Bài giảng Hóa sinh thực phẩm - Chương 2: Enzyme và sự xúc tác sinh học

Nội dung text: Bài giảng Hóa sinh thực phẩm - Chương 2: Enzyme và sự xúc tác sinh học

1. CHƯƠNG 2 ENZYME VÀ SỰ XÚC TÁC SINH HỌC
2. 1. Vai trò của enzym trong cơ thể sống Trong cơ thể sống xảy ra rất nhiều phản ứng khác nhau. Tất cả các cấu trúc của tế bào không ngừng đổi mới. Những biến đổi này xảy ra với tốc độ rất lớn, gấp hàng triệu lần tốc độ phản ứng tương tự ở môi trường không sống. Tất cả các phản ứng trong cơ thể xảy ra ở nhiệt độ thấp và áp suất nhỏ, trong giới hạn dao động nồng độ ion H+ và OH- rất hẹp.
3. Ví dụ : Quá trình phân huỷ protein của thức ăn thành axit amin trong hệ tiêu hoá xảy ra ở nhiệt độ 37oC sau 2-3 giờ, trong khi đó quá trình này tại phòng thí nghiệm diễn ra ở nhiệt độ ít nhất là 1000C với sự có mặt của axit đặc và sau vài chục giờ.
4. So sánh các dạng xúc tác phản ứng Xét phản ứng So sánh tỷ lệ Không xúc tác 1 Xúc tác vô cơ ( Pt): 10.000 Xúc tác enzyme: 300.000.000.000
5. So sánh giữa xúc tác và không xúc tác: kcat/k(uncatalyzed) k(uncatalyzed) kcat kcat/k(uncatalyzed) Carbonic anhydrase 10-1 106 8 x 106 Adenosine deaminase 2 x 10-10 4 x 102 2 x 1012 Alkaline phosphatase 10-15 102 1017 k2 k2 S P ES E + P Không xúc tác Có xúc tác
6. • Tốc độ cực lớn của các phản ứng xảy ra trong cơ thể là nhờ có các chất xúc tác sinh học có hoạt tính cao- đó là các men hay còn gọi là enzym. Chúng làm thay đổi tốc độ phản ứng hoá học, song sau phản ứng lại tự biến đổi để trở thành trạng thái ban đầu.
7. 2. Vai trò của enzyme trong công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm a. Enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu: Các sản phẩm nông sản có chất lượng về dinh dưỡng, thành phần hóa học, tính chất cảm quan phụ thuộc nhiều vào: giống, loại nông sản, điều kiện canh tác, điều kiện thu hái và vận chuyển, điều kiện bảo quản. Do vậy chất lượng sản phẩm được tạo ra từ nguyên liệu dao động rất lớn. Trong thực tế nếu chất lượng nguyên liệu quá kém người ta phải điều khiển các phản ứng xúc tác bởi enzyme để tạo nên các thành phần thiếu hụt trong nguyên liệu đưa vào sản xuất.
8. • Ví dụ: trong sản xuất bia, nguyên liệu chính là malt đại mạch. Để khắc phục malt đại mạch chát lượng kém ( không có khả năng chuyển hóa hết tinh bột thành dextrin, đường lên men ) thường dùng các chế phẩm enzyme thủy phân thuộc hệ amilase như Termamyl 120L hoặc SC, hệ enzyme protease như Neutrase 0,5L.
9. b. Enzyme nâng cao giá trị thương phẩm của nguyên liệu: Trong thực tế có rất nhiều các nguyên liệu nông sản có giá trị thương phẩm thấp. Sau khi được chuyển hóa bởi tác dụng của enzyme thì giá trị thương phẩm cao hơn rất nhiều, chúng có thể là các sản phẩm không những có giá trị dinh dưỡng cao mà còn phục vụ được cho các mục đích khác ngoài thực phẩm như y học
10. Ví dụ:trong công nghiệp chế biến tinh bột, mục đích của nhà máy chế biến tinh bột là chuyển hóa tinh bột từ một hợp chất có phân tử lượng cao, hệ số hấp thu kém, giá trị thương phảm thấp thành các sản phẩm mới có hệ số hấp thu cao hơn, đa dạng hơn , giá trị thương phẩm cao, ứng dụng nhiều trong công nghiệp chế biến các sản phẩm khác.
11. c. Enzyme là công cụ trong quá trình chuyển hóa công nghệ: trong các nhà máy chế biến thực phẩm thì enzyme được sử dụng như một công cụ của toàn bộ quá trình chuyển hóa hoặc là toàn bộ quá trình chuyển hóa trong dây chuyền chế biến. Nếu thiếu sự có mặt của nó thì quá trình chế biến không thành công.
