Tài liệu CÔNG NGHỆ ENZYM docx

        CÔNG NGHỆ ENZYM CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 1 c lc Chng 1: NGUYÊN LIU THU ENZIM VÀ PHÂN B 3 1.1. Ngun ng vt: 3 1.2. Ngun gc thc vt: 4 1.3. Ngun vi sinh vt: 4 Chng 2: N XUT CÁC CH PHM ENZIM T VI SINH VT 5 2.1. u hoà quá trình sinh tng hp enzim trong môi trng nuôi cy vi sinh vt 5 2.2. Tuyn chn và ci to ging vi sinh vt cho enzim có hot lc cao: 11 2.3. Phng pháp bo qun ging vi sinh vt : 12 2.4. Môi trng nuôi cy vi sinh vt sinh tng hp enzim: 13 2.5. Các phng pháp nuôi cy vi sinh vt: 17 2.6. Tách và làm sch ch phm enzym : 22 Chng 3:  THUT SN XUT CH PHM T HT CC NY MM (MALT) 24 3.1. Nguyên liu i mch: 24 3.2. Làm sch và phân loi ht: 25 3.3. a, sát trùng và ngâm ht: 26 3.4. y mm: 28 3.5. y malt: 34 3.6. Tách mm, r, bo qun malt: 37 3.7.  thut sn xut mt s loi malt c bit: 38 Chng 4: N XUT ENZIM T THC VT 40 4.1. n xut ureaza tu ra: 40 4.2. Thu nhn bromelain t da: 40 Chng 5: ENZIM CNH 44 5.1. Gii thiu chung: 44 5.2. t s phng pháp ch yu ch to enzim cnh : 44 5.3. t s liên kt trong vic cnh enzim. 45 5.4. nh hng ca s cnh n hottính ca enzim 46 5.5. Các reactor cha enzim cnh: 48 5.6. . S dng enzim cnh trong y hc và trong công nghip: 50 Chng 6: GII THIU MT S LOI ENZIM CH YU VÀ KH NNG NG NG 55 6.1. Amylaza 55 6.2. Proteaza 58 6.3. Pectinaza 60 6.4. Xenluloza: 64 CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 2 6.5. Saccaraza và glucooxydaza 66 Chng 7: PHNG PHÁP XÁC NH HOT  MT SÔ LOI ENZIM 68 7.1. n vo hot : 68 7.2. Các phng pháp xác nh hot  enzim: 69 7.3. Chun b dch chit enzim  xác nh ho 71 CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 3 Chng 1: NGUYÊN LIU THU ENZIM VÀ PHÂN B 1.1. Ngun ng vt: 1.1.1. Tu tng: (Pan creas) ây là ngun enzim sm nht, lâu dài nht, có cha nhiu loi enzim nht nh: tripxin, kimotripxin, cacboxy pectidaza A và B, ribonucleaza, amilaza, lipaza. + Tripxin y hc phi là loi tinh ch. + ng dng u tiên ca ch phm tripxin là làm mn da  lt da, kh các vt nt trên da. + Sn xut sn phm thu phân protein y hc (dch truyn y t) và môi trng nuôi cy vsv. + Ch phm dch tu y hc  cha bnh v tu (ri lon chc nng, b ct b tu). + Sn xut ch phm enzim ty ra (vt bn, màu khó tan)  nhit  va phi, không thích hp vi nhit  cao và pH thay i. 1.1.2. Màng nhy d dày ln: Là ngun enzim pepxin A, B, C, D, gastrisin. Các enzim này c tit ra ngoài t bào cùng vi dch v ( khi tiêu hoá thc n). i vi các typ pepxin có pH opt =1.3÷2.2. 1.1.3.  dày bê: Trong ngn th t ca d dày bê có tn ti enzim thuc nhóm Proteaza tên là renin. Enzim này ã t lâu c s dng ph bin trong công ngh phomat. Renin làm bin i cazein thành paracazein có kh nng kt ta trong môi trng sa có  nng  Ca 2+ . ây là quá trình ông t sa rt n hình, c nghiên cu và ng dng y  nht. Trong thc t nu ch phm renin b nhim pepxin (trong trng hp thu ch phm renin  bê quá thì. Khi ó, d dày bê ã phát trin y  có kh nng tit ra pepxin) thì kh ng ông t sa kém i. n ây có nghiên cu sn xut proteaza t vsv có c tính renin nh  các loài Eudothia Parasitica và Mucor Purillus. 