Công nghệ enzim
CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 1c lcChng 1: NGUYÊN LIU THU ENZIM VÀ PHÂN B 31.1. Ngun ng vt: 31.2. Ngun gc thc vt: 41.3. Ngun vi sinh vt: 4Chng 2: N XUT CÁC CH PHM ENZIM T VI SINH VT 52.1. u hoà quá trình sinh tng hp enzim trong môi trng nuôi cy vi sinh vt 52.2. Tuyn chn và ci to ging vi sinh vt cho enzim có hot lc cao: .112.3. Phng pháp bo qun ging vi sinh vt : 122.4. Môi trng nuôi cy vi sinh vt sinh tng hp enzim: 132.5. Các phng pháp nuôi cy vi sinh vt: 172.6. Tách và làm sch ch phm enzym : 22Chng 3: THUT SN XUT CH PHM T HT CC NY MM (MALT) .243.1. Nguyên liu i mch: 243.2. Làm sch và phân loi ht: .253.3. a, sát trùng và ngâm ht: 263.4. y mm: .283.5. y malt: 343.6. Tách mm, r, bo qun malt: .373.7. thut sn xut mt s loi malt c bit: .38Chng 4: N XUT ENZIM T THC VT 404.1. n xut ureaza tu ra: .404.2. Thu nhn bromelain t da: 40Chng 5: ENZIM CNH .445.1. Gii thiu chung: 445.2. t s phng pháp ch yu ch to enzim cnh : 445.3. t s liên kt trong vic cnh enzim .455.4. nh hng ca s cnh n hottính ca enzim .465.5. Các reactor cha enzim cnh: .485.6. . S dng enzim cnh trong y hc và trong công nghip: .50Chng 6: GII THIU MT S LOI ENZIM CH YU VÀ KH NNG NGNG 556.1. Amylaza 556.2. Proteaza .586.3. Pectinaza 606.4. Xenluloza: .64 CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 26.5. Saccaraza và glucooxydaza .66Chng 7: PHNG PHÁP XÁC NH HOT MT SÔ LOI ENZIM 687.1. n vo hot : .687.2. Các phng pháp xác nh hot enzim: .697.3. Chun b dch chit enzim xác nh ho 71 CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 3Chng 1: NGUYÊN LIU THU ENZIM VÀ PHÂN B1.1. Ngun ng vt:1.1.1. Tu tng: (Pan creas)ây là ngun enzim sm nht, lâu dài nht, có cha nhiu loi enzim nht nh:tripxin, kimotripxin, cacboxy pectidaza A và B, ribonucleaza, amilaza, lipaza.+ Tripxin y hc phi là loi tinh ch.+ ng dng u tiên ca ch phm tripxin là làm mn da lt da, kh các vt nttrên da.+ Sn xut sn phm thu phân protein y hc (dch truyn y t) và môi trng nuôi cyvsv.+ Ch phm dch tu y hc cha bnh v tu (ri lon chc nng, b ct b tu).+ Sn xut ch phm enzim ty ra (vt bn, màu khó tan) nhit va phi, khôngthích hp vi nhit cao và pH thay i.1.1.2. Màng nhy d dày ln:Là ngun enzim pepxin A, B, C, D, gastrisin. Các enzim này c tit ra ngoài t bàocùng vi dch v ( khi tiêu hoá thc n). i vi các typ pepxin có pHopt=1.3÷2.2.1.1.3. dày bê:Trong ngn th t ca d dày bê có tn ti enzim thuc nhóm Proteaza tên là renin.Enzim này ã t lâu c s dng ph bin trong công ngh phomat. Renin làm bin icazein thành paracazein có kh nng kt ta trong môi trng sa có nng Ca2+.ây là quá trình ông t sa rt n hình, c nghiên cu và ng dng y nht.Trong thc t nu ch phm renin b nhim pepxin (trong trng hp thu ch phm renin bê quá thì. Khi ó, d dày bê ã phát trin y có kh nng tit ra pepxin) thì khng ông t sa kém i.n ây có nghiên cu sn xut proteaza t vsv có c tính renin nh các loàiEudothia Parasitica và Mucor Purillus.1.1.4. Các loi ni tng khác:Gan, lá lách, thn, phi, c hoành tim, d con, huyt. Các loi này u có cha enzim,a s tn ti trong t bào. Ch có mt s loi c sn xut di dng ch phm nh: