TÌM HIỂU CƠ CHẾ VÀ HIỆU ỨNG CỦA PHẢN ỨNG OXY HÓA DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ENZYME OXY HÓA - TIỂU LUẬN MÔM HÓA SINH

TÌM HIỂU CƠ CHẾ VÀ HIỆU ỨNG CỦA PHẢN ỨNG OXY HÓA DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ENZYME OXY HÓA

GVHD: Ths Nguyễn Thị Mai Hương

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, enzyme oxy hóa khử được ứng dụng để tạo ra mùi vị và màu sắc đặc trưng cho sản phẩm, giúp thời gian sản xuất rút ngắn Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên, những enzyme này cũng gây ra không ít bất lợi cho quá trình chế biến và bảo quản

Vì vậy, chúng ta cần phải nắm rõ cơ chế phản ứng và hiệu ứng của chúng để có những điều chỉnh phù hợp về điều

kiện sản xuất, bảo quản…nhằm đạt được hiệu quả cao nhất khi ứng dụng vào sản xuất và cả trong chiết tách enzyme

1.2 Tính chất sinh học của enzyme.

1.3 Tính đặc hiệu của enzyme.

1.3.1 Đặc hiệu kiểu phản ứng

1.3.2 Đặc hiệu cơ chất

1.4 Phân loại enzyme

1.4.1 Phân loại theo cấu tạo

1.4.2 Phân loại theo kiểu phản ứng

1.5 Cơ chế hoạt động của enzyme

Mô hình chìa khóa và ổ khóa: Trung tâm hoạt động phải có cấu trúc tương ứng với cấu trúc của cơ chất (khớp với nhau như chìa và ổ khóa)

Thuyết tiếp xúc cảm ứng: (theo Kosland) sự tương tác cảm ứng về cấu trúc không gian tạo nên phức hợp enzyme cơ chất

Năng lượng hoạt hóa (Ea): Là năng lượng cần cung cấp để phân tử đạt tới trạng thái hoạt hóa VD: Xăng có khả năng bốc cháy nhưng cần lửa mồi

Cơ chế tác dụng theo Michaelis-Menten

Tạo nhanh phức ES, phức này không bền, phức được tạo nên do các liên kết hóa học

Dưới tác dụng của enzyme, cơ chất được biến đổi thành sản phẩm

Sau khi tạo sản phẩm (P), enzyme được giải phóng ra và trở về trạng thái ban đầu

CHƯƠNG 2 :

CƠ CHẾ VÀ HIỆU ỨNG CỦA PHẢN ỨNG OXY HOÁ DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ENZYME OXY HOÁ 2.1 Quá trình oxy hoá là

gì?

Quá trình oxy hóa là một hiện tượng tự nhiên đang

diễn ra liên tục trong môi trường xung quanh của

chúng ta Ví dụ, màu nâu của một quả táo cắt lát, rỉ

sét của một chiếc xe đạp… oxy hóa có thể định

nghĩa là các phản ứng giữa các phân tử oxy và các

chất khác nhau, tiếp xúc với nó Trong thuật ngữ kỹ

thuật, quá trình oxy hóa có thể chỉ cần định nghĩa là

quá trình liên quan đến việc mất một hay nhiều điện

tử, khi các chất khác nhau phản ứng hoặc tương tác

với nhau

2.2 Ảnh hưởng của quá trình oxy hóa

Mức độ oxy hóa tùy thuộc vào lượng oxy trong đó hiện diện trong không khí xung quanh Và nó cũng phụ thuộc vào bản chất của vật liệu cụ thể mà quá trình oxy hóa diễn ra Quá trình oxy hóa chỉ là một hiện tượng cấp độ phân tử, nhưng hiệu quả của nó

2.3 Ý nghĩa của phản ứng oxy hoá khử sinh học trong công nghệ thực phẩm

Cơ thể sinh vật “ đốt cháy” các sản phẩm dinh dưỡng bằng oxy, đồng thời sử dụng năng lượng được giải phóng ra để đáp ứng các nhu cầu của hoạt động sống Khi đó, hydro được giải phóng khỏi hợp chất hữu cơ và kết hợp với oxy kèm theo sự tỏa năng lượng

Những biến đổi dị hóa này kèm theo giải phóng năng lượng được tiến hành trong tế bào sống với sự tham gia của những hệ Enzyme đặc biệt chính là quá trình Oxy hóa - khử sinh học

Vì vậy, trong công nghiệp thực phẩm quá trình Oxy hóa – khử có ý nghĩa hết sức quan trọng

Ví dụ:

- Ứng dụng điều chỉnh hệ Enzyme polyphenoloxydaza trong chè xanh để tạo ra những sản phẩm có màu sắc và mùi vị khác nhau (chè đen, chè xanh, chè đỏ )