1.1.4. Các loi ni tng khác: Gan, lá lách, thn, phi, c hoành tim, d con, huyt. Các loi này u có cha enzim, a s tn ti trong t bào. Ch có mt s loi c sn xut di dng ch phm nh: gan, tim ln  tách aspartat-glutamat aminotransferaza, huyt tng (t huyt)  tách ra trombia (Proenzim chng ông máu) Nhìn chung nguyên liu ng vt dùng  tách enzim phi ti tt (ly ngay sau khi git m) hoc gi -20 0 C có thc 1÷12 tháng vn không làm gim hot tính enzim. CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 4 1.2. Ngun gc thc vt: 1.2.1. Cây u ra (Canavalin ensifirmis): ây là cây thuc hu Canavalia – có nhiu  châu Phi,  Vit Nam có nòi k trên. Trong tt c các nòi u ra u rt giàu enzim Ureaza, hàm lng có thn 20% cht khô. 1.2.2.  da (Bromalaceae): Bao gm tt c các nòi da trng ly qu, ly si (k c các nòi da di). Trong các b phn khác nhau ca cây da (v, lõi, chi, thân, lá,…) u có cha enzim bromelain. Trong ó nhiu nht là phn lõi u qu da. Hot tính ca enzim bromelain ph thuc nhiu vào trng thái và u kin bo qun nguyên liu. Các nghiên cu ã ch ra rng các nguyên liu sy khô  nhit  400C s gi c hot tính enzim tt hn so vi nguyên liu ã c bo qun lnh  nhit  4 0 C. 1.2.3. Nha u  (Carica Papaya. L): ây là loi cây n qu ph bin  các nc nhit i. T qu ti hoc thân thu c nha (latex) chính là ch phm papain thô  tó tinh ch thành papain thng phm. Hin nay ngi ta ã to ra c các ging u  có sn lng m và hot tính papain cao  khai thác có hiu qu ngun enzim này (không t vn  ly qu). 1.2.4. t s loi nguyên liu thc vt khác: Khi tin hành nghiên cu khoa hc, y sinh hc, nhiu khi cn xem xét (nh tính, nh ng, cu trúc phân t,  hot ng enzim, …) ca mt s loi enzim có trong bn thân nguyên liu ó nh lng s dng. áng chú ý hn c là: Ch phm enzim Polyphenoloxydaza (EPPO): n hình nht là eppo ca lá chè, ca i nh ht ca cao ti, nc ép qu nho. Ch phm loi này ph bin hn c là loi “bt axeton”. 1.2.5. t cc và mt s loi c cha tinh bt: Trong ht cc ny mm (malt) và mt s loi c ny mm (n hình là khoai lang) có t h enzim rt phong phú c ngi ta s dng t rt lâu trong các lnh vc: mt tinh t (mch nha), ru và bia (thm chí có mt phng pháp sn xut ru etylic mang tên là phng pháp maltaza hay phng pháp malt) 1.3. Ngun vi sinh vt: ây là ngun enzim phong phú nht, có  hu ht các loài vi sinh vt nh: nm mc, vi khun và mt s loài nm men. Có th nói vi sinh vt là ngun nguyên liu thích hp nht  sn xut enzim  qui mô ln dùng trong công ngh và i sng. Dùng ngun vi sinh vt có nhng li ích chính nh sau: + Chng v nguyên liu nuôi cy vi sinh vt và ging vi sinh vt. + Chu k sinh trng ca vi sinh vt ngn: 16÷100 gi nên có th thu hoch nhiu ln quanh nm. + Có thu khin sinh tng hp enzim d dàng theo hng có li (nh hng s ng và tng hiu sut tng thu hi). + Giá thành tng i thp vì môt trng tng i r, n gin, d t chc sn xut. Tuy nhiên trong mi trng hp cn lu ý kh nng sinh c t (gây c, gây bnh)  có bin pháp phòng nga, x lý thích hp. CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 