12. Ví dụ: trong sản xuất bia, quá trình chế biến dịch đường là quá trình chuyển hóa các hợp chất cao phân tử không hòa tan thành các chất thấp phân tử hàon tan dưới tác dụng của nhiều hệ enzyme khác nhau. amylase Tinh bột→dextrin protase peptidase Protein→pepton→acid amin lipase Lipid→acid béo
13. d. Enzyme tăng tính chất cảm quan của sản phẩm: Trong chế biến thực phẩm sau khi xảy ra các giai đoạn chuyển hóa chính, thông thường các sản phảm thực phẩm chưa hẳn đã đạt chất lượng cảm quan tối ưu. Vì thế chúng có các giai đoạn hoàn thiện sản phẩm , trong giai đoạn này hoặc là tạo nên những điều kiên mới cho các enzyme bản thể có lợi phát huy tác dụng có lợi hoặc bổ sung các enzyme từ ngoài vào để làm tăng chất lượng cảm quan của sản phẩm như cải thiện mùi và vị của sản phẩm
14. Ví dụ: làm trong rượu vang nhờ chủ yếu là pectinase , đây là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của rượu vang.Với mục đích làm trong rượu các chế phẩm enzyme sử dụng phải có khả năng chịu được nồng độ rượu rừ 10-12% và không chứa các enzyme oxi hóa làm ảnh hưởng đến màu sắc và mùi vị của sản phẩm. TRên thị trường có 3 chế phẩm sử dụng để làm trong dịch quả là: - Pectinex 3XL,Pectinex AR: chịu được nồng độ rượu cao - Viscozyme 120L : chịu được nồng độ rượu thấp nhưng chịu được nồng độ đường cao hơn > sử dụng để làm trong dịch quả cô đặc.
15. 3. Khái niệm chung về enzyme Enzyme là những chất xúc tác sinh học ,có thể là protein hoặc acid nucleic,có đầy đủ tính chất của chất xúc tác,ngoài ra còn có những tính chất ưu việt hơn so với các chất xúc tác khác như: hiệu suất cao trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường,có tính chất đặc hiệu cao. Các tính chất này vẫn được giữ nguyên khi tách enzyme ra khỏi hệ thống sống,hoạt động trong điều kiện invitro (trong ống nghiệm).
16. • Về bản chất hoá học enzym là các protein, có phân tử lượng từ vài chục ngàn đến vài triệu đơn vị cacbon, trong dung dịch chúng hoạt động như những chất điện phân lưỡng tính và pH của chúng phụ thuộc vào pH dung dịch . • enzym có khả năng tạo thành tinh thể từ dung dịch. Tinh thể enzym chứa một lượng lớn nước và có hoạt tính xúc tác cao. Khi làm khô, tinh thể bị phá vỡ và mất hoạt tính.
17. • Enzyme không bền đối với tác dụng của nhiệt độ. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, enzyme bị biến tính và mất khả năng xúc tác.
18. Các enzym được phân thành: - enzym trong tế bào. VD: cytochrome oxydase - enzym ngoài tế bào. VD: amylase
19. • enzym trong tế bào hoạt động ngay trong những tế bào mà nó được hình thành. Chúng tham gia vào thành phần cấu trúc phức tạp của tế bào và có thể tạo nên tổ hợp với các enzym khác để thúc đẩy không chỉ một phản ứng mà cả quá trình sinh học bao gồm hàng loạt phản ứng. • enzym ngoài tế bào được đưa từ tế bào vào máu, tới dịch tiêu hoá và các dịch sinh học khác. Tại đó chúng thúc đẩy các quá trình chuyển hoá vật chất khác nhau.
20. • Mỗi enzym tham gia xúc tác một phản ứng nào đấy trong cơ thể và ngăn chặn các phản ứng phụ. Do đó các phản ứng xảy ra theo hướng xác định.