- Trong chế biến thuốc lá, ca cao người ta cũng ứng dụng hệ enzyme này

Quá trình hô hấp hay quá trình phân giải oxy hóa – khử các chất dinh dưỡng trong cơ thể vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí có tầm quan trọng đặc biệt trong kỹ thuật bảo quản và chế biến lương thực thực phẩm

Vì thế trong trường hợp cụ thể trong bảo quản người ta thường tìm cách hạn chế tối thiểu các quá trình oxy hóa – khử bất lợi đó, chẳng hạn như:

- Rút ngắn thời gian chế biến để giảm thời gian của các phản ứng Oxy hóa và nhanh chóng làm vô hoạt enzyme oxy hóa- khử

- Loại trừ oxy không khí

- Bảo quản nguyên liệu và bán thành phẩm ở nhiệt độ thấp

- Dùng các chất chống oxy hóa,…

Tóm lại, đối với cơ thể sinh vật, các phản ứng oxy hóa – khử sinh học có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong sự trao đổi chất cũng như trao đổi năng lượng.

2.4 Cơ chế của quá trình oxy hoá khử sinh học

2.4.1 Các thuyết oxy hóa sinh học cổ điển:

a Thuyết peroxyt của Bach:

b Thuyết khử hydro của Palladin – Wieland:

2.4.2 Quan niệm hiện đại về cơ chế oxy hóa – khử sinh học:

2.4.2.1 Các loại phản ứng oxy hóa – khử:

2.4.2.2 Kết hợp trực tiếp oxy vào cơ chất bị oxy hóa và tạo ra sản phẩm oxy hóa

A + O2 AO2 Phản ứng oxy hóa khử kiểu này khá quan trọng đối với tế bào và thường do các enzyme oxygenaza hay transferaza oxy xúc tác Các enzyme này thuộc nhóm hoạt hóa oxy

2.4.2.3 Cho và nhận electron không cần có oxy tham gia

Trong nhiều trường hợp phản ứng oxy hóa khử có thể xảy ra bằng

cách nhường và thu electron không cần có oxy tham gia Chẳng hạn,

2.4.2.4 Khử hydro hóa:

Ví dụ: Sự oxy hóa axitamin tự nhiên dưới tác dụng của oxydaza của Axitamin:

Phần lớn các quá trình oxy hóa khử sinh học được tiến hành bằng cách khử hydro với sự tham gia của một hay nhiều chất chuyển hydro trung gian Các phản ứng này do các dehydrogenaza chứa coenzyme ( cơ chất nhận – Oxydoreductaza) xúc tác Thứ tự các chuyển hóa xảy ra có thể biểu diễn như sau:

Ví dụ: Sự oxy hóa axit suxinic thành axit fumaric là một ví dụ cho quá trình oxy hóa khử phức tạp này

Sau đó electron được chuyển sang xitocrom và cuối cùng là oxy

Trong một số lớn phản ứng oxy hóa sinh học, chất bị oxy hóa thường được hydro hóa sơ bộ để làm tăng khả năng oxy hóa ( mất hydro) hay phản ứng khử hydro được chuẩn bị sơ bộ bằng phản ứng hydrat hóa

2.5 Cơ chế quá trình oxy hóa chất béo bằng enzyme oxy hóa

Cơ chế tác dụng là sự kết hợp của cơ chất (S) vào trung tâm hoạt động của enzym (E) tạo thành phức chất Enzyme - cơ chất (ES) là giai đoạn đầu tiên do enzym xúc tác

đoạn đầu tiên do enzym xúc tác

2.5.1 Tiêu hóa và hấp thu lipid trong cơ thể

Sự tiêu hóa lipid bắt đầu thực sự ở tá tràng nhờ sự phối hợp của lipase ở tá tràng và tụy cùng với mật và muối mật là những tác nhân gây nhũ tương hóa

Enzym lipase:

2.5.1.1 Cơ chế tác dụng sau

Lipase là những enzym thủy phân thuộc nhóm carboxyl esterase gồm:+ Lipase thực sự: là lipase tụy tác dụng đặc hiệu lên este của acid béo và glycerol

2.5.1.2 Thoái hóa lipid

2.5.1.2.1 Thoái hóa glycerol

2.5.1.2.2 Thoái hóa acid béo bão hòa có số carbon chẵn

2.5.1.2.2 Thoái hóa acid béo bão hòa có số carbon chẵn

Oxy hóa acid béo bão hòa: cơ chế tác dụng

Tổng hợp cetonic

Tổng hợp cetonic

2.6.1.3 Thoái hóa tiếp tục của acetyl CoA + Oxy hóa hoàn toàn toàn ở chu trình Krebs + Tổng hợp cetonic

+ Các con đường chuyển hóa khác

+ Các con đường chuyển hóa khác

Chu

Chu trình Krebs trình Krebs

2.5.2 Sự oxy hóa lipit bên ngoài cơ thể

Phản ứng xảy ra dưới sự xúc tác của enzyme lipoxygenase (qua chu trình -oxyhoá)