5  sn xut ch phm enzim, ngi ta có th phân lp các ging vi sinh vt có trong t nhiên hoc các ging t bin có la chn theo hng có li nht, ch tng hp u th t loi enzim nht nh cn thit nào ó. Chng 2: SN XUT CÁC CH PHM ENZIM T VI SINH VT 2.1. u hoà quá trình sinh tng hp enzim trong môi trng nuôi cy vi sinh vt i mc ích nuôi cy thu hi enzim vi hiu sut cao, cn phi nhn r quá trình u hoà sinh tng hp enzim  có các nh hng tác ng thích hp trong công ngh. T bào vi sinh vt ch tng hp enzim khi cn thit vi s lng thích hp mong mun. 2.1.1. u hoà theo hng óng m bi gen operator (gen u khin) _hin ng trn áp : + hin tng trn áp (c ch) (repression): là làm gim quá trình sinh tng hp do sn phm cui cùng ca quá trình nuôi cy. Hin tng này thng gp i vi các enzym xúc tác quá trình sinh tng hp mt chiu nh: quá trình sinh tng hp axit amin, nucleotit. Ví d: khi thêm mt axit amin nào ó vào môi trng nuôi cy thì t bào s không cn ng hp này na. Do ó cng sình ch quá trình sinh tng hp enzym, xúc tác cho quá trình tng hp nên chính axit amin ó. Enzym này chc tng hp tr li khi có nhu u ngha là khi làm gim nng  axit amin tng ng. i vi h thng phân nhánh ngha là quá trình dn n vic to thành nhiu sn phm cui cùng khác nhau t mt c cht chung ban u thì c ch trn áp có thc thc hin theo các cách khác nhau. Ví d: Phn ng u tiên ca quá trình sinh tng hp các axit amin lizin, methionin, treonin u do enzym aspactokinaza xúc tác. Enzym này có 3 izoenzim. Ký hiu: a l , a m , a t . Quá trình sinh tng hp a l s b trn áp bi nng  lizin. a m ca methionin. Riêng i vi a t thì treonin va là sn phm cui cùng ca c quá trình va là  cht ban u  sinh tng hp izolxin. Do ó quá trình sinh tng hp axit t ch b trn áp khi c treonin và izolexin t nng  cao vt quá nhu cu ca t bào. Có th minh ho c ch trn áp này theo s: CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 6 al am at A B C D Methionin E G Lizin Treonin Izoloxin Ghi chú: A – C cht Aspartic ban u. B, C, D, G là các sn phm trung gian có tác dng trn áp. Nh vy ây s trn áp ch xy ra khi có s hp ng tác dng ca c 2 sn phm. u trn áp hp ng này cùng xy ra i vi quá trình sinh tng hp enzym ging nhau xúc tác cho các phn ng song song to thành 2 sn phm cui cùng khác nhau. Ví d: quá trình sinh tng hp valin và izolxin do 4 enzym ging nhau xúc tác theo s sau: Valin Izoloxin 432 1 Hin nay ngi ta cho rng ARN mi là yu t trn áp thc s cho quá trình sinh tng p các enzym xúc tác  tng hp các axit amin tng ng. + Hin tng cm ng (induction): là hin tng ngc li vi hin tng trn áp làm ng lng enzym ca t bào (Ghi chú  s trên: 1: -axeto.