21. S + E (ES) (EP) E + P
22. Sơ đồ phản ứng xúc tác enzyme k1 k2 E + S ES E + P k-1 • E = Enzym tự do (enzyme) • S = Cơ chất (substrate) • ES = Phức hợp enzyme-cơ chất • P = Sản phẩm (product)
23. 4. Danh pháp enzyme Tên enzyme = tên cơ chất+ase Ví dụ: enzyme thuỷ giải protein: protease enzyme phân huỷ nucleic : nuclease enzyme tổng hợp DNA : DNA-polymerase Bên cạnh đó còn có những tên thông thường: ví dụ: ligase (enzyme nối, trong quá trình tự sao DNA) amylase (enzyme thuỷ phân tinh bột,có trong dịch ruột)
24. 5. Cấu tạo enzyme * Enzyme 1 cấu tử: là enzyme trong thành phần cấu tạo chỉ có protein. VD: pepsin ,urease
25. Enzym mét thµnh phÇn ChØ cÊu t¹o tõ Protein Ø Trung t©m ho¹t ®éng: Mét phÇn cña ph©n tö protein thùc hiÖn chøc n¨ng xóc t¸c. TTH§ lµ sù kÕt hîp cña mét sè nhãm chøc cña mét sè gèc axit amin nhÊt ®Þnh t¹o thµnh C¸c gèc: - SH (Cys), -OH (Ser, Tyr), vßng Imidazol (His), -COOH (Asp, Glu), vßng Indol (Try) VÝ dô: Chymotripxin – 4 gèc His 57, Asp 102, Gly 193, Ser 195 (245 gốc) Cholinesterase – 4 gèc His, Ser, Asp, Tyr
26. Enzyme pepsin
27. Enzym mét thµnh phÇn (TT) TTH§ gåm Trung t©m c¬ chÊt (vïng g¾n, diÖn tÝch má neo) vµ §Þa ®iÓm xóc t¸c. ü Trung t©m c¬ chÊt ü §Þa ®iÓm xóc t¸c Ø Trung t©m dÞ kh«ng gian (TT Allostetic): Vïng nµo ®ã cña ph©n tö enzym khi c¸c chÊt cã KLPT nhá g¾n vµo lµm thay ®æi cÊu h×nh kh«ng gian, kÐo theo thay ®æi ho¹t tÝnh cña enzym
28. Chymotrypsin TTHĐ gồm 4 gèc: His 57, Asp 102, Gly 193, Ser 195
29. Enzym hai thµnh phÇn CÊu t¹o tõ 2 thµnh phÇn: - Protein (Apoenzym) - Nhãm thªm: Coenzym hay nhãm prostetic • Nhãm prostetic: Nhãm thªm liªn kÕt bÒn v÷ng víi apoenzym B¶n chÊt: Ion kim lo¹i Ca+2, Zn+2, Cu+ ￿ Zn+2 – Cacboxypeptidase A Cu+ - Ascorbatoxydase, Phenoloxydase
30. Trung t©m ho¹t ®éng cña cacboxypeptidase A
31. • Coenzym: Nhãm thªm dÔ t¸ch khái apoenzym Table 11.5
32. FAD.H2
33. FMN vµ FAD
34. Coenzym A (CoA-SH)
35. • Quan hÖ gi÷a apoenzym vµ coenzym: Ø Coenzym quyÕt ®Þnh tÝnh ®Æc hiÖu ph¶n øng Ø Apoenzym quyÕt ®Þnh tÝnh ®Æc hiÖu c¬ chÊt
36. • Coenzym và apoenzym riêng rẽ có hoạt tính xúc tác thấp, song khi chúng liên kết với nhau tạo thành một tổ hợp có hoạt tính rất mạnh.
37. TÝnh đặc hiệu của Protease
38. Figure 11.12: Active site pockets of two serine proteases.
39. Figure 11.13: Catalysis of peptide bond hydrolysis by chymotrypsin.
40. Trung tâm hoạt động:chỉ có 1 phần rất nhỏ của enzyme tham gia phản ứng, phần này gọi là trung tâm hoạt động,số trung tâm hoạt động có thể lớn hơn 1
41. Cơ chế xúc tác của enzym Metal Ion or = Organic Molecule Polypeptide
42. 6. Phân loại enzym Mỗi tế bào sống có khoảng 1000 enzym khác nhau. Cơ sở để phân loại enzym đó là dạng của phản ứng. Tất cả các loại enzym được chia thành 6 nhóm: enzym oxy hoá khử, transferase, hydrolase, liase, izomerase và ligase.
43. Enzymes có thể được phân chia theo phản ứng hóa học mà chúng xúc tác 1. Oxidoreductase oxidation/reduction (eg. dehydrogenase) 2. Transferase group transfer (eg. kinase) 3. Hydrolase hydrolysis (eg. protease) 4. Lyase lysis, generating double bond (eg. synthase) 5. Isomerase rearrangement (eg. racemase) 6. Ligase ligation requiring ATP (eg. synthetase)
44. Oxydoreductase • Enzym oxy hoá khử thúc đẩy các phản ứng oxy hoá khử. Phụ thuộc vào dạng diễn biến của quá trình oxy hoá, các enzym oxy hoá khử được chia thành các loại : Dehydrogenase, oxydase, hydroxylase và oxygenase.
