tìm hiểu về enzyme oxy hóa khử

35 2.4K 7
tìm hiểu về enzyme oxy hóa khử

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Enzym oxy hóa khử PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG : Muốn tồn trì chức hoạt động sống sinh trưởng , sinh sản, vận động học, tiết … ,sinh vật cần có lượng Nguồn lượng thể người, động vật đa số vi sinh vật lượng hóa học tàng trữ phân tử chất dinh dưỡng có thức ăn sau phân hủy Những phản ứng phân hủy có kèm theo giải phóng lượng tiến hành tế bào sống với tham gia hệ enzym đặc biệt trình oxy hóa-khử sinh học hệ enzym xúc tác cho phản ứng hệ enzym oxy hóa khử Hệ enzym chủ yếu vi sinh vật thân thể động vật tạo trình sống chúng Các enzym có tên gọi chung Oxydoreductase : gồm số nhóm enzym chủ yếu :dehydrogenase (nhóm ngoại NAD, NADP, FAD , … ), Oxydase (polyphenoloxydaza, catalaza, lipo_oxydaza, …) chất chuyển trung gian khác Các chất dinh dưỡng dùng làm nguyên liệu cho trình oxy hóa khử thể sinh vật Gluxit, protit, lipit … Các trình oxy hóa sinh học thuộc phản ứng dò hóa nguồn lượng quan trọng dùng để thực phản ứng tổng hợp khác mà nguồn cung cấp chất trung gian dùng làm nguyên liệu cho phản ứng tổng hợp đóng vai trò quan trọng việc liên hợp trình trao đổi chất Nguyên liệu dùng để chế biến lương thực , thực phẩm thường thể sống mô sống tác nhân chuyển hóa số ngành thực phẩm công nghiệp lên men chẳng hạn lại vi sinh vật, lónh vực công nghiệp thực phẩm trình oxy hóa_ khử sinh học có ý nghóa đặc biệt quan trọng Trong trình chế biến thực phẩm, nhiều trình oxy hóa _khử sinh học tạo sản phẩm có màu sắc đẹp, vò ngon, hương thơm làm cho thực phẩm có tính chất đặc trưng riêng làm tăng giá trò cảm quan tiêu dùng sản phẩm Ví dụ : thứ chè, nhờ khống chế lợi dụng tài tình hệ enzym polyphenoloxydaza thân nguyên liệu có sẵn chè mà người ta tạo chè xanh, chè đen, chè đỏ, chè vàng … ) có hương vò sắc nước khác sản xuất ca cao, thuốc người ta sử dụng hoạt động hệ enzym Theo quan điểm hóa học lên men trình phân giải oxy hóa – khử đường hệ enzym vi sinh vật tiến hành điều kiện yếm khí Năng lượng trình sinh dùng để tạo nên hợp chất cao nhằm thỏa mãn nhu cầu lượng vi sinh vật Tuy nhiên phần lớn lượng giải phóng lại tán xạ dạng nhiệt Về quan điểm lượng lên men trình phân giải yếm khí glucoza bất lợi, không kinh tế: sản phẩm cuối lên men có tàng trữ phân tử lớn Cho nên muốn cung cấp đủ lượng cho hoạt động sống vi sinh vật phải phân giải lượng đường lớn tạo nên lượng lớn sản phẩm cuối Enzym oxy hóa khử Người ta lợi dụng điều để sản xuất rượu, bia, cồn, nước giải khát có gas, rượu, dấm, acid thực phẩm …Vì nói phản ứng oxy hóa – khử sinh học sở ngành công nghiệp lên men Tóm lại, đốùi với thể sinh vật, phản ứng oxy hóa – khử sinh học có ý nghóa quan trọng bậc trao đổi chất trao đổi lượng Riêng công nghiệp thực phẩm, phản ứng oxy hóa – khử sinh học có lợi bất lợi tùy theo mục đích cụ thể, đối tượng bảo quản chế biến Điều quan trọng khám phá hiểu biết sâu sắc chế phản ứng oxy hóa sinh học cho phép người điều khiển chúng vào mục đích mong muốn PHẦN II TỔNG QUAN VỀ ENZYM : I.) CẤU TẠO HÓA HỌC CỦA ENZYM Bản chất hóa học phần lớn enzym protein Bản chất hóa học enzym xác đònh đắn từ sau kết tinh enzym Enzym nhận dạng tinh thể Urease đậu tương nhiều enzym khác có đủ chứng để xác nhận tinh thể protein thu enzym Phần lớn enzym có dạng hạt protein hình hạt, tỉ lệ trục dài trục ngắn phân tử vào khoảng – hay – Các enzym có phân tử lượng lớn, đa số vào khoảng 20.000 đến 90.000 dalton, có enzym lên tới triệu lớn Giống protein hình hạt khác, enzym hoà tan nước, dung dòch muối loãng không tan dung môi không phân cực Dung dòch enzym có tính chất dung dòch keo ưu nước Khi hòa tan enzym vào nước, phân tử nước lưỡng cực kết hợp với ion, nhóm ion nhóm phân cực phân tử enzym tạo thành lớp vỏ hydrat Lượng nước hydrat có vai trò quan trọng phản ứng sinh hóa Enzym dung dòch dễ dàng bò kết tủa tác dụng số yếu tố vật lý hóa học vốn làm kết tủa protein Vidụ : tác dụng muối trung hòa amon sunfat dung môi hữu axeton, etanol… nhiệt độ thấp, enzym bò kết tủa không bò hoạt tính Ngược lại, tác dụng yếu tố gây biến tính protein ( nhiệt độ cao, axit kiềm đặc, muối kim loại nặng nồng độ cao) phần lớn enzym bò biến tính , hoạt tính xúc tác Điều đáng ý mức giảm hoạt độ tương ứng mức độ biến tính phân tử protein, enzym Các tính chất nêu sử dụng để thu nhận chế phẩm enzym có hoạt tính xúc tác để ức chế enzym cần thiết Enzym cấu tạo từ L –α acid amin kết hợp vơi qua liên kết peptit Các enzym bò thủy phân tác dụng peptit – hydrolaz, axit kiềm Khi enzym bò thuỷ phân hoàn toàn tạo thành L –α acid amin, nhiều trường hợp acid amin thu nhận chất khác Trong trường hợp thứ enzym protein đơn giản, gọi enzym thành phần ; trường hợp thứ hai, enzym protein phức tạp, gọi enzym hai thành phần Phân tử enzym Enzym oxy hóa khử hai thành phần (holoenzym) bao gồm phần protein (apoenzym) kết hợp với nhóm khác protein gọi nhóm ngoại coenzym Một coenzym kết hợp với apoenzym khác nhau, tạo thành holoenzym khác nhau, xúc tác cho trình chuyển hóa chất khác giống kiểu phản ứng Apoenzym đònh tính đặc hiệu enzym làm tăng hoạt tính xúc tác coenzym Coenzym đònh kiểu phản ứng mà enzym xúc tác, trực tiếp tham gia phản ứng làm tăng độ bền apoenzym yếu tố gây biến tính Các coenzym thường dẫn xuất Vitamin hoà tan nước Đa số enzym thuộc enzym thành phần Đến người ta xác đònh phần lớn enzym tế bào protein có cấu trúc bậc Ở điều kiện xác đònh, phân tử chúng bò phân ly thuận nghòch tạo thành phân tử đơn vò (pdđv) , hoạt độ enzym bò giảm bò hoàn toàn Ở điều kiện thích hợp pdđv lại kết hợp với hoạt động xúc tác enzym phục hồi Trong tế bào tồn nhiều hệ enzym (multienzym) : bao gồm enzym xúc tác cho dây chuyền phản ứng trình trao đổi chất đònh, sản phẩm phản ứng enzym xúc tác chất enzym xúc tác cho phản ứng Ví dụ : hệ thống gồm enzym E1, E2, E3 xúc tác cho dây chuyền phản ứng sau : A E1 B E2 C E3 D Trong sơ đồ , B sản phẩm phản ứng E1 xúc tác lại chất E2 Các enzym hệ thống nhiều enzym tồn riêng rẽ dạng hòa tan, không liên kết với kết tụ với nhau, liên kết với bền tạo thành phức hệ nhiều enzym Khi tách riêng khỏi phức hệ enzym , hoạt tính xúc tác Ngoài , số hệ thống enzym liên kết với màng, quan tử tế bào (màng ti thể, riboxom …) II.) TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG Mỗi hoạt động xúc