-oxyaxítintetaza 2: reductoizomeraza (axetolactat mutaza) 3: hydrooxyaxit dehydrataza 4: amino transpheraza 4 Phn ng 4 Phn ng 6 Phn ng -axetolactat -axeto -Oxybutirat -Dioxy  metylvalerat -Xeto  - metyl -Xeto izovalerat -Dioxy izovalerat CH 3 CHO hot ng CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 7 Ngha là khi trong môi trng nuôi cy có cht cm ng s kích thích cho vi sinh vt sinh tng hp nên nhiu enzym hn so vi bình thng. Cht cm ng c xem nh là mt cht nn (Cht c s, b khung cácbon)  sinh ng hp enzym. Hin nay, ngi ta ch ra rng có th các sn phm trung gian ca quá trình bin i óng vai trò là cht cm ng, thm chí nhiu c cht ca enzym cng có th là cht cm ng. n hình là các gluxit (monosaccarit và polysaccarit). Trong s các enzim do vi sinh vt tng hp, có nhng enzim bình thng chc ng hp rt ít i nhng khi thêm mt s cht nht nh vào môi trng nuôi cy thì hàm ng ca chúng có th tng lên rt nhiu ln. Monod và Cohn (1925) gi các enzim này là enzim cm ng, cht gây nên hiu qu này là gi là cht cm ng. Các enzim cm ng thng là nhng enzim xúc tác cho quá trình phân gii nh: Proteinaza, amylaza, pectinaza, penixilinaza, _galactosidaza  t bào E. coli. Khi nuôi cy E. coli trong môi trng glucoza và glyxerin, vi khun ch tng hp khong 10 phn t_galactosidaza/t bào. Nu nuôi cy trên môi trng lactoza là ngun các bon duy nht thì hàm lng enzim là 6÷7% tng hp lng protein ca t bào. Trích ra t t bào cha n 6000 phn  enzim, ngha là tng lên gn 1000 ln so vi khi nuôi cy trong môi trng c.  cm ng thng có tính cht dây chuyn. Trong h thng gm nhiu phn ng, c cht u tiên ca h thng có th cm ng quá trình sinh tng hp tt c các enzim xúc tác cho quá trình chuyn hoá ca nó. u này c thc hin theo c ch sau: Trc ht cht cm ng làm tng quá trình sinh tng hp enzim tng ng, sau ó sn phm này li m ng tng hp enzim  phá hu nó, tip theo sn phm th 2 này li cm ng tng p nên enzim th 3,… Ví d: Histidin có tác dng cm ng hàng lot các enzim xúc tát cho quá trình chuyn hoá nó thành axít glutamic (Chasin và Magasamil (1968)). + C chu hòa theo kiu trn áp và cm ng: Zocob và Monod ã  ra mô hình gii thích c ch ca 2 hin tng trn áp và cm ng trên c s di truyn. Theo mô hình này, s trn áp và cm ng sinh tng hp enzim c thc hin theo cùng mt c ch chung da trên c su hoà hot ng ca các gene di tác dng ca các cht phân t thp. Nhng cn c chính ca thuyt này nh sau: 1) Có s phân hoá chc nng ca các giai n khác nhau trong phân t AND trong nhim sc th, da vào chc phn ca chúng trong qui trình sinh tng hp Protein có th chia thành các loi gene sau: - Gene cu trúc (ký hiu: S 1 ,S 2 ,S 3 ) : mã hoá phân t protein enzim c tng hp, tc là th t các axit amin trong phân t enzim c tng hp là tu thuc vào th t các nucleotit ca n gene này. Các gene mã hóa các enzim c íp xp lin nhau thành t nhóm trên nhim sc th. Chúng là khuôn  tng hp phân t ARN tt . - Gene Operator (ký hiu: O):  cnh nhóm gene cu trúc, không mã hoá protein nhng m bo cho quá trình sao chép mã  gene cu trúc theo c ch “óng m” ta nh công tc ca mt dây èn. Quá trình sao chép ch có th tin hành khi gene operator  trng thái “m” (không kt vi cht nào c) và ngng li khi nó b “óng” (kt hp vi t cht c bit gi là cht trn áp represson). Mt gene operator có th “ph trách” mt nhóm gene cu trúc các gene cu trúc này cùng vi gene operator ca chúng hp thành CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 8 t n v sao chép s cp gi là mt operon. S