45. Transferase • Transferase thúc đẩy quá trình chuyển nhóm nguyên tử từ một phân tử này sang phân tử khác và phụ thuộc vào nhóm nguyên tử chuyển đổi mà phân chia thành các loại sau : • Metyltransferase chuyển nhóm CH3 • Axittransferase chuyển gốc acid R- C- OOH • Glucoziltransferase chuyển gốc đường đơn (glycozil) • Aminotransferase chuyển nhóm amin -NH2. • Photphotransferase chuyển gốc axit photphoric
46. Hydrolase • Thúc đẩy quá trình thuỷ phân các liên kết peptit hoặc ete trong phân tử đường đa, lipit, protein, nucleotit. Một số trường hợp hydrolase xúc tác cả phản ứng tổng hợp. Tất cả các enzym tiêu hoá đều thuộc loại hydrolase. Hydrolase được chia thành esterase, photphatase, glucozidase và peptithydrolase.
47. Liase: Thúc đẩy quá trình phân huỷ không thuỷ phân các hợp chất hữu cơ theo các liên kết C-C, C-N, C-O. Ví dụ : O O O R - C - C - OH R- C - H + CO2 Axit xetonic Anđehyt Izomerase Thúc đẩy quá trình biến đổi nội phân tử từ dạng đồng phân này sang dạng đồng phân khác Ligase Còn gọi là enzym tổng hợp. Thúc đẩy phản ứng tổng hợp các chất cao phân tử ( protein , đường đa, lipit, nucleotit ) từ các chất đơn phân tử nhờ sự tham gia của ATP và các chất giàu năng lượng khác. Tên gọi của enzym cụ thể được tạo thành từ tên của cơ chất và dạng phản ứng mà nó xúc tác thêm đuôi “ase”
48. TÝnh ®Æc hiÖu cña enzym q TÝnh ®Æc hiÖu ph¶n øng q TÝnh ®Æc hiÖu c¬ chÊt: Ø §Æc hiÖu liªn kÕt Ø §Æc hiÖu nhãm (t­¬ng ®èi) Ø §Æc hiÖu tuyÖt ®èi Ø §Æc hiÖu ®ång ph©n quang häc:
49. • Đặc hiệu lập thể: chỉ tác dụng lên một dạng đồng phân quang học. Enzym cũng thể hiện tính đặc hiệu với các đồng phân hình học: chỉ tác dụng lên một dạng đồng phân cis hoặc trans • Đặc hiệu tuyệt đối: Enzym chỉ có khả năng tác dụng lên một cơ chất nhất định. Cấu trúc trung tâm hoạt động của enzym phải kết hợp chặt chẽ với cấu trúc của cơ chất, một khác biệt nhỏ về cấu trúc của cơ chất cũng làm enzym không xúc tác được. • Đặc hiệu tương đối: enzym có tác dụng lên một kiểu nối hóa học nhất định trong phân tử cơ chất mà không phụ thuộc vào bản chất hóa học của các cấu tử tham gia tạo thành liên kết đó • Đặc hiệu nhóm: Enzym có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết nhất định khi một hay hai cấu tử tham gia tạo thành liên kết này có cấu tạo nhất định.
50. 7 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme - Nồng độ enzyme - Nồng độ cơ chất - Ảnh hưởng của các chất kìm hãm - Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa - Nhiệt độ môi trường - pH môi trường
51. * Nồng độ enzyme Trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng phụ thuộc tuuyến tính vào [E]: v= k.[E] Trong đó: v- vận tốc phản ứng. [E]- nồng độ cơ chất. Có trường hợp khi nồng độ enzyme quá lớn thì tốc độ phản ứng chậm.
52. • Do lượng enzyme thường sử dụng quá nhỏ nên không phải lúc nào cũng xác định được nồng độ của enzyme. Vì vậy thường xác định đơn vị hoạt động (ĐVHĐ) của enzyme. • 1UI (1 ĐVHĐ) = 1 lượng enzyme làm xúc tác cho sự biến đổi của 1 mmol cơ chất trong 1 phút dưới những điều kiện quy định.
53. Nồng độ cơ chất • Với một lượng enzyme xác định, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của enzyme tăng dần nhưng đến một lúc nào đó thì sự gia tăng về nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính của enzyme. Đó là vì tất cả các trung tâm hoạt động của enzyme đã được bão hoà bởi cơ chất.