tác enzym thông qua phận đặc biệt phân tử enzym gọi trung tâm hoạt động enzym Trung tâm gồm nhóm hóa học, liên kết peptit tiếp xúc trực tiếp với chất Một phần toàn phân tử enzym coi có khung cấu trúc thích hợp để trì hình dạng cần thiết tính chất đặc hiệu hiệu lực xúc tác Do làm thay đổi hình dạng chúng dẫn đến khả xúc tác bò thay đổi Trung tâm hoạt động enzym thường bao gồm acid amin có nhóm hóa học có hoạt tính cao serin (-OH), Histidin (vòng imidazol), cystein (-SH), Lysin (-NH2), Tryptophan (indol), glutamic (-COOH) Các gốc acid amin tạo nên trung tâm hoạt động không thiết xếp cạnh cấu trúc bậc gần cấu trúc 2, ion kim loại có vai trò trung tâm hoạt động Coenzem thành phần quan trọng trung tâm hoạt động Enzym oxy hóa khử Có enzym có trung tâm hoạt động có enzym có hai hay nhiều trung tâm hoạt động giống khác cấu tạo chức có chất đặc hiệu có cấu trúc thích hợp với trung tâm hoạt động enzym để tạo thành phức hợp enzym – chất, trình xúc tác xảy chất gắn vào trung tâm hoạt động Fisher (1894) cho trung tâm hoạt động hình thành sẵn với cấu tạo đònh cho phép chất có cấu tạo tương ứng kết hợp vào chế ví “ổ khoá” “chìa khóa” Thuyết giải thích số trường hợp không giải thích đầy đủ nhiều kết thu thực nghiệm Do Koshland (1958) đưa giả thuyết khác mô hình “tiếp xúc cảm ứng” Theo thuyết đặc điểm vùng trung tâm hoạt động mềm dẻo linh hoạt chưa tư sẵn sàng hoạt động tác dụng với chất gây cảm ứng tác dụng không gian làm biến đổi hình dạng phân tử enzym tạo nên trung tâm hoạt động, đònh hướng cách xác để gắn với chất Trong trình cấu trúc enzym bò biến đổi, làm cho số tính chất lí hoá enzym thay đổi theo hình sau 1.) Trung tâm dò lập thể Trong trình xúc tác phân tử enzym, trung tâm hoạt động làm xúc tác có loại trung tâm khác làm nhiệm vụ điều chỉnh hoạt tính enzym, gọi trung tâm điều chỉnh trung tâm dò lập thể Trung tâm dò lập thể khác vò trí trung tâm hoạt động Cơ chế tác dụng yếu tố dò lập thể chỗ tác động vào trung tâm dò lập thể enzym làm thay đổi hình dạng không gian enzym chuyển trạng thái hoạt động enzym hoạt động hay không hoạt động Sự kết hợp yếu tố dò lập thể vào trung tâm dò lập thể enzym thường kết hợp thuận nghòch Cơ chế tác dụng yếu tố dò lập thể chỗ tác dụng vào trung tâm dò lập thể enzym làm thay đổi hình dạng enzym dẫn đến làm biến đổi trung tâm hoạt động làm cho hoạt tính xúc tác enzym bò thay đổi tăng lên hay giảm Trung tâm dò lập thể đóng vai trò quan trọng chế điều chỉnh enzym thường hay nói đến chế ức chế ngược chế điều chỉnh dò lập thể mà thông thường enzym phản ứng trình chuyển hoá enzym dò lập thể sản phẩm cuối trình phản ứng yếu tố dò lập thể âm 2.) Enzym polyme Là enzym có cấu tạo nhiều đơn vò nhỏ, đơn vò nhỏ chuỗi polypeptit gọi protome Enzym polyme thường có từ hai đến bốn đơn vò nhỏ, có trường hợp có tới 10 đến 12 đơn vò nhỏ Malat dehydrogenase có hai đơn vò nhỏ, Urease có tám đơn vò nhỏ, catalase có đơn vò nhỏ,ATP ti thể tim bò có 10 đơn vò nhỏ Enzym polyme thường thể hoạt tính xúc tác cao phân tử nguyên vẹn, đơn vò nhỏ bò tách rời hoạt tính enzym bò giảm hay hẳn 3.) Các dạng phân tử enzym(Isozym) Enzym oxy hóa khử Enzym xúc tác loại phản ứng hoá học tồn nhiều dạng phân tử khác có số tính chất lý, hoá, miễn dòch khác Các dạng phân tử khác enzym thường đựơc gọi isozym Lactat dehydrogenase có phân tử lượng khoảng 130.000 bốn đơn vò nhỏ tạo nên, đơn vò nhỏ chuỗi polypeptit có trọng lượng phân tử khoảng 35.000 Các chuỗi polypeptit sinh tổng hợp hai gen khác kí hiệu :H M; có nguồn gốc tim (H) (M) xếp thành dạng phân tử lớn: LDH1:HHHH LDH2:HHHM LDH3:HHMM LDH4:HMMM LDH5:MMMM Tỷ lệ dạng phân tử thay đổi tuỳ theo tuổi tác, trạng thái sinh lý bệnh lý III.) CÁC TIỀN CHẤT ENZYM Hầu hết enzym tổng hợp thể thông qua giai đoạn tiền chất enzym hoạt động xúc tác gọi Zymogen hay Proenzym Những tiền chất enzym bò biến đổi trình thuỷ phân liên kết peptit loại bỏ đoạn peptit có tác dụng kìm hãm che lấp trung tâm hoạt động enzym Do phân tử lượng enzym có hoạt tính thường nhỏ phân tử lượng Proenzym người động vật có vú enzym thuỷ phân protid ống tiêu hoá tổng hợp dạng proenzym Ví dụ : pepsinogen, chymotrypsinogen, trypsinogen trình hoạt hoá pepsinogen giải phóng chuỗi peptit ngắn có trọng lượng phân tử 4000 dlk peptit có trọng lượng phân tử 3200dlk có tác dụng ức chế hoạt tính enzym kết hợp với enzym Quá trình hoạt hoá trypsinogen xảy thuỷ phân liên kết peptit gốc axít amin thứ loại bỏ hexapeptit làm thay đổi hình dạng bộc lộ trung tâm hoạt động enzym Đối với chymotrypsinogen chuyển thành trymotrypsin thuỷ phân giải phóng dipeptit làm thay đổi hình dạng phân tử làm cho His vò trí 57 xích gần gốc Ser vò trí 195 tạo trung tâm hoạt động enzym IV.) CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA ENZYM Cơ chế tác dụng chung enzym làm giảm lượng hoạt hoá, làm tăng tốc độ phản ứng Hoạt động xúc tác enzym bao gồm nhiều yếu tố kể vài yếu tố sau: Sự tiếp cận đònh hướng : Cơ chất tiếp cận với enzym cho liên kết cảm thụ chất tiếp cận với nhóm hoạt động enzym đònh hướng xác với nhóm Quá trình gây biến đổi quỹ đạo liên kết chúng làm cho phức hợp enzym – chất vào trạng thái hoạt hóa Enzym oxy hóa khử Mối quan hệ hình dạng không gian enzym hoạt đông xúc tác : cấu trúc phân tử không gian enzym có liên quan mật thiết với hoạt động xúc tác enzym Sự biến đổi cấu trúc không gian enzym trung tâm hoạt động xúc tác enzym Người ta cho rằng, kết hợp enzym chất tạo thành phức hợp trung gian [ES] gây tác dụng cảm ứng tương hỗ tức thời enzym chất Cấu trúc enzym luôn biến đổi cho nhóm hoạt động enzym đònh hướng xác tiếp cận thuận lợi với chất cho phân tử chất bò “căng ra” bò “xoắn lại” dễ dàng bò bẻ gẫy Sự tiếp xúc acid – base : Nhờ xúc tác acid – base mà hầu hết phản ứng xảy thể thực môi trường pH trung tính, nồng độ H + OH- thấp Nếu chế phản ứng hóa học thường xảy môi trường có nồng độ H + OH- cao Với nhóm hoạt động đặc biệt có khả nhường hay nhận proton enzym thực trình xúc tác acid – kiềm Sự xúc tác phụ thuộc yếu tố quan trọng, thứ lực acid – base nghóa số phân ly proton chúng; thứ hai tốc độ nhường hay nhận proton base cid- base Thí dụ : nhóm imidazol Histidin chất xúc tác acid – base mạnh Sự xúc tác đồng hóa trò : Nhiều enzym kết hợp với chất liên kết đồng hóa trò tạo phức hợp trung gian có hoạt tính cao, giảm lượng hoạt hóa phản ứng để chất dễ dàng tham gia