tng hp ARN tt c bt u  mt u ca operon và chuyn qua các gene cu trúc n u kia ca operon. - Gene Promotor (gene hot hoá ký hiu P) ng trc gene operator là n And mà ARN-polimeraza s kt hp và bt u quá trình sao chép các gene cu trúc. - Gene u hoà regulator (ký hiu R): Gene này mã hoá cho mt protein c bit gi là cht trn áp (repressor). Cht trn áp có vai trò “óng-m” gene operator. Do ó gene u hoà có th kim tra quá trình sao chép gene cu trúc thông qua cht trn áp này. + Không có repressor (sn phm cui cùng) R P O S1 S2 S3 ADN E3E2E1 A BC D ARNtt + Có repressor (sn phm cui cùng): Phiên mã CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 9 R P O S1 S2 S3 ADN : ARN-polymeraza : Repressor : coreressor R: Gene u hoà, P: Gene promotor, O: Gene Operator, S1, S2, S3: Các gene cu trúc. 2) Trong trng hp u hoà sinh tng hp enzim theo c ch trn áp, repressor do gene u hoà tng hp còn  dng không hot ng (aporepessor) cha có kh nng kt p vi gene operator nên quá trình sao chép các gene cu trúc tin hành bình thng. Các enzim c tng hp xúc tác cho các phn ng  to thành các sn phm cui cùng, n phm cui cùng này li có kh nng kt hp vi aporepessor và hot hoá nó. Aporepessor ã c hot hoá s kt hp vi operator ngn cn quá trình sao chép các gene cu trúc, làm ngng vic tng hp ARN tt tng ng do ó ình ch quá trình sinh ng hp các enzim tng ng. Trong trng hp này các sn phm mi c coi nh là cht trn áp (repressor). 3) i vi trng hp cm ng: + Không có cht cm ng R P O S1 S2 S3 ADN + Có cht cm ng: [...]... ch ph m enzym tinh khi t trong công nghi p d t, công nghi p m ch nha, y h c, nghiên c u khoa c Enzym nói chung r t d b gi m ho t tính d i tác d ng c a các tác nhân bên ngoài do ó khi tách và tinh ch enzym tránh s bi n hình protein nh h ng l n n ho t tính enzym c n ti n hành nhanh chóng nhi t th p, pH thích h p không có m t các ch t gây bi n hinh enzym 2.6.1 Thu d ch enzym : i v i tr ng h p enzym còn... rút enzym ra kh i c t Ph ng pháp dùng làm m c enzym - Tách enzym b ng ph ng pháp trao i ion: a vào s trao i ion gi a enzym có n tích v i các ion trái d u c a ch t nh a khi cho dung d ch enzym ch y t t qua c t ch a các ch t nh a trao i ion Sau khi c t ã no (h t hi u l c) cho dung d ch r a (dung d ch ch t n gi i) có n ng t ng d n ch y qua c t y ra kh i nh a các enzym v a liên k t v i chúng Khi ó enzym. .. chóng nhi t th p tránh s vô ho t enzym Ngoài ra mu i NaCl c ng c hay c dùng k t t a các enzym ngu n g c ng v t K t t a pH g n m ng n c a enzym Sau khi k t t a các mu i vô c lo i i b ng ph ng pháp th m tích, th m th u ng c ho c l c gel - Tách enzym b ng ph ng pháp h p ph ch n l c: Cho d ch enzym ch y t t qua c t ch t h p ph (th ng là hydrat oxit-nhôm, silicagel) các enzym khác nhau s c h p ph v i kh... c y hi n i (công ngh cao) d c khí hoá, t ng hoá, n ng su t cao, d t ch c s n xu t ti t ki m di n tích s n xu t + Có th nuôi c y d dàng các ch ng vi sinh v t t bi n có kh n ng sinh t ng h p enzym cao và l a ch n t i u thành