gan,tim ln tách aspartat-glutamat aminotransferaza, huyt tng (t huyt) tách ratrombia (Proenzim chng ông máu)Nhìn chung nguyên liu ng vt dùng tách enzim phi ti tt (ly ngay sau khigit m) hoc gi -200C có thc 1÷12 tháng vn không làm gim hot tính enzim. CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 41.2. Ngun gc thc vt:1.2.1. Cây u ra (Canavalin ensifirmis):ây là cây thuc hu Canavalia – có nhiu châu Phi, Vit Nam có nòi k trên.Trong tt c các nòi u ra u rt giàu enzim Ureaza, hàm lng có thn 20% chtkhô.1.2.2. da (Bromalaceae):Bao gm tt c các nòi da trng ly qu, ly si (k c các nòi da di). Trong các bphn khác nhau ca cây da (v, lõi, chi, thân, lá,…) u có cha enzim bromelain.Trong ó nhiu nht là phn lõi u qu da. Hot tính ca enzim bromelain ph thucnhiu vào trng thái và u kin bo qun nguyên liu. Các nghiên cu ã ch ra rngcác nguyên liu sy khô nhit 400C s gi c hot tính enzim tt hn so vinguyên liu ã c bo qun lnh nhit 40C.1.2.3. Nha u (Carica Papaya. L):ây là loi cây n qu ph bin các nc nhit i. T qu ti hoc thân thu cnha (latex) chính là ch phm papain thô tó tinh ch thành papain thng phm.Hin nay ngi ta ã to ra c các ging u có sn lng m và hot tính papaincao khai thác có hiu qu ngun enzim này (không t vn ly qu).1.2.4. t s loi nguyên liu thc vt khác:Khi tin hành nghiên cu khoa hc, y sinh hc, nhiu khi cn xem xét (nh tính, nhng, cu trúc phân t, hot ng enzim, …) ca mt s loi enzim có trong bn thânnguyên liu ó nh lng s dng. áng chú ý hn c là:Ch phm enzim Polyphenoloxydaza (EPPO): n hình nht là eppo ca lá chè, cai nh ht ca cao ti, nc ép qu nho. Ch phm loi này ph bin hn c là loi “btaxeton”.1.2.5. t cc và mt s loi c cha tinh bt:Trong ht cc ny mm (malt) và mt s loi c ny mm (n hình là khoai lang) cót h enzim rt phong phú c ngi ta s dng t rt lâu trong các lnh vc: mt tinht (mch nha), ru và bia (thm chí có mt phng pháp sn xut ru etylic mang tên làphng pháp maltaza hay phng pháp malt)1.3. Ngun vi sinh vt:ây là ngun enzim phong phú nht, có hu ht các loài vi sinh vt nh: nm mc,vi khun và mt s loài nm men. Có th nói vi sinh vt là ngun nguyên liu thích hpnht sn xut enzim qui mô ln dùng trong công ngh và i sng. Dùng ngun visinh vt có nhng li ích chính nh sau:+ Chng v nguyên liu nuôi cy vi sinh vt và ging vi sinh vt.+ Chu k sinh trng ca vi sinh vt ngn: 16÷100 gi nên có th thu hoch nhiu lnquanh nm.+ Có thu khin sinh tng hp enzim d dàng theo hng có li (nh hng sng và tng hiu sut tng thu hi).+ Giá thành tng i thp vì môt trng tng i r, n gin, d t chc sn xut.Tuy nhiên trong mi trng hp cn lu ý kh nng sinh c t (gây c, gây bnh) có bin pháp phòng nga, x lý thích hp. CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 5 sn xut ch phm enzim, ngi ta có th phân lp các ging vi sinh vt có trong tnhiên hoc các ging t bin có la chn theo hng có li nht, ch tng hp u tht loi enzim nht nh cn thit nào ó.Chng 2: SN XUT CÁC CH PHM ENZIM T VI SINH VT2.1. u hoà quá trình sinh tng hp enzim trong môi trng nuôi cy visinh vti mc ích nuôi cy thu hi enzim vi hiu sut cao, cn phi nhn r quá trình uhoà sinh tng hp enzim có các nh hng tác ng thích hp