Chương 3 Enzym HSTP

HÓA SINH THỰC PHẨM CHƯƠNG ENZYME Thế chất xúc tác ??? Xúc tác sinh học ??? Phân biệt Enzyme với protein ??? KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Đònh nghóa Enzyme Enzym chất xúc tác sinh học có chất protein Enzym có tính chất protein M Enzym = 10.000 – 1.000.000 D Ngắn ribonuclease 12.700 D Dễ tan, có cấu trúc hình cầu 200 Enzym / 2000 Enzym thu dạng tinh thể KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Phân loại Enzym Enzym thành phần (Enzym cấu tử, Enzym đơn giản) cấu tạo từ acid amin, từ chuỗi polypeptid (protein đơn giản) Enzym thành phần (Enzym cấu tử, Enzym phức tạp) chuỗi polypeptid có phần phi protein (protein phức tạp) Chuỗi polypeptid: chất mang, Apoenzym, Apoferment Phi protein: nhóm hoạt hóa, Coenzym – cofactor, Coferment Coenzym: Cofactor: phần phi protein có liên kết lỏng lẻo với apoenzym, dễ dàng tách dùng phương pháp thẩm tích (đa số vitamin) phần phi protein gắn với apoenzym liên kết đồng hóa trò bền vững tách độc lập (ion kim loại) Trung tâm hoạt động ??? Mơ hình Fisher ??? Mơ hình Koshland ??? Trung tâm dị lập thể ??? Phức hợp Enzyme ??? Tiền Enzyme ??? KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Cấu tạo Enzym Trung tâm hoạt động (TTHĐ) Phần cấu trúc mà nơi trực tiếp xảy phản ứng xúc tác Enzym cấu tử TTHĐ nhóm đònh chức có hoạt tính cao, không tham gia vào việc tạo thành trục chuỗi polypeptid Các nhóm xa vơí cấu trúc bậc 3,4 chúng tiến lại gần hình thành TTHĐ Nhóm –SH cystein Nhóm –OH serin, tyrosin Nhóm ε-NH2 lysin Nhóm –COOH acid glutamic, aspartic Vòng himidazol histidin Indol tryptophan Cấu tạo Enzym KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Trung tâm hoạt động (TTHĐ) Enzym cấu tử Cấu trúc không gian E bò biến đổi khả hoạt động TTHĐ hoạt tính E bò biến đổi Một Enzym có hay nhiều TTHĐ Các TTHĐ Enzym giống khác cấu tạo chức Enzym hai cấu tử TTHĐ gồm nhóm ngoại (coenzym) nhóm chức acid amin Coenzym đònh kiểu phản ứng hóa học trực tiếp tham gia kết hợp với chất (thủy phân, oxy hóa, tổng hợp, phân ly,…) Apoenzym chọn lọc chất (protein, glucid,…) ảnh hưởng đến cường độ phản ứng Cấu tạo Enzym KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Trung tâm hoạt động (TTHĐ) Cơ chế ổ khóa, chìa khóa (mô hình Fisher) TTHĐ E có cấu tạo đònh cho phép chất có cấu tạo tương ứng kết hợp vào, chìa khóa tra vào ổ khóa Không giải thích kiểu đặc hiệu nhóm Cấu tạo Enzyme KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Trung tâm hoạt động (TTHĐ) Cơ chế Koshland (mô hình tiếp xúc cảm ứng) TTHĐ hthành trình tiếp xúc E chất Khi chưa có chất, nhóm chức TTHĐ chưa tư sẵn sàng hoạt động Khi tiếp xúc với chất, cảm ứng không gian biến đổi hình dạng TTHĐ phù hợp với chất Giải thích thỏa đáng tính đặc hiệu nhóm KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Cấu tạo Enzyme Trung tâm dò lập thể (TTDLT) Có nhiệm vụ điều chỉnh hoạt tính E Gọi trung tâm điều chỉnh hay trung tâm dò lập thể TTHĐ TTDLT cấu trúc riêng biệt, có tác dụng tương hỗ TTDLT dương: kết hợp với chất dò lập thể làm tăng hoạt tính Enzyme Enzyme từ trạng thái không hoạt thành hoạt động TTDLT âm: kết hợp với chất dò lập thể, Enzyme giảm hay hoạt tính TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Các