Xem mẫu
- GIỚI THIỆU VỀ ENZYME.
I-
I.1. Lịch sử phát triển.
Từ trước thế kỉ 17, loài người chưa biết gì về enzyme, người ta đã biết sử dụng rộng rãi các quy trình enz
Từ thế kỉ 17-19, người ta đã đề ra được khái niệm lên men. Silvius (1659) nêu lên rằng về cơ bản tất cả c
dày. Năm 1787 Pabroni cho rằng bản chất của quá trình lên men về sự phân giải một chất này bởi một ch
Đầu thế kỷ 19, Kiecgov (người Nga) đã chứng minh rằng nước chiết từ hạt lúa mạch nẩy mầm có tác dụ
Trong thời kỳ này, Pasteur cho rằng tác dụng xúc tác dụng xúc tác của enzyme có liên hệ tới hoạt động số
Và trong cuộc tranh luận này thì Pasteur đã chiến thắng và chia enzyme ra thành enzyme có tổ chức và enz
Năm 1878, Kiihn gọi enzyme có tổ chức là ferment, còn enzyme không có tổ chức là enzyme. Nhưng sự ph
Nửa cuối thế kỉ 19, Danilevxki dùng phương pháp hấp phụ lựa chọn để tinh chế enzyme; Fisher xác định
Từ 1922 bắt đầu có những công trình nghiên cứu tách chiết enzyme ở dạng tịnh khiết và nghiên cứu bản c
Năm 1961 Jacob va Monod đã đề ra cơ chế giả thuyết về sự điều hòa hoạt động của enzyme trong tế bào
Một thành tựu lớn trong những năm gần đây là đã tổng hợp được enzyme.
I.2. Bản chất, cấu trúc và tính chất của enzyme.
I.2.1. Bản chất của enzyme
- Định nghĩa: Enzyme là protein có hoạt tính xúc tác sinh học. Các enzyme xúc tác cho hầu hết các phản
trao đổi thường xuyên giữa cơ thể sống và môi trường ngoài, nghĩa là đảm bảo cho sự tồn tại của cơ thể
Các loại enzyme đều có đặc tính sinh học chung như sau:
a- Enzyme được tạo ra trong tế bào sinh vật: Quá trình tổng hợp enzyme rất phức tạp và được ki
b- Enzyme tham gia phản ứng cả trong tế bào sống và cả khi tách ra khỏi tế bào sống.
c- Enzyme tham gia phản ứng trong điều kiện nhiệt độ ôn hòa. Vì trong quá trình sống của tế bào
d- Enzyme có thể tham gia xúc tác các phản ứng trong và ngoài cơ thể từ giai đoạn đầu đến giai
H2O, một số chất khác và giải phóng năng lượng. Trong mỗi chuỗi phản ứng, sản phẩm của phản
e- Enzyme có thể thực hiện một phản ứng. Các phản ứng này xảy ra ở ngoài tế bào.
f- Phản ứng enzyme là phản ứng tiêu hao năng lượng rất ít. Trong khi đó, các phản ứng hóa học
Ví dụ: Trong qúa trình thủy phân Sucrose
Sucrose ----------> Fructose + Glucose
Năng lượng hoạt hóa: .Không có xúc tác: 32000 cal/ptg
. Acid : 25000 cal/ptg
. Enzyme saccharase: 9000 cal/ptg
g- Enzyme chịu sự điều khiển bởi gen và các điều kiện phản ứng. Gen quyết định tổng hợp ra m
Một gen →một enzyme→một phản ứng
Gen quyết định bản chất sinh học và bản chất hóa học của enzyme.
- Enzyme có thể hào tan trong nước trong dung dịch muối loãng nhưng không tan trong các dung
phân tử enzyme tạo thành lớp vỏ hydrate. Lượng nước hydrate khá lớn và có vai trò quan trọng tron
- Enzyme dễ bị kết tủa bởi các yếu tố vật lí và hóa học vốn làm kết tủa protein. Ví dụ: Enzyme
- Apoenzyme quyết định tính đặc hiệu cao của enzyme và làm tăng hoạt tính xúc tác của Coenzy
- Coenzyme quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác, trực tiếp tham gia trong phản ứng và
I.2.2. Cấu trúc phân tử enzyme.
a. Trung tâm hoạt động của enzyme:
- - Trong quá trình xúc tác chỉ có một phần nhỏ trong enzyme tham gia nhiệm vụ kết hợp với cơ chất ch
E + S ⇔ ES → E + P
E- enzyme; S- cơ chất (Substrate); P- sản phẩm (Products)
- Trung tâm hoạt động bao gồm nhiều nhóm chức năng khác nhau của acid amine, phân tử nước và nhiều
+ Nhóm –SH của cystein.