phản ứng tạo sản phẩm Hoạt động enzym thường thông qua hợp chất trung gian enzym – chất đồng hóa trò phân biệt theo gốc acid amin enzym trực tiếp phản ứng với chất Nhóm Serin bao gồm enzym này, nhóm Hydroxyl gốc Serin đặc hiệu enzym tham gia tạo thành liên kết este với nhóm acyl trường hợp chymotrypsin để tạo phức hợp trung gian acyl – enzym, với nhóm phosphat trường hợp phosphoglucomutase để tạo phospho enzym Trong nhóm cystein bao gồm phospho glyceraldehyd dehydrogenase, papain, acetyl CoA acetyl transferase liên kết đồng hóa trò thioeste hình thành nhóm acyl chất nhóm sulfhydryl gốc cystein đặc hiệu enzyn Nhóm Histidin bao gồm số enzym vận chuyển nhóm phosphat gluco phosphatase, succinyl – CoA sythetase Những enzym có nhóm imidazol Histidin dặc hiệu enzym phosphoryl hóa Nhóm Lysin bao gồm enzym fructodiphosphat aldolase, tranaldolase, D – amino acid oxidase, hợp chất trung gian chúng base Schiff nhóm - NH2 Lysin đặc hiệu enzym nhóm carbonyl chất Cơ chế tác dụng enzem yếu tố đơn độc mà tác dụng tổng hợp nhiều yếu tố, nhiều nhóm hoạt động enzym tạo Cơ chế tác dụng men phức tạp có đặc điểm riêng có vai trò xúc tác enzym nhóm chức phân tử enzym Bản chất enzym protein, phân tử chúng gồm hàng trăm hàng ngàn gốc acid amin, acid amin liên kết với liên kết peptid qua nhóm α – carboxyl α – amin Tất acid amin (trừ glycin) có mạch nhánh Các mạch nhánh Enzym oxy hóa khử thường có trạng thái tự tuỳ theo chất nó, tham gia vào phả ứng hóa học đònh Trong acid amin cấu tạo nên trung tâm hoạt động enzym có acid amin có mạch nhánh với hoạt tính hóa học cao Các nhóm tạo nên nhóm chức trung tâm hoạt động ; có nhóm trực tiếp tham gia vào hoạt động xúc tác ; có nhóm khác làm nhiệm vụ kết hợp đònh hướng cho chất coenzym tạo nên phận tiếp xúc en zym : Tuy nhiên ta xác đònh ranh giới rõ rệt nhóm “xúc tác” nhóm “tiếp xúc” nhóm tiếp xúc thường tham gia vào xúc tác Các nhóm chức thường nằm phận khác chuỗi polypeptid phân tử enzym, cuộn khúc mạch peptid, nhóm lại gần kề không gian đònh hướng theo cách đònh Sự phá huỷ khóa nhóm chức thường gây ngừng hãm làm chậm phản ứng xúc tác Khi cấu trúc bậc 3, hay bậc phân tử enzym bò hư hại hay rối loạn lý vật lý, hay rối loạn lý hóa học đó, thường gây tổn hại đến cấu trúc tinh vi trung tâm hoạt động, rối loạn đònh hướng tương hỗ nhóm chức Các nhóm chức thường có phân tử enzym bao gồm: - Các nhóm carboxyl acid aspartic acid glutamic - Nhóm έ- amin Lysin - Nhóm guanidin arginin - Nhóm indol Tryptophan - Nhóm imidazol Histidin - Nhóm Hydroxyl Serin threomin - Nhóm phenol Tyrosin - Nhóm sulfuhydryl Cystein - Nhóm thioeste Methionin - Những mạch carbon acid amin khác vòng thơm phenylalanin; nhóm chức tham gia vào hoạt động enzym nhiều chế Nhờ khả nhường nhận proton, chúng hoạt động chất xúc tác acid chất xúc tác theo nghóa rộng Chúng liên lết liên kết đồng hóa trò với chất tạo thành phức hợp enzym – chất có hoạt tính cao, để thực chế xúc tác đồng hóa trò - Trong enzym có chứa kim loại, nhiều trường hợp ion kim loại đóng vai trò trung gian nhóm chức enzym chất Ion kim loại chất mang điện tích dương, đóng vai trò chất hút điện tử mạnh tham gia vào chế phản ứng có hiệu lực V.) TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYM Tính đặc hiệu cao enzym sai khác chủ yếu enzym với chất xúc tác khác Mỗi enzym có khả xúc tác cho Enzym oxy hóa khử chuyển hóa hay số chất đònh theo kiểu phản ứng đònh Đặc tính tác dụng lựa chọn gọi tính đặc hiệu tính chuyên hóa enzym 1.) Đặc hiệu kiểu phản ứng Thể chỗ enzym xúc tác cho kiểu phản ứng chuyển hóa chất đònh Ví dụ : phản ứng oxy hóa khử, thuỷ phân … 2.) Đặc hiệu chất Cơ chất chất có khả kết hợp vào trung tâm hoạt động enzym bò chuyển hóa tác dụng enzym Mức độ đặc hiệu enzym không giống nhau, ngưới ta thường phân biệt thành mức sau : a.)Đặc hiệu tuyệt đối Enzym có tác dụng chất đònh tác dụng với chất khác Ví dụ: Urease có tác dụng với Ure, thuỷ phân thành khí CO2 NH3 NH2 – CO – NH2 + H2O CO2 + 2NH3 b.) Đặc hiệu nhóm tuyệt đối Các enzym tác dụng lên chất có kiểu cấu trúc phân tử, kiểu liên kết có yêu cầu xác đònh nhóm nguyên tử gần liên kết chòu tác dụng Ví dụ: mantaz thuộc nhóm α – glucozidaz xúc tác cho phản ứng thuỷ phân liên kết glucozid đïc tạo thành từ nhóm OH glucozid α – glucoz với nhóm OH monoz khác c.)Đặc hiệu nhóm tương đối: Mức độ đặc hiệu nhóm chỗ enzym đòi hỏi nghiêm ngặt nhóm gần liên kết bò phân giải Ví dụ: Lipaz xúc tác cho phản ứng thuỷ phân Lipid Phần lớn enzym có tính đặc hiệu lập thể nghóa enzym có tác dụng với dạng đồng phân không gian chất Ví dụ : lactatdehydrogenaz tác dụng lên acid L – lactic mà tác dụng với D – lactic Trong tự nhiên có enzym xúc tác cho phản ứng chuyển hóa tương hỗ cặp đồng phân không gian tương ứng ví dụ: lactatraxemaz vi khuẩn xúc tác cho phản ứng chuyển hóa lẫn acid D L – lactic …vv Các enzym có vai trò quan trọng sản xuất chất dinh dưỡng phương pháp hóa học , chúng chuyển chất từ dạng thể sử dụng sang dạng hấp thụ Enym có khả phân biệt gốc đối xứng phân tử giống hoàn toàn Ví dụ : nhóm –CH2OH phân tử glixerin, glixerophatphat _ kinaz xúc tác phản ứng chuyển vò gốc phophat từ ATP đến C3 glixerin VI.) CÁC TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC PHẢN ỨNG DO ENZIM KIỂM SOÁT : Các phản ứng enym kiểm soát có số đặc tính quan trọng có liên quan tới chế hoạt động enzym, ảnh hưởng nhiệt độ pH, nồng độ chất Enzym oxy hóa khử enzym, chất ức chế cofactor có tầm quan trọng sinh học đặc biệt 1) Nhiệt độ : Sự tăng ban đầu tốc độ phản ứng nhiệt độ tăng phù hợp với phản ứng hóa học lượng nhiệt tăng lên làm tăng lượng động học phân tử phản ứng làm cho tần số va chạm tăng lên Trong trường hợp số phức hợp enzym - chất tạo nên nhiều đơn vò thời gian, đồng thời xúc tác tăng số phân tử sản phẩm tăng lên Với nhiều loại phản ứng , kể phản ứng xúc tác vô cơ, tăng tiếp diễn vô hạn, nhiên phản ứng enzym kiểm soát, nhiệt độ tối ưu nhanh chóng đạt tới tương ứng với tốc độ cực đại phản ứng Cao nhiệt độ tối ưu, tốc độ phản ứng giảm nhanh Đó phân tử enzym, protein khác, cấu hình có nhờ lực hấp dẫn yếu, liên kết hydro : liên kết trở nên không bền nhiệt độ cao làm cho enzym trở nên biến tính Trung tâm hoạt động cấu hình chuẩn không phù hợp với chất enzym hoạt động chất xúc tác Đa số enzym có nhiệt độ tối ưu 40-50oC, có số loại chuyên hoá để hoạt động tốt khoảng nhiệt