trong công ngh. Tbào vi sinh vt ch tng hp enzim khi cn thit vi s lng thích hp mong mun.2.1.1. u hoà theo hng óng m bi gen operator (gen u khin) _hinng trn áp :+ hin tng trn áp (c ch) (repression): là làm gim quá trình sinh tng hp do snphm cui cùng ca quá trình nuôi cy. Hin tng này thng gp i vi các enzymxúc tác quá trình sinh tng hp mt chiu nh: quá trình sinh tng hp axit amin,nucleotit.Ví d: khi thêm mt axit amin nào ó vào môi trng nuôi cy thì t bào s không cnng hp này na. Do ó cng sình ch quá trình sinh tng hp enzym, xúc tác cho quátrình tng hp nên chính axit amin ó. Enzym này chc tng hp tr li khi có nhuu ngha là khi làm gim nng axit amin tng ng. i vi h thng phân nhánhngha là quá trình dn n vic to thành nhiu sn phm cui cùng khác nhau t mt ccht chung ban u thì c ch trn áp có thc thc hin theo các cách khác nhau.Ví d: Phn ng u tiên ca quá trình sinh tng hp các axit amin lizin, methionin,treonin u do enzym aspactokinaza xúc tác. Enzym này có 3 izoenzim.Ký hiu: al, am, at. Quá trình sinh tng hp al s b trn áp bi nng lizin. am camethionin. Riêng i vi at thì treonin va là sn phm cui cùng ca c quá trình va là cht ban u sinh tng hp izolxin. Do ó quá trình sinh tng hp axitt ch b trnáp khi c treonin và izolexin t nng cao vt quá nhu cu ca t bào. Có th minhho c ch trn áp này theo s: CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 6alamatA B C D MethioninEGLizinTreoninIzoloxinGhi chú: A – C cht Aspartic ban u. B, C, D, G là các sn phm trung gian có tác dng trn áp.Nh vy ây s trn áp ch xy ra khi có s hp ng tác dng ca c 2 sn phm.u trn áp hp ng này cùng xy ra i vi quá trình sinh tng hp enzym ging nhauxúc tác cho các phn ng song song to thành 2 sn phm cui cùng khác nhau. Ví d:quá trình sinh tng hp valin và izolxin do 4 enzym ging nhau xúc tác theo s sau:ValinIzoloxin4321Hin nay ngi ta cho rng ARN mi là yu t trn áp thc s cho quá trình sinh tngp các enzym xúc tác tng hp các axit amin tng ng.+ Hin tng cm ng (induction): là hin tng ngc li vi hin tng trn áp làmng lng enzym ca t bào(Ghi chú s trên: 1: -axeto.-oxyaxítintetaza 2: reductoizomeraza (axetolactat mutaza) 3: hydrooxyaxit dehydrataza 4: amino transpheraza4 Phn ng4 Phn ng6 Phn ng-axetolactat-axeto-Oxybutirat-Dioxy metylvalerat-Xeto - metyl-Xetoizovalerat-DioxyizovaleratCH3CHOhot ng CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 7Ngha là khi trong môi trng nuôi cy có cht cm ng s kích thích cho vi sinh vtsinh tng hp nên nhiu enzym hn so vi bình thng.Cht cm ng c xem nh là mt cht nn (Cht c s, b khung cácbon) sinhng hp enzym. Hin nay, ngi ta ch ra rng có th các sn phm trung gian ca quátrình bin i óng vai trò là cht cm ng, thm chí nhiu c cht ca enzym cng cóth là cht cm ng. n hình là các gluxit (monosaccarit và polysaccarit).Trong s các enzim do vi sinh vt tng hp, có nhng enzim bình thng chcng hp rt ít i nhng khi thêm mt s cht nht nh vào môi trng nuôi cy thì hàmng ca chúng có th tng lên rt nhiu ln. Monod và Cohn (1925) gi các enzim nàylà enzim cm ng, cht gây nên hiu qu này là gi là cht cm ng. Các enzim cm ngthng là nhng enzim xúc tác cho quá