phân môi tr ng, các u ki n nuôi c y, enzym thu c tinh khi t h n, m b o u ki n v sinh, vô trùng + Tuy nhiên do thu c canh tr ng có n ng enzym th p nên khi tách thu h i enzym s có giá... ng h p enzyme này + Trong quá trình nuôi c y vi khu n, trong s các ngu n nit vô c thì NH4, H2PO4 là t h n c Các mu i amon và nitrat khác u làm gi m ho t l c enzyme Trang: 15 CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths Tr n Xuân Ng ch + i v i x khu n a nhi t Actynomyces Vulgaris U2 thì pepton là ch t c m ng sinh t ng h p enzyme proteaza là t t nh t + Các axit amin có nh h ng rõ r t nh t n quá trình sinh t ng h p enzyme... u trúc enzym Trang: 23 CÔNG NGH ENZIM Ch ng 3: M (MALT) GVC: Ths Tr n Xuân Ng ch K THU T S N XU T CH PH M T H TC CN Y Malt là lo i h t hoà th o (h t c c) n y m m trong nh ng u ki n nhân t o (nhi t , m, th i gian) xác nh g i t c là quá trình malt M c ích chính trong quá trình malt là trích lu c m t l ng l n các enzym (ch y u là enzym amylaza) trong h t, c s d ng trong các l nh v c sau: - Trong công nghi... Ti p t c nuôi c y sinh t ng h p enzym - manozilostreptomixinaza trong 18-24h Lúc này t c phát tri n c a vi khu n ch m l i, nh ng s chuy n hoá ph c ch t manozidosteptomixin nhanh chóng di n ra d i tác d ng c a enzym thành kháng sinh streptomixin 2.5.4 So sánh ph ng pháp nuôi c y vi sinh v t sinh t ng h p enzym : - Ph ng pháp nuôi c y b m t có nh ng u nh c m sau: + N ng enzym t o thành cao h n nhi u l... t bào (enzym n i bào nuôi b ng ph ng pháp b m t) thì c n ph i gi i phóng enzym b ng cách phá v t bào thu nhi u cách nh : + Nghi n nh , nghi n v i cát, nghi n v i v n thu tinh, nghi n bi + t bào t phân hu + Dùng tác d ng c a siêu âm ho c t o áp su t th m th u cao, trích ly (chiên) b ng mu i, dung d ch mu i trung tính, dung môi h u c + K t t a enzym b ng các ch t n ly thích h p i v i tr ng h p enzym. .. m t vài lo i enzym ch y u, m t s lo i protein không ph i enzym, các ch t n nh và các t p ch t khác D ch enzym thu c trên th ng có n ng ch t khô th p 4-6g/l, b c u ng i ta cô c chân không nhi t 350C n n ng 15-20g/l r i ti p t c x lý nh sau: - Ti p t c cô c chân không nhi t 40-45 0C t n ng ch t khô 30-35g/l, sung thêm ch t b o qu n nh NaCl, glyxerin, sorbitol, benzoat ta s thu c ch ph m enzym k thu t... khi ã tách t bào vi sinh v t Trong công nghi p r u mu n ng hoá 100kg tinh b t ch c n 5kg ch ph m n m m c b m t nh ng ph i c n n 100lít n m m c chìm ã l c bã và t bào vi sinh v t + Ch ph m d dàng s y khô mà không làm gi m áng k ho t tính enzym, ch ph m khô, d b o qu n, v n chuy n, nghi n nh ho c s d ng tr c ti p n u không c n khâu tách và làm s ch enzym Trang: 21 CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths Tr n Xuân Ng .         CÔNG NGHỆ ENZYM CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 1 c lc Chng 1:. các yu t công ngh bo m cho hot ng sng và sinh tng hp enzyme cao nht. 2.4.4. Các loi môi trng nuôi cy vi sinh vt sinh tng hp enzyme : Có