độ Ví dụ số loài vi khuẩn sống vùng nước nóng 85oC có enzym đặc biệt bền vững ,loài cá băng Nam cực có enzym hoạt động có hiệu qủa -2oC pH : Đa số enzym có pH tối ưu gần với 7, ph bình thường bên tế bào Các enzym hoạt động bên tế bào thường đói hỏi nhiều pH khác Ví dụ rõ rệt enzym pepsin thấy dòch vò, hoạt động tốt điều kiện độ acid cao pH khoảng 1-2 Sự lệch với pH tối ưu ảnh hưởng đến hoạt tính enzym theo hai cách trái ngược Trong trường hợp vò trí liên kết xúc tác trung tâm hoạt động có dạng dạng ion tích điện, số giá trò pH ức chế làm tái kết hợp ion Các nhóm không tích điện tạo nên không tương tác với chất tính xúc tác Khả thứ hai phân tử enzym thay đổi cấu hình trở nên biến tính ; điều dễ xảy pH cực trò mà làm yếu lực liên kết phận phân tử enzym lại với 2) Nồng độ chất nồng độ enzym : Tốc độ đa số phản ứng enzim kiểm soát bò thay đổi theo nồng độ chất Khi nồng độ chất tăng làm cho tốc độ phản ứng tăng lên tương ứng, nồng độ chất mức tương đối thấp Khi nồng độ chất lớn hơn, tốc độ phản ứng trở nên phụ thuộc vào nồng độ chất tiến tới cực đại cố đònh tùy thuộc vào số lượng enzym có mặt Ở nồng độ chất thấp, nhiều phân tử enzym có trung tâm hoạt động tự cung cấp hạn chế chất xác đònh tốc độ phản ứng Ở nồng độ chất cao, hầu hết trung tâm hoạt động bò chiếm lónh Enzym oxy hóa khử lúc số lượng phân tử enzym lại yếu tố đònh tốc độ phản ứng Khi số enzym tăng tốc độ cực đại theo mà tăng lên tương ứng Trong phạm vi trao đổi chất tế bào, mối tương quan có tầm quan trọng phương thức kiểm soát tốc độ phản ứng khác – số phản ứng, nồng độ chất bình thường nhân tố quan trọng, với enzym khác nồng độ enzym đònh 3) Các chất ức chế enzim Các chất ức chế cạnh tranh : Các chất có cấu tạo hóa học hình dạng giống chất Khi có mặt chất chất ức chế, chúng cạnh tranh trung tâm hoạt động làm cho hoạt động xúc tác enzym bò hoãn lại Để ví dụ ức chế cạnh tranh lấy trường hợp enzym sucxinic dehydrogenaza, xúc tác nhiều bước trình giải phóng lượng tế bào Cơ chất bình thường enzym acid sucxinic, biến thành acid fumaric bò lấy hai nguyên tử hydro, enzym giải phóng sản phẩm lại dùng lại.các chất ức chế cạnh tranh ảnh hưởng lâu bền tới phân tử enzym va ức chế chúng gây nên khắc phục cách giảm nồng độ chất ức chế Các chất ức chế không cạnh tranh : Các chất khác với chất ức chế cạnh tranh chỗ chúng không kết hợp với trung tâm hoạt động enzym không chòu ảnh hưởng nồng độ chất Loại phổ biến ion kim loại nặng, ion thủy ngân (Hg +) bạc (Ag+) Các chất kết hợp với phân tử enzim gây biến đổi gián tiếp tới hình dạng trung tâm hoạt động, làm cho tương tác với chất Sự ảnh hưởng xuất phản ứng hóa học xảy khu vực thứ phân tử protein làm thay đổi hình dạng tính chất khu vực thứ hai, gọi phản ứng dò khối 4) Các cofactor enzim : Nhiều enzim hoạt động xác thiếu chất nhỏ hơn, protein, mà gọi cofactor.Nó có mặt bên giới hạn trung tâm hoạt động Cofactor thường hoạt động “cầu “ enzym chất, thường tham gia trực tiếp vào phản ứng hóa học trình xúc tác Đôi cofactor cung cấp nguồn lượng hóa học thúc đẩy phản ứng Một số enzym cần ion kim loại cofactor – ví dụ Fe, Mg … Đôi , coenzym liên kết cộng hóa trò với enzym trạng thái bền vững hình thành nhóm tiền tố – (prostetic) protein phức hợp Tuy khoảng 80% enzym protein tinh khiết gồm mạch polypeptid, coenzym cần có liên kết tạm thời enzym thực chức xúc tác chúng PHẦN III MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÁCH VÀ TINH CHẾ ENZYM : Các chế phẩm enzym thu nhận theo phương pháp Nuôi cấy bề mặt (môi trường nuôi dạng rắn) Nuôi bề sâu (chìm – môi trường nuôi dạng lỏng) Ta gọi chế phẩm enzym thô dạng lỏng hay rắn – dùng số ngành 10 Enzym oxy hóa khử chuyển electron từ FAD H2-dehydrogenaza sang hệ xitocrom Vì flavinproteit gọi flavinproteit chuyển vận electron hay flavin chuyển vận electron Flavinproteit bỏ qua dehydrogenaza piridin (piridinnucleotit) mà tương tác trực tiếp với chất hô hấp Ví dụ suxinatdehydrogenaza oxi háo trực tiếp suxinat , cách chiếm lấy hydro chuyển cho hệ xitocrom oxi không khí Phức hợp enzim xúc tác oxi hoá acid suxinic bao gồm : suxinatdehydrogenaza (có nhóm ngoại FAD), xitocrom c1,b ,c, ubikinon , Fe phihem xitocrom oxidaza chế tác dụng suxinatdehydrogenaza Keilin tìm ng cho thấy enzim khử xitocrom có mặt suxinat ; xitocrom khử tới lượt lại bò oxi hoá xitocromoxidaza COOH  dehydrogenaza CH2 + ½ 02  CH2  COOH Axit suxinic COOH | CH2 +  CH2  COOH axit fumaric H2O Nói chung dehydrogenaza flavin thường xúc tác phản ứng khử hydro chất có cấu trúc –CH2- CH2- thành sảm phẩm có cấu trúc –CH=CH H H   C— C + FAD+  C = C     H H H H No không no II.) CÁC ENZIM HOẠT HOÁ OXI (OXYDAZA): Các enzim hoạt hoá oxi phân tử enzym có khả hcuyển trực tiếp hydro (hoặc electron) cho oxi phân tử hoạt hoá oxi phân tử làm cho có khả kết hợp trực tiếp vào chất tạo peroxyt hữu : AH2 A ½ O2 H2O AH2 O2 H2O2 A AH2 A Kinon H2O Phenol ½ O2 Các enzim hoạt hoá oxi tiêu biểu xitocrom oxidaza , polyphenoloxidaza, ascorbatoxydaza, peroxydaza, catalaza , oxydaza flavin ( enzim flavin hiếu khí) 21 Enzym oxy hóa khử Nhóm enzim hoạt hoá oxi bao gồm số lượng lớn enzim khác Tuỳ thuộc vào chất kim loại có thành phần nhóm ngoại chúng mà oxidaza cuối chia làm hai nhóm nhỏ : -Sắt proteit (Fe – proteit); - Đồng proteit (cu – proteit); 1.) Fe – proteit: CH3 C HC HC C C C C C C C CH CH C C C CH CH = CH C CH3 C C (CH2)2 (CH2)2 COOH C C COOH Hemin Fe – proteit chất xúc tác hai cấu tử có nhóm ngoại hemin (Fe – pocphirin) Trong trình xúc tác , Fe enzim chòu chuyển hoá oxi hóa-khử thuận nghòch Hệ xitocrom catalaza , peroxydaza Fe – proteit quan trọng thuộc nhóm  Hệ xitocrom: Chỉ có số nhỏ enzim flavin dạng khử có khả chuyển hydro nhận cho oxi không khí Nhìn chung dehydrogenaza flavin có oxi không khí có hệ enzim trung gian hệ xitocrom Xitocrom – chất màu tế bào – protit phức tạp có nhóm ngoại hem Cấu tạo xitocrom c xitocrom biểu diễn sơ đồ trang 70 Hiên người ta biết 20 xitocrom khác Xitocrom phổ biến tự nhiên Chúng có động vật ,thực vật , nấm men, vi khuẩn hiếu khí số vi khuẩn kò khí bắt buộc Vai trò xitocrom tế bào sống chuyển electron cho oxi Fe xitocrom có jkhả oxi hoá khử thuận nghòch Dạng oxi hoá (chứa Fe 3+) xitocrom nhận electron từ nguyên tử hydro dehydrogenaza flavin chuyển ang dạng khử Fe3+ chuyển sang Fe2+( Fe 3+ + e- = Fe2+) 22 Enzym oxy hóa khử Protein S CH