 3
Hình 1.12: Các hợp chất chlorophyll phổ biến trong tự nhiên
Chlorophyll và các dẫn xuất của nó là một đối tượng rất hấp dẫn cho các
nghiên cứu lý thuyết hóa hữu cơ như cấu trúc điện tử, tính thơm, quá trình
chuyển dời điện tử, quang hóa và quá trình quang hợp. Nghiên cứu quá trình
sinh tổng hợp chlorophyll a cũng đạt được những thành tựu to lớn .
[11,18,19,32]
21
Trong nước: Hoá học chloropyll là một lĩnh vực rất rộng lớn và lâu đời
trên thế giới do những tính chất hóa học và ứng dụng đặc biệt của nhóm hợp
chất này. Tuy nhiên vấn đề này còn rất mới mẻ ở Việt nam. Chlorophyll và
các dẫn xuất của chúng được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như
thực phẩm, mỹ phẩm, công nghệ nano và điều trị ung thư