- Sản phẩm của quá trình có mùi ôi khó chịu:

Acid béo alcyl metylcetoBước 1 Quá trình  - oxyhoá

Bước 2 Quá trình  - oxyhoá

Bên cạnh β-oxy hóa, đôi khi còn có các con đường oxi hoá khác:

- α-oxy hóa được sử dụng cho các nhánh axít béo không thể trực tiếp trải qua quá trình β-oxy hóa

-Các mạng lưới nội chất trơn của gan có thể thực hiện ω-oxy hóa, chủ yếu để giải độc nhưng có thể trở nên phổ biến trong các trường hợp quá trình β-oxy hóa bị trục trặc

Các axít béo với chuỗi cacbon quá dài (20 cacbon hoặc nhiều hơn) đầu tiên được phân cắt tạo ra các kích cỡ phù hợp (dễ sử dụng) trong peroxisomes

2.6 Một số enzyme oxy hoá – khử ứng dụng trong chế biến thực phẩm.

2.6.1 Các enzim hoạt hóa hydro (dehydrogenaza)

Đây là enzym oxy - hoá hoàn nguyên xúc tác sự

tách H2 từ cứ chất theo sơ đồ:

SH2 + B ↔ BH2 + S

2.6.2 Các enzyme hoạt hóa oxy (oxydaza)

Đây là nhóm enzym oxy hóa cơ chất và chuyển trực tiếp H2 cho O2 (chỉ chuyển cho O2 mà thôi)

Loại enzym này thấy nhiều trong mô bào thực vật, ở mô bào động vật

ít hơn Sơ đồ hoạt động của oxydase như sau:

oxydase là những enzym phức tạp chứa nguyên tử đồng bên cạnh phần protein

2.6.3 Hệ xitocrom

2.6.4 Peroxydaza

Hiện nay, người ta đã biết có ít nhất là bốn peroxydaza:

Peroxydaza thực vật thượng đẳng

Peroxydaza mô động vật (vecdoperoxydaza)

Peroxydaza của sữa (lactoperoxydaza)

Xitocromoxydaza (có trong nấm men và một số thực vật thượng đẳng)

- Pirocatechinaza xúc tác sự phân hủy oxy hóa vòng thơm của catechin tạo ra peroxyt vòng.

- Tryptophanoxygenaza xúc tác oxy hóa trực tiếp tryptophan thành formylkinurenin

Trong nhóm này, lipoxydaxa là enzyme quan trọng hơn cả

2.6.10 Lipoxydaza

Lipoxydaza xúc tác sự oxy hóa chất béo có chứa acid béo không no (có 2 – 3 liên kết kép trở lên) thành peroxyt và hydro peroxyt

Vì vậy, lipoxydaza là cấu tử quan trọng của hệ hô hấp Lipoxydaza rất phổ biến trong thực vật (trong cây họ đậu, khoai tây, cà rốt, …)

2.6.11 Enzyme oxy hóa Glucose oxydase – Catalase

Glucose oxydase là enzyme oxy hóa khử, chỉ tác dụng lên glucose khi có mặt oxy, nó oxy hóa glucose thành acid gluconic và H2O2

Glucose oxydase

C6H12O6 + O2 + H2O -> C6H12O7+ H2O2

Dưới tác dụng của catalase – một ezyme hay đi cùng với glucose oxydase – H2O2 sẽ khử thành H2O

và O2.

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG CỦA ENZYME 3.1 Ứng dụng trong y dược

Hiện nay trong y học đã xuất hiện lãnh vực mới gọi là chẩn đoán enzyme, có nhiệm vụ:

- Phân tích xác định nồng độ cơ chất như glucose, ure, cholesterol… với sự hổ trợ của enzyme

- Xác định hoạt tính xúc tác của enzyme trong mẫu sinh vật.

- Xác định nồng độ cơ chất với sự hổ trợ của thuốc thử enzyme đánh

dấu

Dùng enzyme để định lượng các chất, phục vụ công việc xét nghiệm chẩn đoán bệnh, ví dụ dùng để kiểm tra glucose nước tiểu rất nhạy.