HOOCC2H4 CH3 Protein HOOCC2H4 CH S CH3 Protein Xitocrom c Nguyên tử hydro flavin bò lấy electron trở thành ion hydro : H – e=H Dạng khử (chứa Fe2+) xitocrom chuyển electro nhận cho dạng oxi hoá xitoccrom thứ hai đứng sau lai trở dạng oxi hoá ban đầu, Fe2+ chuyển thành Fe3+ Trong hệ hô hấp thường có xitocrom : b, c1 ,c, aa3 Các xitocrom khác quang phổ hấp thụ lực oxi phân tử Thứ tự xếp xitocrom chuỗi hô hấp tương ứng với oxi hoá khử chúng Các xitocrom thường gắn màng ti thể Ở vi khuẩn chúng khu trú màng vi khuẩn Trong trình oxi háo sinh học, electron từ enzim flavin trung gian chuyển cho xitocrom b qua C1 ,C đến xitocrom oxidaza (aa3) oxidaza cuối Xitocrom oxidaza chuyển electron trực tiếp cho oxi phân tử Oxi kết hợp với với electron tác dụng xitoccromoxidaza bò ion hoá sau liên kết với ion hydro tạo thành nước : + ½ 02 + 2e  02- 2H+ + 02-  H20  Peroxydaza Hiện nay, người ta biết có peroxydaza: - peroxydaza thực vật thượng đẳng ; - peroxydaza mô động vật ( vecdoperoxydaza ) ; - peroxydaza sữa (lactoperoxydaza) ; - xitocromperoxydaza (có nấm men số thự vật thượng đẳng) Một peroxydaza động vật nghiêm cứu nhiều peroxydaza lợn biển Wilsteter người phân lập tinh enzym này, tiếp 23 Enzym oxy hóa khử Theorell kết tinh enzym nhờ sử dụng hỗn hợp aceton-HCl làm tách nhóm ngoại khỏi protein mà không bò biến tính,sau người ta cho protein-enzym tái hợp với nhóm ngoại khác mà có cấu tạo tương tự nhóm ngoại ban đầu tạo peroxydaza nhân tạo Peroxydaza enzym hai cấu tử hem protein.Về phương diện thành phần hóa học chế tác dụng peroxydaza nghiên cứu kó Nhóm ngoại enzym hoàn toàn giống Fe-pocfirin (hemin đỏ) hemoglobin catalaza Fe peroxydaza dạng hoá trò ba Theo quan điểm đa số nhà nghiêm cứu hoá trò Fe nhóm ngoại peroxydaza không thay đổi trình xúc tác Sơ đồ cấu tạo peroxydaza thực vật: Cơ chế tác dụng peroxydaza khái quát sau: AH2+H2O  A+2H2O Đầu tiên peroxydaza tương tác với phân tử H2O2 Sau phức hợp tạo thành phản ứng với chất: OOH + AH2 OH + A + H2 Như peroxydaza xúc tác oxy hoá chất hydro peroxyt Trong đó, phân hủy hydro peroxyt : 2H2O2 2H2O+2O giải phóng oxy nguyên tử Sau đó, oxy hoá chất khác Các chất bò oxy hoá peroxydaza có hhydro peroxyt : 24 Enzym oxy hóa khử -hầu hết phenol (pirocatechin, pirogalol, axit galic, benzidin, …) ; -các amin thơm ; -các chất dễ oxy hoá (axit ascorbic, nitrit…) ; Theo Bach , peroxydaza có vai trò quan trọng bậc trình oxy hóa xảy thể Enzym xúc tác oxy hoá nhở hydro peroxyt mà nhờ peroxyt hữu khác Nó sử dụng peroxyt axit bóe không no tạo thành tác dụng lipoxydaza peroxyt carotenoit Polyphenol trạng thái tự dạng hợp chất phức tạp (glucozit,chất chát…) amin thơm chất phổ biến củaperoxydaza thực vật Ngoài ra, peroxydaza có khả hoạt động oxydaza thực thụ, nghóa xúc tác oxy hoá chất oxy phân tử hydro peroxyt Các trình oxy hoá khử peroxydaza tiến hành mắc xích quan trọng chuỗi phản ứng trao đổi chất lượng  Catalaza Catalaza peroxydaza , phổ biến động vật ( nhiều gan , thận, hồng cầu …),thực vật vi sinh vật số vi khuẩn yếm khí bắt buộc Catalaza hemoproteit giống peroxydaza Catalaza thực vật chứa nhóm hemin phân tử, catalaza động vật lại có hemin Trong trình xúc tác Fe nhóm ngoại không thay đổi hoá trò Catalaza xúc tác phân hủy hydro peroxyt, giải phóng oxy phân tử Catalaza có hai tác dụng : a.) Khi nồng độ H2O2 cao, xúc tác phân hủy H2O2 tạo oxy phân tử theo chế sau: 2H2O2  2H2O + O2 OH + OOH HOOH + H 2O OH + H2O +O2 OOH +HOOH Trong phản ứng nnày có hai phân tử H 2O2 tham gia , phân tử hoạt động chất nhường electron, phân tử chất nhận electron b.) Nếu nồng độ H2O2 thấp (không 10-9M), catalaza biểu lộ hoạt tính peroxydaza Trong điều kiện sinh học (dư chất, nồng độ H 2O2 thấp) catalaza hoạt động giống peroxydaza Kellin Hartree rõ catalaza có khả oxy hoá rượu etylic, metylic, formandehyt có hydro peroxyt hình thành tác dụng oxydaza flavin (alcoldehydrogenaza, xantinoxydaza, oxydaza aa) 25 Enzym oxy hóa khử Prexyt tạo thành phản ứng trao đổi chất nồng độ đònh chất độc thể, vai trò catalaza ngăn ngừa tích tụ H 2O2 2.) CU – PROTEIT : Cu-proteit enzym oxydaza cuối quan trọng , chức nguyên tử đồng nhóm ngoại Các chất tiêu biểu nhóm enzym polyphenoloxydaza.Polyphenoloxydaza xúc tác oxy hoá polyphenolkhác dẫn xuất chúng, loạt monophenol tạo thành kinon tương ứng có oxy phân tử Chúng phổ biến thực vật thượng đẳng vi khuẩn, chúng tính đặc hiệu chất cao Đa số nhà nghiêm cứu cho sở tác dụng polyphenoloxydaza oxy hoá thuận nghòch nguyên tử đồng hoá trò (Cu +) thành đồng hoá trò hai (Cu2+) Có thể minh hoạ phương trình sau: O OH 2+ Cu OH + O + Cu + + 2H Octokinon Pirocarechin Trong điều kiện hô hấp bình thường, kinon xuất oxy hóa polyphenol bò khử NADPH2 NADH2 (các chất thường bò oxy hóa chuỗi hô hấp) lại bò oxy hoá cho hydro,sau lại bò khử … Cơ chất dehydrogenaza piridin octokinon Cu-proteit (polyphenoloxydaza) O2 Polyphenoloxydaza polyphenol có cây, nên rau bò dập nát, cắt, thái … phối hợp giai đoạn oxy hóa khử hô hấp bò phá vỡ, mà octokinon tạo nên oxy hóa polyphenol trùng hợp chất chất phenol auxitamin, amin để hình thành sản phẩm có màu Đây nguyên nhân tượng thâm đen cắt táo khoai … Trong nhóm polyphenoloxydaza có enzym oxy hóa monophenol gọi monophenoloxydaza Tirozinaza chất điển hình, xúc tác oxy hóa axitamin tirozin tạo kinon tương ứng (tirokinaza có nhiều vi khuẩn nấm men , bột mì động vật ) : O OH + O2 H CH2 CH COOH Tironaza O CH2 CH NH2 NH2 26 COOH + H2O Enzym oxy hóa khử Polyphenoloxydaza đóng vai trò quan trọng hoạt động thể thực vật Nó hoàn thành chức oxydaza cuối với xitocromoxidaza ascorbatoxydaza  Ascorbatoxydaza Nó có chứa hầu hết mô xanh thực vật táo nâu, táo hồng … Enzim protein có chứa đồng (0,24%), xúc tác oxy hóa acid ascorbic (Vitamin C) enzim quan trọng kỹ nghệ thực phẩm, có quan hệ mật thiết tới phẩm chất thực phẩm Cơ chế tác dụng ascorbatoxydaza biểu diễn sau: O O C C C OH C OH Ascorbatoxydaza C O O2 C O O + H2O HC HC HO O HO CH CH CH2OH Axit dehydroascorbic CH2OH Axit ascorbic Acid ascorbiccó thể bò oxy hóa trực tiếp tác dụng ascorbatoxydaza đặc hiệu hay xitocromoxydaza gián tiếp qua kinon sản phẩm oxy hóa tạo thành oxydaza khác Điều cho phép: - Mở rộng đường hướng oxy hóa phụ AH2 A Dehydroascorbat Diphenol O2 (+Monophenol) Ascorbat Kinon H2O2 (+Diphenol) Polyphenoloxydaza Ascorbatoxydaza - Liên hợp hô hấp với đường