kiểu đặc hiệu Đặc hiệu kiểu chất Đặc hiệu nhóm Chỉ cần điều kiện chất liên kết (bromelin, lipase) Đặc hiệu nhóm tương đối Cần điều kiện liên kết + cấu tạo cấu tử tạo thành liên kết Aminopeptidase; Carboxylpeptidase; Tripsin / lkết peptid, R1=Arg, Lys; Chimotrypsin / lkết peptid, R1=Phe, Tryp, Tyr; Pepsin / lkết peptid, R2=Phe, Leu) Đặc hiệu tuyệt đối Cần điều kiện liên kết + cấu tạo cấu tử tạo thành liên kết (glucoxydase, ascorbat-oxydase, arginase, urease) TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Phân loại Enzym theo tính đặc hiệu Oxydoreductase (E xúc tác phản ứng oxy hóa khử) Tên chất cho H+: tên chất nhận H+ + oxydoreductase Transferase: (E xúc tác phản ứng chuyển vò) Tên nhóm chuyển vò + transferase Acyltransferase: chuyển vò nhóm acyl qua CoA Glucotransferase: chuyển vò nhóm đường (hexose) Aminotransferase: chuyển vò nhóm NH2 (amin) Phosphotransferase: chuyển vò gốc P Metyltransferase: chuyển vò gốc –CH3 Carboxyltransferase: chuyển vò gốc –CO2 Hydrolase: (E xúc tác phản ứng thủy phân) Peptihydrolase: thủy phân liên kết peptid Esterase: xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ester (lipase, phosphatase, lecithinase,…) Glucosidase: thủy phân liên kết ester gốc đường TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Phân loại Enzym theo tính đặc hiệu Liase: (E xúc tác phản ứng phân cắt H 2O) Tên chất + tên nhóm bò cắt + Liase Decarboxylase: cắt CO2 Hydratase: loại bỏ kết hợp H2O Isomerase: (E xúc tác phản ứng đồng phân hóa) Glucophosphatisomerase Ligase /synthetase: (E xúc tác phản ứng tổng hợp) Asparagin synthetase: tổng hợp asparagin Glutamin synthetase: tổng hợp glutamin Enzyme thủy phân ??? Enzyme oxy hóa khử ??? ỨNG DỤNG CỦA ENZYM Phản ứng thủy phân Đặc điểm phản ứng thủy phân Cơ chất: protein, glucid, lipid,… chẵn Enzym: Enzym cấu tử, có nhiều trung tâm hoạt động, cấu trúc bậc 4, số monomer ỨNG DỤNG CỦA ENZYME Phản ứng thủy phân Một số Enzym thủy phân Protease E thủy phân protein thành peptid acid amin Endoenzy: cắt từ mạch – pepsin (endopeptidase) Exoenzym: cắt từ đầu mạch – exopeptidase, carboxylpeptidase Các loại protease có nhiều ứng dụng Enzym Rennin = chimotrypsin (trong dày) Enzym Bromelin (trong dứa) Enzym Papain (trong vỏ đu đủ) Các sản phẩm dùng protease QTCN Tương: dung dòch a.amin từ protein đậu nành Nước mắm: dung dòch a.amin từ protein cá Công nghệ sữa: phomai Bánh: a.amin cho phản ứng Maillard ỨNG DỤNG CỦA ENZYME Phản ứng thủy phân Một số Enzym thủy phân Amilase Có dạng α , β γ amilase α-amilase (3.2.1.1): endoglucozidase Có nước bọt, hạt nảy mầm, tụy tạng, nấm mốc, VK Bền nhiệt: t0 > 700C, bền với acid Cắt liên kết 1,4-glucoside Không cắt liên kết 1,6-glucoside Sản phẩm thủy phân: glucose, alpha dextrin (mạch ngắn) Làm độ nhớt dòch hồ giảm nhanh nên gọi E dòch hóa ỨNG DỤNG CỦA ENZYME Phản ứng thủy phân Một số Enzym thủy phân Amilase Có dạng α , β γ amilase β-amylase (3.2.1.2) : exoglucozidase Có thực vật (hạt,củ) T0opt thấp = 50 – 600C, t0=700C hoạt tính, bền acid Cắt đứt liên kết 1,4-glucoside từ đầu không khử gốc Chỉ phân giải 40-50% tinh bột, gọi E đường hóa Sản phẩm thủy phân: maltose, beta dextrin (mạch dài) γ-amylase (3.2.1.3): glucoamylase Có vi