trình phân gii nh: Proteinaza, amylaza,pectinaza, penixilinaza, _galactosidaza t bào E. coli. Khi nuôi cy E. coli trong môitrng glucoza và glyxerin, vi khun ch tng hp khong 10 phn t_galactosidaza/tbào. Nu nuôi cy trên môi trng lactoza là ngun các bon duy nht thì hàm lngenzim là 6÷7% tng hp lng protein ca t bào. Trích ra t t bào cha n 6000 phn enzim, ngha là tng lên gn 1000 ln so vi khi nuôi cy trong môi trng c. cm ng thng có tính cht dây chuyn. Trong h thng gm nhiu phn ng, ccht u tiên ca h thng có th cm ng quá trình sinh tng hp tt c các enzim xúctác cho quá trình chuyn hoá ca nó. u này c thc hin theo c ch sau: Trc htcht cm ng làm tng quá trình sinh tng hp enzim tng ng, sau ó sn phm này lim ng tng hp enzim phá hu nó, tip theo sn phm th 2 này li cm ng tngp nên enzim th 3,…Ví d: Histidin có tác dng cm ng hàng lot các enzim xúc tát cho quá trình chuynhoá nó thành axít glutamic (Chasin và Magasamil (1968)).+ C chu hòa theo kiu trn áp và cm ng:Zocob và Monod ã ra mô hình gii thích c ch ca 2 hin tng trn áp và cmng trên c s di truyn. Theo mô hình này, s trn áp và cm ng sinh tng hp enzimc thc hin theo cùng mt c ch chung da trên c su hoà hot ng ca cácgene di tác dng ca các cht phân t thp. Nhng cn c chính ca thuyt này nhsau:1) Có s phân hoá chc nng ca các giai n khác nhau trong phân t AND trongnhim sc th, da vào chc phn ca chúng trong qui trình sinh tng hp Protein có thchia thành các loi gene sau:- Gene cu trúc (ký hiu: S1,S2,S3) : mã hoá phân t protein enzim c tng hp, tclà th t các axit amin trong phân t enzim c tng hp là tu thuc vào th t cácnucleotit ca n gene này. Các gene mã hóa các enzim c íp xp lin nhau thànht nhóm trên nhim sc th. Chúng là khuôn tng hp phân t ARNtt.- Gene Operator (ký hiu: O): cnh nhóm gene cu trúc, không mã hoá proteinnhng m bo cho quá trình sao chép mã gene cu trúc theo c ch “óng m” tanh công tc ca mt dây èn. Quá trình sao chép ch có th tin hành khi gene operator trng thái “m” (không kt vi cht nào c) và ngng li khi nó b “óng” (kt hp vit cht c bit gi là cht trn áp represson). Mt gene operator có th “ph trách” mtnhóm gene cu trúc các gene cu trúc này cùng vi gene operator ca chúng hp thành CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 8t n v sao chép s cp gi là mt operon. S tng hp ARNttc bt u mtu ca operon và chuyn qua các gene cu trúc n u kia ca operon.- Gene Promotor (gene hot hoá ký hiu P) ng trc gene operator là n And màARN-polimeraza s kt hp và bt u quá trình sao chép các gene cu trúc.- Gene u hoà regulator (ký hiu R): Gene này mã hoá cho mt protein c bit gilà cht trn áp (repressor). Cht trn áp có vai trò “óng-m” gene operator. Do ó geneu hoà có th kim tra quá trình sao chép gene cu trúc thông qua cht trn áp này.