54. Michaelis-Menten Kinetics k1 – H»ng sè vËn tèc ph¶n øng t¹o thµnh ES k-1 H»ng sè vËn tèc ph¶n øng ph©n ly ES V = k2[ES] k2 – H»ng sè vËn tèc ph¶n øng t¹o ph©n ly ES thµnh s¶n phÈm [E0] = [E] + [ES], ë ®©y [E0] l￿ nång ®é enzym tæng sè, [E] – enzym tù do vµ [ES] – enzym ë d¹ng phøc hîp. Khi to￿n bộ E ban đầu kết hợp với S để tạo phức ES, thì vận tốc phản ứng đạt cực đại: Vmax=k2[E0] N¨m1925, Briggs and Haldane: ë tr¹ng th¸i c©n b»ng vËn tèc h×nh thµnh vµ ph©n ly ES lµ b»ng nhau, do ®ã k1[E] [S] = k-1[ES] + k2[ES] (1) Rót gän pt (1) ta ®­îc : [ES] = k1/(k-1 + k2) [E] [S] (2)
55. KÕt hîp 3 h»ng sè vËn tèc ta ®­îc: Km= (k-1 + k2)/k1 Ph­¬ng tr×nh (2) thµnh: Km[ES] = [E][S] (3) V× [E] = [E0] - [ES], nªn Km[ES] = [E0][S] - [ES][S] (4) Rót [ES], [ES] = [E0][S]/(Km+[S]) (5). Thay V = k2 [ES] vµo (5) ta ®­îc V = (k2[E0][S])/(Km+[S]) → V = (Vmax [S])/(Km +[S]) Ph­¬ng tr×nh cuèi gäi lµ ph­¬ng tr×nh Michaelis-Menten, Km lµ h»ng sè Michaelis.
56. §å thÞ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a (V) vµ nång ®é c¬ chất ([S]). Km - ®Æc tr­ng cho ¸i lùc gi÷a enzym vµ c¬ chÊt: ØKhi ([S] >> Km), V ®¹t cùc ®¹i (Vmax). Enzym bÞ c¬ ch©t b·o hoµ. ØKhi [S] << Km th× ph­¬ng tr×nh lµ V = (Vmax [S])/Km, VËn tèc ph¶n øng phô thuéc vµo [S] ØKhi Km = [S] th× V = Vmax/2 Km lµ [S] mµ ë ®ã V = Vmax/2.
57. ü C¸ch tÝnh Km: § TÝnh theo ph­¬ng tr×nh V = Vmax [S]/(Km +[S]) Lµm t/n víi [S] kh¸c nhau, vÏ ®å thÞ, x¸c ®Þnh Vmax, suy ra Km = Vmax/2
58. ¶nh h­ëng cña chÊt ho¹t ho¸ vµ chÊt k×m h·m * ¶nh h­ëng cña chÊt ho¹t ho¸ ChÊt ho¹t ho¸: Lµ nh÷ng chÊt lµm cho enzym tõ tr¹ng th¸i kh«ng ho¹t ®éng thµnh tr¹ng th¸i ho¹t ®éng, tõ tr¹ng th¸i ho¹t ®éng yÕu sang tr¹ng th¸i ho¹t ®éng m¹nh. B¶n chÊt ho¸ häc: Ø ChÊt ho¹t ho¸ gi¸n tiÕp: Tham gia ph¶n øng nh­ng kh«ng t¸c dông trùc tiÕp víi ph©n tö enzym. VD: Axit ascorbic Ø ChÊt ho¹t ho¸ trùc tiÕp: T¸c dông vµo TTH§ hoÆc lµm biÕn ®æi cÊu h×nh kh«ng gian cña ph©n tö enzym
59. - Coenzym: -NAD+, NADP+, FAD, FMN- ho¹t ho¸ c¸c enzym oxi ho¸ khö -C¸c ch¸t ph¸ vì sù bao v©y TTH§: + Enzym kh¸c: Enterokinase biÕn ®æi trypxinogen thµnh trypxin + C¸c chÊt phôc håi chøc n¨ng cña TTH§: C¸c chÊt giµu –SH (Xistein, Glutation) - Papain - Ion kim lo¹i: ¤ 11 ®Õn « 55
60. * ¶nh h­ëng cña chÊt k×m h·m -K×m h·m thuËn nghÞch: Chất kìm hãm thuận nghịch, kìm hãm enzyme bằng cách kết hơp với nó và làm ảnh hưởng đến sự kết hợp của E & S, tức là ảnh hưởng đến hoạt độ phân tử của nó.