3.2 Ứng dụng trong hóa học

Chế phẩm enzyme đáng được chú ý nhất trong thời gian gần đây

là dùng chất mang để gắn phức enzyme xúc tác cho phản ứng nhiều bước

Ví dụ : tổng hợp glutathion, acid béo, alcaloid, sản xuất hormone…Cũng bằng cách tạo phức, người ta gắn vi sinh vật để sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải, sản xuất alcohol, amino acid… Trong nghiên cứu cấu trúc hóa học, người ta cũng sử dụng enzyme, ví dụ dùng protease để nghiên cứu cấu trúc protein, dùng endonuclease để nghiên cứu cấu trúc nucleic acid …

Dùng làm thuốc thử trong hóa phân tích

3.3 Ứng dụng trong công nghiệp

Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và

đã đạt được nhiều kết quả to lớn

Công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá,công nghiệp chế biến sữa, công nghiệp bánh mì, bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa khô và bột trứng, công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp da, công nghiệp phim ảnh, công nghiệp y học…

Với amylase, đã được dùng trong sản xuất bánh mì, công nghiệp bánh kẹo, công nghiệp rượu, sản xuất bia, sản xuất mật,glucose, sản xuất các sản phẩm rau, chế biến thức ăn chotrẻ con, sản xuất các mặt hàng từ quả, sản xuất nước ngọt, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy

3.3.1 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Enzyme là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi

 Protease : Việc sử dụng trong chế biến làm mềm thịt là ứng dụng có tính truyền thống

dùng thơm để nấu canh thịt bò; dùng rau sống là chuối chát, vả kết hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủ trong chống táo bón…

 Pectinase : Pectinase đã 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.

Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ pectinase mà dịch quả

có nồng độ đậm đặc hơn

Chế phẩm cellulase thường dùng để:

- Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc.

- Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật.

Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm

là dùng nó để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con

và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng lên

Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của protease và đường hóa.

 Amylase :

Chế phẩm amylase đã được dùng phổ biến trong một số lãnh vực của công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì, glucose, rượu , bia Trong sản xuất bánh mì, chế phẩm amylase đã làm thay đổi hoàn tòan chất lượng của bánh mì cả hương vị, màu sắc, độ xốp Chế phẩm amylase sạch cho chất lượng bánh

mì tốt hơn ở dạng phức hợp với protease.

Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm thủy phân tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase Chính glucoamylase, là yếu tố làm tăng hiệu suất trong sản xuất rượu.

Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có trong các hạt nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành

3.3.2 Ứng dụng trong công nghiệp dệt

Chế phẩm amylase được dùng để rũ hồ vải trước khi tẩy trắng

và nhuộm Amylase có tác dụng làm vải mềm, có khả năng nhúng ướt, tẩy trắng và bắt màu tôt

Trong sản xuất tơ tằm, người ta dùng protease để làm sạch sợi

tơ Với công đoạn xử lý bằng enzyme sau khi xử lý bằng dung dịch xà phòng sẽ giúp lụa có tính đàn hồi tốt, bắt màu đồng đều

và dễ trang trí trên lụa.

3.3.3 Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da

Enzyme protease được dùng để làm mềm da, làm sạch da, rút ngắn thời gian, tránh ô nhiễm môi trường Enzyme sẽ tách các chất nhờn và làm đứt một số liên kết trong phân tử collagen làm cho da mềm hơn.

Thực tế cho thấy khi xử lý da bằng chế phẩm protease từ

vi sinh vật có thể rút ngắn thời gian làm mềm và tách lông

xuống nhiều lần Điều quan trọng là chất lượng lông tốt hơn

khi cắt So với phương pháp hóa học thì việc xử lý bằng

enzyme có số lượng lông tăng 20-30% Lông không cần xử

lý thêm sau khi ngâm trong dịch enzyme.

3 4 Ứng dụng trong nông nghiệp

Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau

để chuyển hóa các phế liệu, đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nông nghiệp.

Có chế phẩm chứa cả cellulase, hemicellulase, protease và amylase.Công nghệ này khá phổ biến ở nhiều quốc gia Ở nước ta việc dùng enzyme vi sinh vật góp phần trong sản xuất phân hữu cơ đang được khai thác để thay thế cho phân hóa học

KẾT LUẬN

Ứng dụng của một số enzyme rất thường sử dụng trong sản xuất cũng như tác dụng của nó trong vấn đề oxy hóa chất béo trong thực phẩm cũng như trong cơ thể người Từ đó có thể ứng dụng mặt mạnh của quá trình oxy hóa chất béo vào đời sống và dựa vào cơ chế và hiệu ứng của chúng để hạn chế quá trình oxy hóa chất béo cho ra những chất độc hại cho con người gây nên những bệnh lý cũng như làm hư hỏng thực phẩm

Do thời gian ngắn, lượng kiến thức sâu nên chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót, mong cô sẽ góp ý để vốn kiến thức của chúng em

có thể hoàn chỉnh hơn và sẽ làm tốt hơn cho các bài khác