sinh vật, gan động vật pHopt = 3.5-5.5 , t0= 60-700C Thủy phân gốc glucose, liên kết 1,4 1,6-glucoside Sản phẩm thủy phân: glucose ỨNG DỤNG CỦA ENZYME Phản ứng thủy phân Một số Enzym thủy phân Amilase Có dạng α , β γ amilase Ứng dụng E.amylase Rượu bia: đường hóa tinh bột – malt đại mạch Đường nha, siro glucose; thủy phân tinh bột Cơm rượu , bánh mì: cắt phần mạch AM AP nở xốp ỨNG DỤNG CỦA ENZYME Phản ứng thủy phân Một số Enzym thủy phân Pectinase E Thủy phân pectin E pectinase = E pectinesterase + E polygalacturonase E.pectinesterase COOCH3 O OH H H H OH H OH O COOH O H H H OH H OH H O H OH H O H OH E.polygalacturonase Ứng dụng Nước ép trái cây: giảm độ nhớt dòch ép O COOCH3 O H H H OH H OH ỨNG DỤNG CỦA ENZYME Phản ứng thủy phân Một số Enzym thủy phân Cellulase Thủy phân cellulose tạo sản phẩm đường Cellulase có bao tử ĐV nhai lại, Thu nhận từ canh trường nmốc Asp Oryzae, Asp Awamori,… Ứng dụng Bổ sung vào SP thực phẩm người động vật giúp thức ăn dễ tiêu hóa Phá hủy màng tế bào thực vật, làm tăng hiệu suất trích ly chất bên tế bào Thủy phân phế liệu gỗ làm thức ăn gia súc ỨNG DỤNG CỦA ENZYME Phản ứng oxy hóa khử Sử dụng E oxy hóa khử để tạo màu sắc, hương vò đặc trưng Trà Chocolate Rượu, bia, giấm tannin - xanh, vàng, đỏ, đen polyphenol, phản ứng Maillard alcohol, acid hữu cơ,… Các loại E oxy hóa khử E Ascorbatoxydase (oxy hóa vitamin C) E Polyphenoloxydase (oxy hóa polyphenol) Glucooxydase (oxy hóa glucose (loại oxy SP giàu protein) Sản xuất Enzyme ??? Enzyme cố định ??? THU NHẬN ENZYME Nguyên liệu Tế bào động vật, Tế bào thực vật Tế bào vi sinh vật (n.mốc, VK) Quá trình Nuôi cấy lấy sinh khối hay canh trường Tách E khỏi nguyên liệu phá vỡ vỏ tế bào, trích ly Tinh E muối bão hòa, màng membrane, sắc ký cột, sắc ký điện di,… Bảo quản E điều kiện lạnh, kín THU NHẬN ENZYME Cố đònh Enzym Hấp phụ lên chất mang có phân tử lượng lớn Gắn mạng gel Gắn liên kết đồng hóa trò Encapsul hóa [...]... quá trình sinh hóa Cấu tạo Enzyme Phức hợp Enzyme KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Cấu tạo Enzyme KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Tiền Enzyme (Proenzyme, zimogen)  Phần lớn các E được tổng hợp trong cơ thể thành những phân tử E có sẵn hoạt tính sinh học  Tiền Enzyme (zimogen hay proenzyme): E được tổng hợp ở dạng trung gian chưa có hoạt tính xúc tác  Đa số Enzym một cấu tử, nhất là Enzym của hệ tiêu hóa thường... CHUNG VỀ ENZYME Cấu tạo Enzyme Phức hợp Enzyme Nhiều chu trình chuyển hóa trong cơ thể sinh vật gồm nhiều phản ứng liên tiếp nhau, sản phẩm của phản ứng này lại là cơ chất của phản ứng sau Mỗi phản ứng được một Enzym xúc tác, vì vậy trong chu trình sẽ có nhiều loại Enzym hoạt động Các Enzym này hoặc hoạt động riêng lẻ, hoặc kết hợp với nhau thành phức hợp Enzym Phức hợp Enzym là tổ hợp nhiều Enzym cùng... lượng của nó Urease có M = 480000 Hoạt tính toàn phần Tổng số hoạt độ của toàn bộ chế phẩm Enzym Dùng để tính hiệu suất tinh chế 1kg vỏ đu đủ 30 UI/g TA = 30 000 đv 5g chế phẩm I 30 00 UI/g TA = 15000 đv 0.03g chế phẩm II 30 0000 UI/g TA = 9000 đv HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzym Nồng độ Enzyme Thừa cơ chất S: vận tốc phản ứng sẽ tăng tuyến tính đến khi toàn bộ E