61. a. K×m h·m c¹nh tranh: các I này có cấu trúc tương tự cấu trúc của cơ chất bình thường →nó cảm ứng sự hình thành trung tâm hoạt động (TTHĐ) của E theo cách giống với S cạnh tranh và cạnh tranh với S để kết hợp vào TTHĐ của E nhưng khác với S ở chỗ nó không bị chuyển hoá bởi E.
62. E + I = EI [E0] = [E] + [ES] + [EI] V = Vmax [S ]/ Km (1 + [I]/ki) + [S] K’m = Km(1 + [I]/ki) V = Vmax [S]/ K’m + [S]
63. b. K×m h·m kh«ng c¹nh tranh: I không cạnh tranh kết hợp với E ở vị trí khác vị trí kết hợp của S tạo thành EIS không bị chuyển hoá tiếp
64. E + I = EI EI + S = EIS [E0] = [E] + [ES] + [EI] + [EIS] V = Vmax/ (1 + [I]) x [S]/(Km + [S]) V’max = Vmax/(1 + [I]) V = V’max [S]/(Km + [S])
65. * K×m h·m kh«ng thuËn nghÞch: các I không thuân nghịch kết hợp với E tạo phức EI không phân huỷ hoặc khó phân huỷ, phân ly với vận tốc rất thấp
66. ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ®Õn ho¹t tÝnh cña enzym Vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác chỉ tăng lên khi tăng nhiệt độ trong một giới hạn nhất định chưa ảnh hưởng tới cấu trúc của E. Đại lương đặc trưng cho ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng là hằng số Q10:
67. • Hệ số này càng lớn thì phản ứng càng khó xảy ra. ở nhiệt độ thường và của phần lớn phản ứng E thì Q10 thường có giá trị là 2. • Nhiệt độ hoạt động thích hợp topt của nhiều enzyme vào khoảng 40÷50oc. Trên 50oc hoạt độ thường bị giảm mạnh do làm hỏng cấut trúc phân tử E. Topt của một số E vi sinh vật và E có nguốn gốc thưc vật thì cao hơn. • Topt của 1 enzyme chỉ có nghĩa là ở điều kiện đó thì E có hoạt độ cao nhất.
68. ¶nh h­ëng cña pH m«i tr­êng ®Õn ho¹t tÝnh cña enzym pH tèi thÝch cña mét sè enzyme Enzyme pH tèi thÝch Enzyme pH tèi thÝch Pepsin 1,5 – 2,5 Trypsin 7,8 – 9,5 Saccarase (nÊm men)4,6 – 5,0 Arginase 9,8 Amylase (m¹ch nha)4,4 – 5,0 Succinatdehydrogenase 9,0 amylase (n­íc bät) 6,8 – 7,2 Catalase 6,8 – 7,0 Maltase (nÊm men) 6,7 – 7,2 Phosphatase ®éng vËt 6,2 – 9,4
69. • Hoạt độ của E phụ thuộc vào pH môi trường và pH ảnh hưởng đến trạng thái ion hoá của các gốc R hoặc của các gốc a.a trong phân tử E, ion hoá các nhóm chức trong trung tâm hoạt động, ion hoá cơ chất dẫn đến ảnh hưởng vân tốc phản ứng. • pH thích hợp (pHopt) của phần lớn enzyme vào khoảng 7. Tuy nhiên một số enzyme có pHopt rất thấp (pepsin) hoặc rất cao (subtilisin) hoặc ít thay đổi trong khoảng pH xác đ ịnh. • Cần chú ý là pHopt của một enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đặc tính và nhiệt độ cơ chất, dung dịch đệm, nhiệt độ phản ứng.
70. Các phương pháp xác định hoạt độ enzyme • Phân tích liên tục: là phương pháp đo cơ chất bị biến đổi hay sản phẩm tạo thành một cách liên tục theo thời gian. Tuy nhiên yêu cầu đối với thiết bị đo là phải có bộ phận ổn định nhiệt đây là mặt hạn chế của phương pháp. Đồng thời, do phải theo dõi sự biến đổi của chất phản ứng một cách liên tục nên khó thực hiện phân tích hoạt độ nhiều mẫu enzyme cùng lúc.
71. • Phân tích gián đoạn: là phương pháp cho enzyme tác dụng với cơ chất sau một khoảng thời gian nhất định thì ngừng phản ứng enzyme bằng cách thích hợp và sau đó đo lượng cơ chất còn lại hoặc sản phẩm tạo thành.
72. • Phương pháp đo độ nhớt: Dùng nhớt kế đo sự biến đổi độ nhớt của dung dịch phản ứng. Áp dụng với các enzyme mà cơ chất có độ nhớt cao hơn hẳn so với sản phẩm (chất có phân tử lớn như acid nucleic, protein, cellulose ).