+ Nhóm ε -NH2 của Lysine
+ Nhóm -OH của serin, threonine, tyrosine.
+ Nhóm -COOH của Glutamic, Aspartic
+ Vòng Imidazol của Histidine
+ Vòng indol của trytophane
+ Nhóm guanilic của arginine.
Ví dụ: Trung tâm hoạt động của amylase
- Khi tạo thành trung tâm hoạt động các nhóm này phải ở vị trí gần nhau và được định hướng trong không
- Tất cả các enzyme đều hoạt động xúc tác thông qua trung tâm hoạt động enzyme. Nếu ta làm biến tí
- - Enzyme gồm : enzyme 1 thành phần và enzyme 2 thành phần
+ Enzyme 1 thành phần: thành phần chỉ chứa phần protein. Trung tâm hoạt động gồm các nhòm nằm m
Ví dụ: Nhóm -OH của serin
Nhóm -COOH của Glutamic, Aspartic
Nhóm ε -NH2 của Lysine
Vòng Imidazol của Histidine
+ Enzyme 2 thành phần: thành phần gồm: phần protein (Apoenzyme) và phần phi protein (Coenzyme)
Phần coenzyme: - Nhóm có màu: heme
- Ion kim loại
- Bản chất là vitamin
Vai trò của trung tâm hoạt động.
Các nhóm xúc tác: Là nhóm trực tiếp tham gia trong quá trình phản ứng kết hợp với các phân tử
-
Các nhóm tiếp xúc: Kết hợp với các phần cơ chất không bị chuyển hóa.
-
Các gốc cấu tạo cố định: Không trực tiếp tham gia kết hợp với cơ chất nhưng tương tác với c
-
Sự tạo thành trung tâm hoạt động.
Thuyết “ lock and key” của Fisher:
-
Thuyết “tương ứng cảm ứng” của Kosland
-
Theo Kosland phân tử enzyme cũng như trung tâm hoạt động của nó không có cấu tạo rắn chắc mà có tính
ở dạng thích hợp cho hoạt động xúc tác.
b. Cơ chế tác dụng của enzyme
Bản chất của các phản ứng enzyme khi có sự tham gia xúc tác của các enzyme, các cơ chất sẽ được h
hóa học.
Quá trình xúc tác enzyme xảy ra theo 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Enzyme kết hợp với cơ chất bằng những liên kết yếu, nhờ đó sẽ tạo ra phức hệ
- - Giai đoạn 2: Khi cơ chất tạo phức với enzyme sẽ bị thay đổi cả cấu hình không gian, cả về m
- Giai đoạn 3: Đây là giai đoạn cuối cùng, sản phẩm quá trình phản ứng được tạo thành và tách
Sơ đồ tổng quát quá trình xúc tác của enzyme:
E + S ⇔ ES → E + P
c. Tính đặc hiệu của enzyme
• Tính đặc hiệu phản ứng
- Mỗi enzyme chỉ tác động lên một loại phản ứng nhất định. Mỗi kiểu phản ứng chỉ có một enzyme tác đ
Ví dụ: Thủy phân liên kết peptid là enzyme peptidase.
Thủy phân
esterase.
Thủy phân liên kết glycosid là enyme glycosidase.
Trong khi đó dùng acid thủy phân được cả 3 liên kết đó.
• Đặc hiệu cơ chất tuyệt đối
- Enzyme chỉ tác động lên một và chỉ một cơ chất. Ví dụ:
H2O → 2NH3 + CO2
Urea +
Urease
• Đặc hiệu nhóm chất tuyệt đối
- Xúc tác chuyển hóa cho nhóm chất xung quanh enzyme có tính chất giống nhau.
Ví dụ: Glycosidase thủy phân liên kết glycosid trong phân tử Maltose, Sucrose.
• Đặc hiệu cơ chất tương đối
- Enzyme tác động lên một số cơ chất khác nhau.
Ví dụ: Bromelain có hoạt tính của peptidase, esterase, amylase nên thủy phân được các liên kết peptid, este
• Đặc hiệu cấu hình không gian (trừ Epimerase, racomase)
• Đặc hiệu kép: Đặc hiệu với 2 cơ chất cùng lúc. Trong đó có cơ chất đặc hiệu hơn cơ chất kia.
d. Các yếu tố ảnh hưởng tới tôc độ phản ứng của enzyme.