+ Không có repressor (sn phm cui cùng)R P O S1 S2 S3 ADNE3E2E1A BCDARNtt+ Có repressor (sn phm cui cùng):Phiên mã CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 9R PO S1 S2 S3ADN: ARN-polymeraza: Repressor: coreressorR: Gene u hoà, P: Gene promotor, O: Gene Operator,S1, S2, S3: Các gene cu trúc.2) Trong trng hp u hoà sinh tng hp enzim theo c ch trn áp, repressor dogene u hoà tng hp còn dng không hot ng (aporepessor) cha có kh nng ktp vi gene operator nên quá trình sao chép các gene cu trúc tin hành bình thng.Các enzim c tng hp xúc tác cho các phn ng to thành các sn phm cui cùng,n phm cui cùng này li có kh nng kt hp vi aporepessor và hot hoá nó.Aporepessor ã c hot hoá s kt hp vi operator ngn cn quá trình sao chép cácgene cu trúc, làm ngng vic tng hp ARNtt tng ng do ó ình ch quá trình sinhng hp các enzim tng ng. Trong trng hp này các sn phm mi c coi nh làcht trn áp (repressor).3) i vi trng hp cm ng:+ Không có cht cm ngR P O S1 S2 S3 ADN+ Có cht cm ng: CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 10ADNS3S2S1OPRARNttABC DE1E2 E3 minh ho c ch cm ng sinh tng hp enzim : Cht cm ngKhi không có mt cht cm ng, cht trn áp (repressor) c tng hp ã trng tháihot ng, nó kt hp vi gene u khin operator, quá trình sao chép mã ca gene cutrúc b bao vây nên các enzim tng ng không c tng hp.Khi có mt cht cm ng thì cht trn áp repressor b mt hot ng, tách khi geneu khin operator và quá trình sao chép mã bt u, kt qu làm tng lng enzim cng hp.Nh vy ta thy hin tng trn áp và cm ng sinh tng hp enzim là hai mt i lpa mt quá trình hoá sinh thng nht c thc hin thông qua hot ng “óng-m”gene di tác dng ca các cht phân t thp2.1.2. u hoà tng tác gia ARN-polymeraza vi gene promotor:Nhiu du hiu thc nghim cho thy các gene bo m sinh tng hp mt s enzimm ng xúc tác cho quá trình phân gii không ch chu s kim tra theo c ch cm ngnhã trình bày trên mà còn chu s kim tra theo mt c ch khác nh tác dng caAMP vòng (AMPv) gi là “trn áp phân gii” (cactabolic repressor) AMPv có tác dngkích thích ca AMPvi vi quá trình sao chép mã ca các operon phân gii. Hin tngnày ã c nghiên cu nhiu i vi operon lactoza. Theo nhiu tác gi, tác dng kíchthích ca AMPvi vi quá trình sao chép mã c thc hin nh mt protein c bitlàm trung gian gi là protein nhn AMPv, hay còn gi là protein hot hoá gene phân giiCAP (catabolite gene activator protein). Khi AMPv kt hp vi CAP to thành phc hpcó tác dng hot hoá gene promotor làm cho ARN-polymeraza d dàng kt hp vi nó t u quá trình sao chép mã. Nh vy AMPv có tác dng làm tng cng quá trình saochép. Cng có ý kin cho rng phc hp AMPv-CAP-ARN-polymeraza cho phép bt uquá trình sao chép mã. [...]...CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 15 (cht trn áp) sinh tng hp enzim pectinaza trên môi trng nuôi cy là pectin và lactoza ơi vi lồi Asp. Niger, Asp. Awamori. - i vi các h vi sinh vt sinh enzim xenluloza. Enzim xenluloza là enzim cm ng vì vy trong mơi trng nuôi cy vi sinh vt sinh enzim này nht thit phi có xenluloza là cht... khâu tách và làm sch enzym. CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 5 sn xut ch phm enzim, ngi ta có th phân lp các ging vi sinh vt có trong t nhiên hoc các ging t bin có la chn theo hng có li nht, ch tng hp u th t loi enzim nht nh cn thit nào ó. Chng 2: SN XUT CÁC CH PHM ENZIM T VI SINH VT 2.1. u hồ q trình sinh tng hp enzim trong môi trng... là phng pháp CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 47 hiu