73. • Phương pháp đo áp suất hay áp kế: Dùng với các phản ứng enzyme có sự tiêu hao hay sinh khí, như các phản ứng oxy hóa, decarboxyl hoá, loại amin hóa. Phản ứng sinh hay tiêu hao khí có thể trực tiếp hay gián tiếp.
74. • Phương pháp quang phổ kế: Được sử dụng phổ biến hiện nay, dựa trên khả năng hấp thu ánh sang ở các bước song xác định của cơ chất, hoặc sản phẩm phản ứng.
75. • Phương pháp chuẩn độ: Dùng cho các phản ứng enzyme có sự hình thành acid hoặc base. Phương pháp yêu cầu giữ pH môi trường cố định, lượng kiềm hoặc acid chuẩn dung để chuẩn độ theo thời gian phản ánh hoạt độ enzyme.
76. Các phương pháp tách chiết và tinh sạch enzyme Enzyme có trong tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Muốn thu nhận enzyme cần rút chiết chúng ra khỏi tế bào. Phương pháp chung: Enzyme không có khả năng tự đi ra khỏi tế bào do đó phải phá vỡ cấu trúc của tế bào bằng cách: - Nghiền xay với bột thủy tinh, cát thạch anh, xay đồng hoá. - Dùng dung môi hữu cơ: butanol, aceton, glycerin, etyl acetat v. v - Bằng sóng siêu âm Sau khi phá vỡ cấu trúc tế bào cần dùng dung dịch đệm thích hợp hoặc muối trung tính chiết rút enzyme, sản phẩm thu được là dung dịch enzyme có lẫn các tạp chất (muối, glucide, )
77. Tinh chế: - Loại muối và tạp chất có phân tử lượng nhỏ khỏi dịch enzyme: sử dụng phương pháp thẩm tích qua màng bán thấm chỉ tạp chất có phân tử nhỏ có thể đi qua. - Loại protein lạ và tạp chất có phân tử lượng lớn, có thể phối hợp nhiều phương pháp: sắc ký hấp thụ, sắc ký trao đổi ion điện ly, lọc gel, kết tủa phân đọan, biến tính chọn lọc - Kết tủa phân đoạn: dùng muối trung tính (NH4)2SO4, NaCl, Na2SO4,, MgSO4,
78. - Kết tủa bằng dung môi hữu cơ: aceton, iso – propanol, etanol, (phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian xử lý ngắn). - Sắc ký hấp thụ: thường dùng hydrooxy apatit làm chất hấp thụ. - Sắc ký trao đổi ion: sử dụng nhựa trao đổi ion - Dẫn xuất este của cellulose (carboxyl – metyl – cellulose, dietyl – aminol etyl – cellulose ) - Lọc gel: dùng sephadex (dẫn xuất của polysaccharid – dextran) - Tách lọc dựa vào kích thước và trọng luợng phân tử của thành phần cần phân chia.
79. Bảo quản: - Bảo quản ở dạng bột khô: sử dụng phương pháp sấy chân không ở khoảng nhiệt độ từ 30- 40oC. - Bảo quản ở điều kiện khô, kín, lạnh, tránh sáng và các tác nhân ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme.
80. Ứng dụng của enzyme trong công nghiệp thực phẩm • Carbohydrases: sản xuất syro ngô từ bột ngô (glucoamylase); chuyển tinh bột ngũ cốc thành dạng đường lên men trong nhà máy xay bột, bia, cồn, công nghiệp bánh (amylase). • Lipases: tạo mùi thơm trong sản xuất chocolate và phomat
81. Proteases:được sản xuất từ Aspergillus oryzae, A. terricola, A. fumigatus, A. saitoi, Penicillium chysogenum - Trong công nghiệp chế biến thịt, protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân một phần protein trong thịt, kết quả làm cho thịt có một độ mềm thích hợp và có hương vị tốt hơn. Sử dụng protease để sản xuất dịch đạm: từ Streptomyces fradiae tách được chế phẩm keratineza thuỷ phân được keratin rất có giá trị để sản xuất dịch đạm từ da, lông vũ. - Trong chế biến thuỷ sản: protease được dùng để rút ngắn thời gian làm và cải thiện hương vị của nước mắm.