đều tham gia... khối lượng hay thể tích chế phẩm Hoạt độ riêng càng cao, chế phẩm Enzym càng tinh sạch Enzym papain trong vỏ đu đủ 1 g vỏ đu đủ 1g chế phẩm I (đã loại tạp chất lần I) 1g chế phẩm II (loại tạp chất lần II) 30 UI/g 30 00 UI/g 30 0000 UI/g HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Xác đònh hoạt tính của Enzym Hoạt tính phân tử Số đơn vò hoạt động trong 1 mol Enzym Đơn vò này chỉ dùng E đã được tinh chế đến dạng tinh khiết và... tại bao tử, Trypsinogen tại thành ruột, Protrombin gây đông tụ máu)  Tác nhân hoạt hóa tiền Enzym thường là một Enzym khác, hoặc pH Cấu tạo Enzyme KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Tiền Enzyme (Proenzyme, zimogen) Bromelin ??? Amilase ??? Carboxyl peptidase ??? Polyphenol oxydase ??? Tên gọi Enzyme KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Tên thông dụng Tên gọi không theo quy ước nào, không nói lên kiểu phản ứng Pepsin, trypsin,... thứ hai của tên gọi một dấu ngoặc COOH R CH NH2 + COOH O2 E L-acid amin oxidoreductase R C = O + NH3 NH2 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Tên gọi Enzyme Tên hệ thống Mỗi Enzym có 1 mã số 4 chữ X là 4 số E C X X X X (1) (2) (3) (4) (1): nhóm chính (lớp) (2): nhóm phụ (phân lớp) (3) : phân nhóm phụ (tổ) (4): tên Enzym, thứ tự của E trong phân nhóm phụ I : oxihóa khử oxydoreductase II : chuyển hóa dạng đồng phân,... chất, Cơ chất bò kích thích - sẵn sàng chuyển hóa tạo sản phẩm VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME Cơ chế tác dụng của Enzym GĐ 3: tạo sản phẩm protein Cơ chất sau khi được hoạt hóa sẽ biến đổi về chất để hình thành chất mới và phân ly khỏi Enzym tạo thành sản phẩm Enzym thủy phân thường có 2 trung tâm hoạt động VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME So sánh với chất xúc tác hóa học Điều kiện phản ứng Xúc tác hóa học p suất... Xác đònh vận tốc tạo thành sản phẩm: lượng sản phẩm tạo thành trong một đơn vò thời gian [3] Xác đònh nồng độ thấp nhất của E để chuyển hóa hết một lượng cơ chất xác đònh HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Xác đònh hoạt tính của Enzym Hoạt tính của Enzym Số đơn vò hoạt động trong một đơn vò chế phẩm Enzyme Đơn vò hoạt động của Enzym (UI) Lượng E tối thiểu cần thiết để chuyển hóa 1µmol cơ chất sau 1 phút ở điều kiện... transferase VI : tổng hợp từ các chất đơn giản, ligase (synthetase) EC.2.7.7.16 - ribonuclease EC 3. 1.1 .3 - thủy phân chất béo Tại sao phản ứng hóa sinh lại thực hiện được dễ dàng và đơn giản ??? Ưu nhược điểm của Enzyme trong việc xúc tác cho các phản ứng hóa sinh ??? VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME Cơ chế tác dụng của Enzym GĐ 1: tạo phức ES Xảy ra nhanh chóng và cần năng lượng hoạt hóa thấp Phức ES không bền,... Fructose + Glucose VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME So sánh với chất xúc tác hóa học Cường độ phản ứng Xúc tác hóa học Xúc tác Enzym Yếu hơn Mạnh hơn 2H2O2 1 mol Fe3+ xúc tác phân ly 10-6 mol/phút 2H2O + O2 1 phân tử catalase có 1 nguyên tử Fe phân ly 5.10 6 mol/phút VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME So sánh với chất xúc tác hóa học Vận tốc phản ứng Xúc tác hóa học Xúc tác Enzym Chậm Nhanh Tinh bột Amylase, nhiệt