ca enzim cng nh hng s Michoelis. Tt nhiên nhng thay i này ph thuc nhiu vào bn cht ca cht mang, nói chung enzim cnh thng tro nên bn vi các u t gây bin tính hn (vì nó ã c “làm bn” phn nào bi cht mang) nhng hot ng riêng thng thp hn enzim ban u. 5.4.1. Hot tính ca enzim cnh ph... phm vi môi trng vi mô nm sát cnh enzim. - Kiu th hai c gi là “hiu ng ngn chn” tc là bn thân cht mang polyme ngn cn s khuch tán t do ca các phân t hng ti enzim (trong ó có c cht) cng nhi khi enzim (trong ó có sn phm phn ng). Tó nh hng trc tip hay gián tip n hiu qu xúc tác ca enzim. Ví dn hình là trng hp enzim c cnh bng cht mang polyanion... ht, r dài 1,2÷2 cm. Ch tiêu quan trong ca malt là hot tính enzim. Sau ây là bng ch tiêu hot tính enzim i vi malt dùng cho sn xut ru. t Khá Trung bình Loi malt AC (g/g.h) DC (mg/g.h) AC (g/g.)h DC (mg/g.h) AC (g/g.h) DC (mg/g.h) CƠNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xn Ngch Trang: 46 t khơng thun nghch vi nhiu enzim) . Nhóm enzim thích hp nht cho c cht loi này là lipaza (c cht... nhau. Chng hn nu enzim vi tâm hot ng có nhóm – SH thì cn phi x lý s b bng glutation hay systein và ch tái hot hoá enzim sau khi ã gn nó vào cht mang. Hoc có th che chn tâm hot ng bng cách b sung vào n hp phn ng c cht ã c bão hoà bi enzim (nng c cht cao nht mà enzim có th thc hin c phn ng xúc tác) - Khi ra thit b phn ng phc hi enzim, không c... bn nhit, bn gel) nht là khi phn ng trong nhng ct công sut ln. 5.4. nh hng ca s cnh n hottính ca enzim. Khi gn vào cht mang, enzim s b gii hn hot ng trong mt phm vi mơi trng xác nh, lúc ó cu trúc không gian ca phân t enzim (và ca c t hp) có th b thay i do ó có th làm bin i mt s tính cht ca enzim ban u. Ví d có th thay i khong pH hot ng,... hot ng ca các h enzim ng thi nhng quá trình y ra trong quá trình ny mm: t t chín và khơ (W13%) thì các enzim trong ht dng liên kt (không hot ng) nm trong t bào ca ht. Trong q trình ny mm chúng c gii phóng ra ng t do hot ng, ng thi ht cúng có kh nng hình thành nên nhng enzim hot ng mi. - H enzim oxy hoá - kh: Hot ng ca h enzim này là bc... tc phát trin, m còn khong 30%, s bin i do thu phân, do enzim vn tip tc. -Thi kì men (enzim ): Nhit sy tng dn t 45 - 70 0 C: Các q trình sng b ngng li: khơng hơ hp, mm r khơng cịn phát trin nhng s thu phân và nhng CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân Ngch Trang: 22 + Tn ít nng lng (n, hi nc, công nhân) thit b, dng c ni cy n gin, có th thc hin ... mô xung quanh enzim s khác vi nng ca chúng trong h. u ó làm cho q trình ng hc ca enzim s rt phc tp, s có s sai khác (nhiu khi là áng k) các thông s liên quan nh: nng c cht, sn phm phn ng, pH, t 0 t ví d khi kho sát s c nh papain trên màng xenluloza nitrat thu phân gelatin cho kt qu tn hn so vi khi enzim dung dch t do (hot enzim cnh thp . Cohn (1925) gi các enzim nàylà enzim cm ng, cht gây nên hiu qu này là gi là cht cm ng. Các enzim cm ngthng là nhng enzim xúc tác cho quá. sinh tng hp enzim này. ng glucoza có tác dng kìn hãm CÔNG NGH ENZIM GVC: Ths. Trn Xuân NgchTrang: 15(cht trn áp) sinh tng hp enzim pectinaza