82. - Trong công nghiệp sữa, protease (casein) được dùng trong sản xuất phomat nhờ hoạt tính với chymosin hoặc rennin làm đông tụ sữa. Protease từ một số vi sinh vật như A. candidus, P. roquerti, B. mesentericus, được dùng trong sản xuất pho mát. - Trong công nghiệp sản xuất bánh mì, bánh quy protease làm giảm thời gian trộn, tăng độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và nở tốt hơn. - Trong sản xuất bia, chế phẩm protease có ý nghĩa quan trọng trong việc làm tăng độ bền của bia, làm trong bia và rút ngắn thời gian lọc - Trong công nghiệp da, protease được sử dụng làm mềm da - Trong công nghiêp dệt: Proteinase vi sinh vật được sử dụng để làm sạch tơ tằm, tẩy tơ nhân tạo (để sợi được được bóng, dể nhuộm.
83. Glucose oxidase: được sản xuất từ vi nấm như Aspergillus niger, Penicillium notatum. - Glucose oxydase có khả năng oxy hoá glucose thành acid gluconic và khử O2 của H2O2 . Vì vậy được sử dụng để giảm glucose và loại oxy. - Được sử dụng trong quá trình sản xuất bột trứng, nhằm ngăn chặn tác động của phản ứng Mailard đến màu và mùi vị của sản phẩm. Trong quá trình sản xuất khoai tây lát chiên, enzyme này để làm giảm lượng glucose dư thừa, nhằm ngăn chặn việc hóa nâu sản phẩm.
84. Pectinases: thường được sản xuất từ Aspergillus niger. Ứng dụng: Làm trong nước quả từ nguyên liệu quả: nghiền, ép. Tăng hiệu suất thu hồi nước quả từ nho và các sản phẩm khác Loại pectin thừa từ nước quả trước khi cô đặc. Pectinase thường được dùng trong một số ngành công nghiệp thực phẩm sau: Sản xuất rượu vang. Sản xuất nước quả và nước uống không có rượu. Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đặc, mứt. Sản xuất nước giải khát. Sản xuất cà phê.
85. • Lipoxygenase: tẩy trắng bột. • Phosphatase: kiểm tra chất lượng thực phẩm • Phenol oxidase: phổ màu đậm đặc trưng cho chè, cocoa, coffee và raisins. • Renin (chymosin): sản xuất phomat. Các ứng dụng • Flavorases: phục hồi và làm giàu hương vị bằng cách bổ sung các chế phẩm enzyme vào thực phẩm như chế phẩm enzyme ngô tươi để cải thiện mùi vị của sản phẩm đóng hộp hoặc bổ sung alliinase để chuyển alliin thành garlic trong dầu tỏi.
86. Mô hình khóa và chìa khóa
87. Hoạt động enzym
88. Chu trình xúc tác Enzyme ß Input of Activation of Input Energy
89. • Các chất hoạt hoá và ức chế được tạo thành tại các mô hay được đưa vào cơ thể từ môi trường bên ngoài đều ảnh hưởng rất lớn đến hoạt tính xúc tác của enzym. Chất hoạt hoá làm tăng, còn chất ức chế làm giảm hoạt tính của enzym. Rất nhiều loại enzym được tạo ra bởi các tổ chức sống dưới dạng không có hoạt tính, được gọi là tiền enzym . Quá trình biến đổi từ tiền enzym thành enzym hoạt hoá diễn ra dưới tác dộng của các chất hoạt hoá. Các chất hoạt hoá có thể là ion, enzym đặc hiệu, hocmon . Ví dụ : Nhiều enzym tham gia trong chuỗi hô hấp tế bào được hoạt hoá nhờ ion Mg++, Mn++. • Một dạng hoạt hoá đặc biệt là quá trình tự xúc tác. Ví dụ : Một lượng nhỏ pepxin được tạo ra dưới tác động của ion H+ tự do có thể trở thành chất xúc tác cho quá trình chuyển hoá pepsinogen thành pepsin. • Pepsinogen Pepsin
90. • Đối với cơ thể, vai trò của chất ức chế không kém phần quan trọng. Chúng có thể làm cho enzym mất hoạt tính hoặc làm giảm tạm thời hoạt tính của enzym. Nếu chất ức chế có cấu trúc hình thái không gian giống với cơ chất thì nó sẽ tạo ra ức chế cạnh tranh, thay thế vị trí của cơ chất trong trung tâm hoạt tính và liên kết với trung tâm một cách lỏng lẻo. Dạng khác của quá trình ức chế đó là ức chế không cạnh tranh. Các chất ức chế không cạnh tranh tham gia vào liên kết hoá học một chiều với các nhóm chức riêng rẽ của trung tâm hoạt tính và bao bọc nó. Ví dụ : Hg++, Pb++, Ag+ liên kết với nhóm SH của chuỗi polypeptit