Đơn vị hoạt độ enzyme là lượng enzyme trong 1 phút ở điều kiện tiêu chuẩn xúc tác chuyển hóa được 1µ
Vận tốc phản ứng enzyme thể hiện ở hoạt độ enzyme.
Ảnh hưởng của nồng độ enzyme
Trong điều kiện thừa cơ chất tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ enzyme:
Khi thừa cơ chất thì khi nồng độ tăng vận tốc tăng. Khi nồng độ enzyme bão hòa với nồng độ cơ ch
Hình : Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến tốc độ phản ứng.
- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
Trong các phản ứng do enzyme xúc tác trước hết tạo thành phức hệ giữa enzyme và cơ chất. Sau đó phức
Phản ứng:
V = k3 [ES]
Tốc độ hình thành:
ES = k1 [E][S]
Tốc độ chuyển ES:
ES = (k2+k3) [ES]
;;
Trong trường hợp nồng độ enzyme thấp hơn rất nhiều so với nồng độ cơ chất:
[E] = [ET] – [ES]
→ [ES] = ([ET]-[ES])[S]/km =
→
V=Vmax ↔
Thay vào phương trình bên trên ta có phương trình Michaelis Menten :
Tù phương trình này ta nhận thấy rằng :
- Khi nồng độ cơ chất thấp hơn km thì tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ cơ chất.
- Khi nồng độ cơ chất lớn hơn nhiều km thì tốc độ đạt cực đại.
- Khi nồng độ cơ chất bằng km tốc độ bằng ½ Vmax. Nên km là nồng độ cơ chất mà ở đó
Hình : Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến vận tốc phản ứng.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Người ta sử dùng hệ số nhiệt Q10 để biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng:
- Cứ tăng 10 0C thì vận tốc phản ứng sẽ tăn lên từ 1,5 đến 2 lần nếu trong khoảng nhiệt độ thích hợp.
- Trong khoảng nhiệt độ tối ưu tốc độ phản ứng tăng nhanh. Sau đó nếu tăng quá nhiệt đọ tối ưu thì enzy
Hình : Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng.
Ảnh hưởng của pH
pH môi trường thường ảnh hưởng tới mức độ ion hóa cơ chất, enzyme và đặc biệt ảnh hưởng đến độ bề
Nhiều enzyme hoạt động rất mạnh ở pH trung tính nhưng cũng nhiều enzyme hoạt động mạnh ở pH kiề
Hình : Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phản ứng
Ảnh hưởng của các chất kìm hãm
1. Chất kìm hãm cạnh tranh
Là những chất có công thức cấu tạo gần giống với cơ chất hoặc giống với phần cenzyme của enzyme. K
Phản ứng:
- Kp là hằng số tốc độ khi có chất ức chế, với:
V=Vmax khi kp/[S] 0 .Suy ra [S] lớn hơn rất nhiều so với kp [S]>>[I]
Hình :Ảnh hưởng của chất kìm hãm cạnh tranh lên tốc độ phản ứng
Vì vậy, muốn mất ức chế làm cho vận tốc tăng lên thì ta tăng nồng độ cơ chất hơn rất nhiều so với chất
1. Chất kìm hãm không cạnh tranh
Chất kìm hãm kết hợp với phân tử enzyme ở chỗ khác với trung tâm hoạt động, làm thay đổi dạng không
với cơ chất tạo thành phức chất EIS.
E + S ↔ ES → E + P
E +I ↔ EI
EI + S ↔ EIS
Dưới tác dụng của chất kìm hãm không cạnh tranh, mức độ kìm hãm phụ thuộc vào nồng độ chất kìm hã
Phương trình Lineaweaver Burk:
Gọi Vp là là vân tốc cực đại của phản ứng khi có chất kìm hãm không cạnh tranh.
⇒
Hình : ảnh hưởng của chất kìm hãm không cạnh tranh
Vp=Vmax khi và chỉ khi [I]/KI →0
Vì vậy muốn loại bỏ chất ức chế ra khỏi enzyme thì enzyme mới có thể hoạt động trở lại bình thường.
- Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa
Chất hoạt hóa khi thêm vào phản ứng enzyme làm tăng tốc độ hoạt hóa enzyme chuyển enzyme từ trạng t
Ví dụ: Ion kim loại, một số chất hữu cơ.