hướng oxy hoá phụ mà dehydroascorbat chất nhận hydro chất, rối sau ascorbat tạo thành bò oxy hóa xitocromoxydaza  Oxygenaza Người ta cho oxygenaza enzym làm nhiệm vụ gắn oxy phân tử vào liên kết hữu Chúng có vai trò thiếu trao đổi chất nhân thơmđể sinh tổng hợp steroid vitamin D,cũng trao đổi 27 Enzym oxy hóa khử acid béo qúa trình loại độc Người ta phân chia oxygenaza thành dioxygenaza monooxygenaza Dioxygenaza: xúc tác gắn hai phân tử oxy vào chất Ví dụ catechin – 1,2 – dioxygenaza tryptophan-2,3-dioxygenaza dioxygenaza: **  Lipoxydaza (lipoxygenaza) xúc tác oxy hóa chất béo có chứa acid béo không no (có 2-3 liên kết kép trở lên) thành peroxyt hydroperoxyt Các acid béo không no hợp phân lipit tế bào phổ biến giới thực vật Vì , lipoxydaza cấu tử quan trọng chuỗi hô hấp Nó globulin có 881 gốc axitamin Chưa rõ chất nhóm ngoại, biết không chứa kim loại nhóm –SH Lipoxydaza xúc tác oxy hóa acid linoleic, linolenic arachidic, đồng thời tác dụng lên dạng cis mà không tác dụng lên dạng trans Sản phẩm hình thành hydroperoxyt, sau bò phân hủy hydroperoxyt cho epoxyt, aldehyt, ceton , rượu bậc cao sản phẩm oxy hóa khác Cơ chế tác dụng lipoxydaza đến chưa rõ hoàn toàn Một số tác giả cho oxy hóa chất béo xúc tác enzim tương tự oxy hóa theo cấu phản ứng mạch.trong trường hợp này, lipoxydaza phản ứng với oxy phân tư ûtạo peroxyt chuyển oxyhoạt động sang phân tử acid béo Lipoxydaza làm chức chất mào đầu phản ứng mạch có khả lấy hydro từ nhóm metylen –CH2- acid linoleic Sau , phản ứng tiếp diễn theo cấu phản ứng mạch tham gia enzym.Hiện giả thuyết người ủng hộ Theo Tappel Bower, phân tử linoleat bò oxy hóa trực tiếp tác dụng lipoxydaza Sự oxy hóa bắt đầu việc tạo phức chất enzim-cơ chất- oxy Sau , hình thành gốc đôi hydro chuyển từ linoleat đến oxy Gốc đôi tạo hệ luân hợp sau bò phân giải cho hydroperoxyt lipoxydaza tự : R CH = CH CH2 CH = CH R’ + 02 CHR’02 R CH = CH CH2 CH = Lipoxydaza (phức) OOH +   R CH = CH CH = CH CH R’.OOH  R CH = CH CH = CH CH R’ Lipoxydaza (gốc đôi) lipoxydaza(hydroperoxyt luân hợp) OOH   R CH = CH CH = CH CH R’ (hydroperoxyt) + lipoxydaza 28 Enzym oxy hóa khử Hydroperoxyt chất tạo thành có khả oxy hóa lớn Với tham gia chúng, tế bào phenol bò oxy hóa tạo kinon Kinon lại tham dự vào oxy hóa thứ cấp sản phẩm phân hủy protein, gucid, acid ascorbic hợp chất khác Như qua hệ polyphenol-kinon, lipoxydaza liên hợp với toàn nhóm enzim oxy hóa khử tế bào sống Hydroperoxyt oxy hóa phần acid béo chưa no, carotenoit, clorofil, acid ascorbic… Vì , lipoxydaza có ý nghóa lớn sản xuất, bảo quản lương thực, thực phẩm Nó tác nhân gây nên trình ôi sản phẩm bột, loại gạo xay khác 3.) Các oxydaza flavin (dehydrogenaza hiếu khí ) Ngoài enzim flavin nói phần dehydrogenaza yếm khí, có enzim flavin làm chức phận oxydaza cuối Nhóm enzim flavinoxydaza xúc tác chuyển trực tiếp hydro (hoặc electron) chất cho oxy phân tử Về đặc điểm phản ứng chúng xúc tác, dehydrogenaza hiếu khí gần với oxydaza Trong nhóm enzim có glucooxydaza, oxydaza axitamin amin, xantinoxydaza, … Nhóm ngoại đa số oxydaza flavin FAD số nhỏ enzym có nhóm ngoại FMN Nhiều enzim flavin có chứa thành phần nhóm ngoại ion kim loại Fe, Cu, molipden … Xuất phát từ quan niệm đại, tất enzim flavin chia làm hai nhóm: - flavo protein chứa kim loại - Flavoprotein không chứa kim loại Trong enzim chứa kim loại xantinoxydaza có chứa molipden, nitratreductaza chứa molipden;dehyddrogenaza butyric – CoA Cu – flavoprotein; NAD.H – xitocrom c – reductaza NADP.H – xitocrom c – reductaza có fe thành phần Xantinoxydaza đóng vai trò quan trọng trao đổi purin thể động thực vật Nó xúc tác oxy hóa hipoxanti thành xantin xantin thành acid uric Trong nhóm flavoprtein không chứa kim loại oxydaza aa glucooxydaza quan trọng Oxydaza aa xúc tác phản ứng oxy hóa aa tạo xetoaxit, aldehytaxit, NH hydro peroxyt R CH COOH + 02 R CH COOH + H202  oxydaza  NH2 NH R CH COOH + H20 R CH COOH + NH3   NH 29 Enzym oxy hóa khử Glucooxydaza oxy hóa trực tiếp phân tử glucoza không phosphoryl hóa Nhóm ngoại enzim FAD Nó phổ biến nấm mốc có mô thực vật glucooxydaza C6H12O6 + H2O + ½ O2 C6H12O7 + H2O2 Glucoza axit gluconic Đáng ý oxy hydroperoxyt tạo thành tác dụng dehydrogenaza hiếu khí peroxydaza sử dụng để oxy hoá chất khác Do đó, dehydrogenaza flavin xem chất chuyển hydro trung gian Tóm lại : Trên sở điều trình bày enzim oxy hóa – khử hiểu cách khái quát tham gia chúng vào trình vận chuyển electron tức trình oxy hoá sinh học (hô hấp ) tế bào sống sau ( lấy ví dụ qúa trình oxy hoá – khử thực vật) : ** Đồng thời ta rút số đặc điểm lớn nhóm enzym : - Các oxydoreductaza tế bào sống chúng tạo thành chuỗi hô hấp (chuỗi enzim oxy hóa – khử ) để thực việc vận chuyển đa bậc nguyên tử hydro điện tử từ chất sơ cấp đến chất cuối oxy - Khả xúc tác số phản ứng oxy hóa – khử khác lượng coenzim không nhiều , coenzim kết hợp nhiều apoenzim - Đặc điểm nhóm enzim chúng xúc tác qúa trình hóa học liên hợp với việc giải phóng lượng PHẦN VI : ỨNG DỤNG CỦA ENZYM OXY HÓA KHỬ Enzym thường sử dụng theo cách : - không tách enzym khỏi nguyên liệu mà tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động hay ức chế hay số enzym sẵn có nguyên liệu để chúng chuyển hóa chất có nguyên liệu theo hướng ta mong muốn - Tách enzym khỏi nguyên liệu dạng chế phẩm để sử dụng cần thiết Đối với hệ enzym oxy hóa khử ngưởi ta sử dụng dạng không tách khỏi nguyên liệu nhiều Chỉ tạo điều kiện để chúng chuyển hóa thành sản phẩm mong muốn dạng chế phẩm sử dụng chủ yếu dùng y học phân tích hóa, sinh học 30 Enzym oxy hóa khử I.) MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÁCH KHÔNG TÁCH ENZYM RA KHỎI NGUYÊN LIỆU : 1.) TRONG SẢN XUẤT TRÀ: Trong công nghệ sản xuất trà , trình sản xuất vận dụng cách tài tình phản ứng oxy hóa – khử nhờ hệ enzym oxy hóa khử có nguyên liệu chè : enzym polyphenoloxydaza, peroxydaza Bằng cách khống chế điều kiện kỹ thuật người ta tạo sản phẩm trà khác màu sắc hương vò như: trà đen, trà xanh, trà đỏ, trà vàng … VD: Làm trà đen cần tạo điều kiện tối ưu cho enzym oxy hóa khử biến hợp chất tanin thành hợp chất quinon phá hủy clorofil, tạo màu sẫm đen cho trà thành phẩm Còn sản xuất trà xanh , cần vô hoạt enzym oxy hóa khử để giữ tối đa lượng tanin và clorofil ban đầu để tạo màu xanh “hổ phách” cho nước trà Sắc tố carotenit có vai trò đònh trình tạo lượng thơm cho trà oxy hóa chúng tạo hợp chất anđehyt không no xeton 1.1) sản xuất trà đen : Quy trình sản xuất bao gồm giai đoạn sau : Nguyên liệu búp non làm héo vò lên me sấy phân loại sản phẩm Mục đích giai đoạn làm héo làm giảm 30% hàm lượng nước trà nguyên liệu, tạo điều kiện cho trình vò thuận tiện (lá trà dẻo hơn) không bò gãy nát vò Mặt khác lượng nước giảm , nồng độ chế phản ứng oxy hóa tăng tạo điều kiện tối ưu cho phản ứng oxy hóa en zym xúc tác Làm héo trà phương pháp tự nhiên nhờ nắng, gió, không khí phương pháp nhân tạo máy làm héo trà, dễ dàng chủ động Rút ngắn thời gian sản xuất khí hóa tự động hóa dây chuyền sản xuấ trà đen Mục đích việc vò phá vỡ vỏ màng tế bào làm cho chất hòa tan nước enzym có tế bào trà chủ yếu cathesin tiếp cận với oxy không khí thực phản ứng oxy hóa enzym xúc tác Hiện người ta sử dụng phương pháp thủ công tay hay máy thời gian 30 – 45 phút Dưới tác dụng polyphenol – oxydaza sản phẩm theaflalin, thearubigin cấu tử tạo màu sắc, hương vò nước trà Còn tác dụng peroxydaza cathesol ngưng tụ với theo cặp kết tạo sản phẩm có phân tử tăng gấp lần so với cathesol riêng rẽ Qúa trình lên men giai đoạn chủ yếu đònh chất lượng trà Giai đoạn có xúc tác enzym oxy hóa khử , gồm trình sau : Cathesin + ½ O2 E ohk Orthoquion (1) Orthoquion E ohk sản phẩm màu, hương vò (2) 31 Enzym oxy hóa khử 1.2) sản xuất trà xanh khác với trình chế biến trà đen , giai đoại chế biến trà xanh giai đoạn làm héo lên men Tất hoạt động enzym bò đình từ giai đoạn qui trình công nghệ phương pháp sử dụng nhiệt độ cao (sao, hấp) Do trà xanh thành phẩm giữ trọn vẹn thành phần hóa học ban đầu trà nguyên liệu ( ví dụ : trình oxy hóa tanin, clorofil ) Do qui trình sản xuất trà xanh : Nguyên liệu cố đònh thành phẩm vò sấy phân loại Giai đoạn cố đònh giai đoạn vô hoạt enzym nhiệt độ cao ( hấp, sao, rang ) từ giai đoạn phản ứng sinh hóa enzym xúc tác không xảy Các thành phần không thay đổi Thông thường người ta sử lý nhiệt độ 100 – 110oC thời gian từ 12 – 15 phút Sau sấy sơ độ ẩm trà lại khoảng 60% Hiện người ta thường sử dụng máy sấy nhẹ 2.) TRONG CÔNG NGHỆ LÊN MEN Trong công nghệ lên men người ta sử dụng vi sinh vật chứa nhiều enzym oxy hóa khử để thực phản ứng lên men tạo sản phẩm mong muốn Sau nguyên liệu hấp thụ vào thể vi sinh vật xảy trình oxy hoá nhờ hệ enzym oxy hóa khử hydrogenase oxydase Sản phẩm tạo vi sinh vật thải Đây ứng dụng phổ biến sản xuất bia, rượu, cồn, axetic … Các chất dinh dưỡng dùng làm nguyên liệu cho trình oxy hóa gluxit, protein chất béo, trước sử dụng làm nguyên liệu hô hấp chúng chòu biến đổi chuyển hóa khác thực chất trình phân huỷ chúng thành cấu tử đơn giản tác dụng hệ enzym vi sinh vật tiết tác dụng enzym bề mặt tế bào Vào tế bào , glucoza tiếp tục bò phân giải tác dụng enzym hoà tan tạo axit puruvic trình gọi trình đường phân sản phẩm trình đường phân vào chu trình tuỳ theo mục đích yêu cầu sản xuất sản phẩm 3.) SỰ OXY HÓA AXIT PIRUVIC VÀ CHU TRÌNH XITRAT Trong trình hô hấp, tiếp sau giai đoại đường phân oxy hóa hiếu khí axit piruvic thành axetylcoenzym A Đây trình chuyển hóa phức tạp với tham gia hệ enzym piruvatdehydrogenaza Co.A trình khử cacboxyl oxy hóa axit piruvic có loại hợp chất xúc tác tham gia : NAD, tiamin, Nhóm ngoại enzym piruvatdehydrogenza lipotiamindiphosphat (LTDP) LTDP hợp chất gồm axit lipoic, tiamin gốc axit phosphoric: 32 Enzym oxy hóa khử Axit lipoic chất chuyển hydro trung gian phổ biến Nó dễ dàng chuyển từ dạng oxy hóa sang dạng khử Đầu tiên tác dụng enzym piruvathydrogenaza, axit piruvic bò khử CO2 tạo với enzym phức Kết LTDP chuyển thành dạng khử, lượng khử cacboxyl oxy hóa tích tụ liên kết cao axylmercaptan (C~S) Sau Nhóm axetyl với liên kết cao chuyển sang coenzym A nhờ enzym lipoat_axetyltransferraza, đồng thời tạo thành acetylcoenzym A LTDP dạng khử Cuối dạng khử LTDP oxyhóa nhờ enzym lipoatđehydrogenaza có nhóm hoạt động NAD Kết phản ứng khử cacboxyl oxyhóa axit piruvic tạo nên acetylcoenzym A có chứa liên kết cao năng, NAD.H2 Các giai đoạn chu trình thực chất oxy hóa axit citric đến axit oxaloxetic Qúa trình đồng phân hóa acid xitric để tạo acid izocitric cách khử hydrat hóa hydrat hóa tiếp sau qua sản phẩm trung gian acid cis – aconitic Giai đoạn chu trình oxy hóa acid izocitric tác dụng enzym izocitratdehydrogenaza Acid izocitric bò khử hydro hai nguyên tử hydro chuyển sang cofermen nicotinamiteninenincleotitphosphat (NADP+) đehydrogenaza Kết NADP.H2 acid oxalosucinic tạo thành Ngay sau acid oxalosucinic lại bò khử cacboxyl hóa tiếp tục hệ enzym izocitratdehydrogenaza chuyển thành acid α - xetoglutaric giai đoạn phân tử CO2 tách giai đoạn acid α - xetoglutaric lại bò khử cacboxyl hóa hệ enzym ;xetoglutaratdehydrogenaza xúc tác sản phẩm dẫn xuất acid succinic Sau chuyển thành acid succinic Tiếp acid succinic hình thành bò oxy hóa tới acid fumaric tác dụng succinatđehydrogenaza Giai đoạn cuối chu trình giai đoạn khử hydro acid malic tạo acid oxaloaxetic enzym malatdehydrogenaza xúc tác 4.) TRONG SẢN XUẤT NƯỚC QUẢ VÀ TRÁI CÂY Trong chế biến nước người ta không dùng enzym như: poly phenoloxidaza, peroxidaza, catalaza chúng thường làm biến màu nước làm giảm giá trò cảm quan Khi chế biến nước có màu đỏ cần ý bảo tồn chất màu antocian Chính không dùng enzym có khả phân giải antocian Ascorbic axit tiêu quan trọng nước quả, chế biến nước tuyệt đối không sử dụng Ascorbicnatoxidaza chúng gây phân giản Vitamin C Người ta ngăn ngừa trình oxy hóa nước cách cho enzym glucose oxydaza , ascobic acid hay anhydric sulfur Đây chất chống oxy 33 Enzym oxy hóa khử hóa Trước dùng chúng người ta thường đun nóng dòch Khi đun nóng dòch quả, enzym oxy hóa có nước bò ức chế Theo đó, nước ly tâm để làm học , sau nước đun nóng tới 80 0C sau hạ nhiệt độ tới nhiệt độ tối ưu hoạt động enzym Trong sản xuất rượu vang đỏ trắng chế phẩm enzym oxy hóa khử Ascorbinaoxydaza , o – diphenoloxydaza, peroxydaza có khả chống lại màu đỏ vang đỏ vang trắng chuyển màu Các enzym oxy hóa khử tác động mạnh đến chất lượng rượu nho Các enzym oxy hóa tăng hoạt tính đun nóng dòch nho cho chế phẩm enzym vào dòch nho Các enzym oxy hóa thườnh có sẵn dòch nho tác động vào antoxian, kích thích nhanh trình tạo màu dòch nho màu vàng, màu gạch đỏ số màu khác Đối với rượu vang trắng, enzym oxy hóa thường làm sẫm màu Các enzym polyphenoloxidaza thường