II- Enyme amylase
Amylase là một enzyme xúc tác thủy phân liên kết α-1,4-glucosid của chuỗi polysaccharide thành dextrin,
II.1. Nguồn enzyme amylase
Enzyme amylase có trong nước bọt, dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm mốc, x
- Nấm mốc: Thuộc các giống nấm mốc Aspergilus, Rhizopus và một số loài Neurospora, Mucor
- Nấm men: Thuộc các giống Candida, Saccharomyces, Endomycopsis, Endomyces.
- Vi khuẩn: Các loài thuộc giống Bacillus. Ví dụ: B.subtilis, B.polymyxa, B.circulans …
- Xạ khuẩn: một số loài xạ khuẩn ưa nhiệt như: Micromonospora vulgaris 42.
Các enzyme amylase từ các nguồn khác nhau thì thường khác nhau về tính chất, cơ chế tác dụng cũng như
II.2. Các loại enzyme amylase
II.2.1. α-amylase (E.C.3.2.1.1)
Alternate names: 1,4-α-D-glucan glucanohydrolase; glycogenase.
α-amylase xúc tác thủy phân liên kết α-1,4 glucosid ớ bất kỳ vị trí nào trong phân tử tinh bột với cơ ch
phẩm tạo thành là các dextrin phân tử thấp không cho phản ứng màu với Iod, maltose, glucose, và isomalto
α-amylase là một mtaloenzyme (enzyme cơ kim). Trong phân tử có chứa Canxi. Nếu tách Canxi ra khỏ
α-amylase hầu như không tác dụng lên tinh bột nguyên vẹn và tác dụng mạnh lên tinh bột đã bị hồ hóa,
α-amylase tương đối bền với tác dụng nhiệt.
α-amylase của nấm mốc có thể xúc tác thủy phân tinh bột ở 50-52 oC, α-amylase của hạt nảy mầm
enzyme, Canxi giữ vai trò ổn định cấu trúc bậc ba của phân tử enzyme.
α-amylase thường thể hiện hoạt tính trong vùng acid yếu, α-amylase của nấm mốc hoạt động mạnh ở
Những vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp α-amylase được thương mại hóa: B.subtilis, B.licheniformis,
- II.2.2. β -amylase (E.C 3.2.1.2)
Alternate names: 1,4-α-D-glucan maltohydrolase; glycogenase; saccharogen amylase.
β -amylase là một dạng của amylase, được tổng hợp từ vi khuẩn, nấm mốc, thực vật
β -amylase xúc tác cho sự thủy phân liên kết α-1,4 glucosid của phân tử tinh bột và các polysaccharid.
Đối với các chất amylose, β -amylase thủy phân liên kết glucosid bắt đầu từ đầu không khử của mạch, tác
Đối với các cơ chất amylopectin, β -amylase chỉ phân cắt các liên kết 1,4 glucosid và cũng tách dần ra khỏ
phân tử lớn.
β -amylase không tác dụng lên tinh bột nguyên vẹn, chỉ tác dụng lên tinh bột đã hồ hóa. Khác với α -amylas
β -amylase kém bền dưới tác dụng của nhiệt độ cao, β -amylase bị vô hoạt hoàn toàn ở nhiệt độ ở nhiệt độ
II.2.3. γ -amylase (EC 3.2.1.3)
Alternate names: Glucan 1,4-α-glucosidase; amyloglucosidase; Exo-1,4-α-glucosidase; Glucoamylase; Lyso
γ -amylase xúc tác thủy phân liên kết α-1,4 và 1,6 glucosidase của phân tử tinh bột và các polysaccharide.
Sự thủy phân các cơ chất dưới tác dụng của γ -amylase tiến hành ở từng liên kết một, bắt đầu từ mạch k
γ -amylase có hoạt lực tối đa ở pH= 3,5-5,5. Nhiệt độ tối thích của γ -amylase là 50-60 oC Hầu hết các γ -a
Những chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp γ -amylase thương mại hóa: Aspergilus, Rhizopus, A.n
• Tổng hợp quá trình thủy phân tinh bột của enzyme amylase:
Hoàng Văn Nhị_46 CNSH_Trương Đại Học Nha Trang Link web lớp 46CNSH: http://46cnsh.good.to
ng nhâ đ
̣p Hoạt ộng G đâ
ần
Đă
nguon tai.lieu . vn