có khoảng hoạt động rộng Chúng oxy hóa mạnh chất odiphenol tác động đến – diphenol Các polyphenoloxidaza thường chứa vỏ thòt thòt quả, polyphenoloxidaza thường chứa nhiều vỏ giai đoạn bắt đầu chín Khi chín ngược lại, polyphnoloxidaza vỏ chứa nhiều thòt từ – lần II.)MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ENZYM Ở DẠNG CHẾ PHẨM Trong y học có chuẩn đoán lâm sàn đại phòng thí nghiệm mà thiếu hỗ trợ enzym Nhờ enzym mà xác đònh cách đặc biệt xác rối loạn hàm lượng chất trao đổi mà qua ta chuẩn đoán bệnh - Glucozoxydaza :được ứng dụng rộng rãi y học dạng chế phẩm Glucozoxydaza (β -D - :O2 – oxydoreductaza ) tác dụng lên β – D – glucoza có mặt O2, oxy hóa glucoza thành acid glutamic H2O2 CH12O6 + O2 + H2O glucozoxydaza C6H12O7 + H2O2 (1) Catalaza dùng với glucozoxydaza phân hủy H2O2 thành O2 H2O Hệ enzym ức chế vi khuẩn gram (-), (+) Thậm chí vi khuẩn kháng penicilin kháng kháng sinh khác Đây enzym dùng làm đầu dò để xác đònh hàm lượng glucose máu hay để chuẩn đoán bệnh tiểu đường Nó cố đònh bề mặt điện cực tiếp xúc với mẫu chứa glucose xúc tác phản ứng (1) - Glutamate dehydrogenase Glucose dehydrogenase chứa vi nhộng để loại bỏ Ure từ máu bệnh nhân bò suy thận Nó cố đònh bề mặt điện cực Khi điện cực tiếp xúc mẫu chứa glucose xảy phản ứng Glucose + O2 gluconic acid + H2O2 34 Enzym oxy hóa khử glucose O2 H2O2 a.gluconic Điện cực - Bilirubinoxydaza để loại bỏ độc chất bilirubin máu trẻ sơ sinh bò bệnh vàng da - Catalaza “hem enzym”mỗi phân tử có chứa nhóm “hem” Catalaza có hầu hết mô động vật :gan, thận hồng cầu, peroxisom, Ở vi sinh vật chủ yếu catalaza hiếu khí catalaza kỵ khí Tác dụng catalaza phân giải H2O2 chất độc thành CO2 H2O H2O2 2H2O + O2 - Glucozoxydaza – catalaza: loại bỏ oxy không khí khỏi môi trường để bảo vệ nguyên liệu khác để tránh bò oxy hóa không khí Sử dụng enzym cho phép kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm ( dòch cô đặc, chất béo, bia , rượu vang, nước sữa uống - Ascobat oxydaza : enzym oxy hóa acid ascorbic (VTM C) thành a Dehydroascobic enzym có nhiều loại trái cây, rau tươi 35 [...]... Enzym oxy hóa khử acid béo và các qúa trình loại độc Người ta phân chia oxygenaza thành dioxygenaza và monooxygenaza Dioxygenaza: xúc tác gắn hai phân tử oxy vào cơ chất Ví dụ như catechin – 1,2 – dioxygenaza và tryptophan-2,3-dioxygenaza là các dioxygenaza: **  Lipoxydaza (lipoxygenaza) xúc tác sự oxy hóa chất béo có chứa acid béo không no (có 2-3 liên kết kép trở lên) thành peroxyt và hydroperoxyt... CH = CH CH R’.OOH  R CH = CH CH = CH CH R’ Lipoxydaza (gốc đôi) lipoxydaza(hydroperoxyt luân hợp) OOH   R CH = CH CH = CH CH R’ (hydroperoxyt) + lipoxydaza 28 Enzym oxy hóa khử Hydroperoxyt của cơ chất được tạo thành có khả năng oxy hóa rất lớn Với sự tham gia của chúng, trong tế bào các phenol bò oxy hóa tạo ra kinon Kinon lại tham dự vào sự oxy hóa thứ cấp sản phẩm phân hủy của protein, gucid,... flavoprtein không chứa kim loại thì oxydaza của các aa cũng như glucooxydaza là quan trọng hơn cả Oxydaza của aa xúc tác phản ứng oxy hóa aa tạo ra xetoaxit, aldehytaxit, NH 3 và hydro peroxyt R CH COOH + 02 R CH COOH + H202  oxydaza  NH2 NH R CH COOH + H20 R CH COOH + NH3   NH 0 29 Enzym oxy hóa khử Glucooxydaza oxy hóa trực tiếp phân tử glucoza không phosphoryl hóa Nhóm ngoại của enzim này là... + H2 Như vậy là peroxydaza xúc tác sự oxy hoá cơ chất bằng hydro peroxyt Trong đó, nó phân hủy hydro peroxyt : 2H2O2 2H2O+2O giải phóng ra oxy nguyên tử Sau đó, oxy hoá các chất khác nhau Các cơ chất có thể bò oxy hoá bởi peroxydaza khi có hhydro peroxyt là : 24 Enzym oxy hóa khử -hầu hết các phenol (pirocatechin, pirogalol, axit galic, benzidin, …) ; -các amin thơm ; -các chất dễ oxy hoá (axit ascorbic,... rượu vang đỏ và trắng các chế phẩm enzym oxy hóa khử như Ascorbinaoxydaza , o – diphenoloxydaza, peroxydaza có khả năng chống lại sự mất màu đỏ của vang đỏ và vang trắng chuyển màu Các enzym oxy hóa khử tác động rất mạnh đến chất lượng của rượu nho Các enzym oxy hóa sẽ tăng hoạt tính khi đun nóng dòch nho khi cho các chế phẩm enzym vào dòch nho Các enzym oxy hóa thườnh có sẵn trong dòch nho tác động... chủ yếu chỉ dùng trong y học và phân tích hóa, sinh học 30 Enzym oxy hóa khử I.) MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÁCH KHÔNG TÁCH ENZYM RA KHỎI NGUYÊN LIỆU : 1.) TRONG SẢN XUẤT TRÀ: Trong công nghệ sản xuất trà , quá trình sản xuất là sự vận dụng một cách tài tình phản ứng oxy hóa – khử nhờ hệ enzym oxy hóa khử có trong nguyên liệu chè như : enzym polyphenoloxydaza, peroxydaza Bằng cách khống chế điều kiện kỹ thuật... axit lipoic, tiamin và 2 gốc axit phosphoric: 32 Enzym oxy hóa khử Axit lipoic là chất chuyển hydro trung gian rất phổ biến Nó dễ dàng chuyển từ dạng oxy hóa sang dạng khử Đầu tiên dưới tác dụng của enzym piruvathydrogenaza, axit piruvic bò khử CO2 và tạo với enzym một phức Kết quả là LTDP chuyển thành dạng khử, còn năng lượng khử cacboxyl oxy hóa được tích tụ trong liên kết cao năng của axylmercaptan... dạng khử Cuối cùng dạng khử của LTDP được oxyhóa nhờ enzym lipoatđehydrogenaza có nhóm hoạt động là NAD Kết quả của phản ứng khử cacboxyl oxyhóa axit piruvic là tạo nên acetylcoenzym A có chứa liên kết cao năng, NAD.H2 Các giai đoạn tiếp theo của chu trình thực chất là sự oxy hóa axit citric đến axit oxaloxetic Qúa trình bắt đầu từ sự đồng phân hóa acid xitric để tạo ra acid izocitric bằng cách khử. .. aldehyt, ceton , rượu bậc cao và các sản phẩm oxy hóa khác Cơ chế tác dụng của lipoxydaza đến nay vẫn chưa rõ hoàn toàn Một số tác giả cho rằng sự oxy hóa chất béo xúc tác bằng enzim này cũng tương tự như sự oxy hóa theo cơ cấu phản ứng mạch.trong trường hợp này, lipoxydaza phản ứng với oxy phân tư ûtạo ra peroxyt và chuyển oxyhoạt động sang phân tử acid béo Lipoxydaza chỉ làm chức năng của chất mào đầu... thơm là những cơ chất phổ biến củaperoxydaza thực vật Ngoài ra, peroxydaza còn có khả năng hoạt động như là oxydaza thực thụ, nghóa là xúc tác sự oxy hoá cơ chất bằng oxy phân tử khi không có hydro peroxyt Các quá trình oxy hoá khử do peroxydaza tiến hành là những mắc xích quan trọng trong chuỗi các phản ứng trao đổi chất và năng lượng  Catalaza Catalaza cũng như peroxydaza , rất phổ biến trong động

Ngày đăng: 29/08/2016, 20:06

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan