Tiểu luận: Tổng quan về enzyme

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TIỂU LUẬN MƠN HĨA SINH VÀ HĨA SINH THỰC PHẨM TỔNG QUAN VỀ ENZYME GVHD: NGUYỄN THỦY HÀ  NHĨM 1 TPHCM, tháng 1 năm 2016 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM MỤC LỤC  NHÓM 1 Page 2 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM DANH SÁCH NHÓM Nguyễn Thị Cẩm Nguyên   2005140359 Nguyễn Lê Thảo Ngân 2005140325 Nguyễn Cẩm Tiên  2005140611 Phan Thị Mai Lưu  2005140296 Nguyễn Thị Phương Diệu  2005140070 NHÓM 1 Page 3 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM MỞ ĐẦU  Định nghĩa enzyme.  Enzyme là chất xúc tác sinh học được hình thành trong tế bào dưới dạng   hợp chất protein có cấu trúc hóa học rất đặc thù. Trong tế bào sinh vật ln xảy   ra trao đổi chất, enzyme đã góp phần cho các phản  ứng hóa học này xảy ra  ở  điều kiện thường với tốc độ cực nhanh mà khơng cần sự hỗ trợ đặc biệt của các   yếu tố  nhiệt độ, áp suất  Enzyme được nhận từ  các cơ  thể  sống khác nhau  động vật, thực vật, vi sinh vật Enzyme trong cơ thể sinh vật với chức năng xúc tác chọn lọc, đóng vai  trò định hướng tất cả  mọi phản  ứng xảy ra trong tế  bào. Khi   ngồi tế  bào   nhiều enzyme vẫn còn khả  năng hoạt động tương tự. Nguồn enzyme chủ  yếu   lấy từ vi sinh vật  Phân loại enzyme.  Vì cấu tạo enzyme đến nay chưa hồn tồn chưa được biết hết, người ta  phân loại phân lọai theo cách sử dụng và xếp thành 6 nhóm chính: 2.1 Hydrolaza:  Đây là các enzyme được  ứng dụng nhiều nhất, nó có tác dụng xúc tác  cho các phản  ứng thủy phân các hợp chất phức tạp như  glucid, lipid, protid để  trở thành các phân tử đơn giản hơn R1R2 +H2O R1OH+R2H Loại enzyme này có 4 nhóm chính tùy thuộc vào gluxidazin, esteraza, proteaza,  peptidaza 2.1.1 NHÓM 1 Gluxidaza  Page 4 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM Gluxidaza xúc tác phản  ứng thủy phân các ozit gắn một phân tử  nước  ở  dây nối acetal: R­O­R 1 +H OH R1OH+ROH a Sacaraza thủy phân thành glucoza và fructoza  b Mantaza và trehaloza lần lượt tách mantoza và trehaloza thành 2 phân  tở glucoza c Glucozidaza thủy  phân   và  glucozit d Amylaza thủy phân tinh bột thành dextrin sau đó thành mantoza 2.1.2 Esteraza:  Thuộc vào nhóm này có các enzyme: lipaza, tanaza, photphataza, sunfataza   chúng xúc tác thủy phân các mối lien hệ ester a Lipaza xúc tác thủy phân chất béo, tạo thành glycerine và các acid béo   tương ứng b Photphataza: xúc tác thủy phân các ester photphoric. Ester photphoric   có thể là photphomonoester có dạng chung c Tanaza thủy phân các ester của các phenol ở tannin d Sufnataza với ester của acid sunfuric      2.1.3     Proteaza:  Loại enzyme này có tác dụng phá vỡ  dây nối peptit, biến protein thành   polypeptit và acid amin 2.2 NHĨM 1 Transferaza: Page 5 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM Loại enzyme này xúc tác cho các phản ứng chuyển nhóm ngun tử hoặc  các gốc từ  hợp chất này sang hợp chất khác. Tùy thuộc vào các nhóm được   chuyển mà các enzyme có tên khác nhau như transminaza chuyển nhóm Amin Transmetylaza chuyển nhóm methul, oxydaza chuyển hydro của cơ chất sang oxy   phân tử, peroxydaza chuyển nhóm hydro sang peroxit 2.3 Oxydoreductaza: Các enzyme thuộc nhóm này xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khử là cơ  sở của sự oxy hóa khử sinh học gắn liền với q trình hơ hấp và lên men xảy ra       thể   sống   Cách   gọi   tên   theo   hệ   thống   cất   cho­   chất   nhận  Oxydoreductaza   Nhóm     gồm     enzyme   sau:   dehydrogenaza,   oxydaza,  xitocromreductaza và peoxydaza 2.4 Liaza: Nhóm này bao gồm các enzyme xúc tác phân cắt các hợp chất hữa cơ  (khơng thủy phân ). Các ligaza quan trọng là decarboxylaza, aldolaza, hydrolaza   Men syntheaza làm xúc tác cho các phản  ứng tống hợp và các enzyme làm thay  đổi cấu trúc khơng gian. Ngồi ra người ta còn xếp thêm enzyme có khả năng giữ  các nhóm chức trên các nối đơi như fumaraza 2.5 Isomeraza: Isomeraza là nhóm enzyme xúc tác q trình đồng hóa trong các enzyme  sau: Glucophotphatizomeraza   xúc   tác   chuyển   hóa   tương   hổ       ester   phosphoric và glucoza. Trizaphotphattizomeraza xúc tác q trình đồng hóa của 3­ photphogliceric và photphodioxyaxeton là các hợp chất  trung gian quan trọng của  q trình lên men 2.6 NHĨM 1 Ligaza: Page 6 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM Xúc tác tổng hợp các hợp chất hữư cơ  Cấu tạo của enzyme :  3.1 Bản chất hóa học của enzyme:  Enzyme là hợp chất hữu cơ có bản chất là protein với phân tử lượng từ  2000 đến 1000000. Về  hình dạng phân tử, đa số  enzyme có dạng hình cầu. Do   kích thước phân tử  lớn cũng như  protein, enzyme khơng bền dưới tác dụng của   nhiệt độ, enzyme cũng có tính lưỡng tính, trong điều kiện pH của mơi trường nó   có   thể   tồn       dạng  anion,   cation       dạng   trung  hòa   Cấu  trúc     enzyme cho thấy có thể là protein hoặc protit (cấu tử protein lien kết với cấu tử  phi protein tạo thành protit). Trên cơ sở đó thường phân chia thành 2 nhóm: Nhóm enzyme một cấu tử: trong phân tử  chỉ chứa một cấu tử protein   còn được gọi là “feron”, “apoenzyme”. Protein   được tạo thành từ  một  phân   tử     môt   số   mạch   polypeptit,     mạch       chứa   các  amino acid nối với bằng liên kết peptit. Tất cả  các protein được xây  dựng từ 20 amino acid khác nhau. Các animo acid này chứa các hợp chất  béo   vòng   thơm     dị   vòng   có         nhóm   amin     nhóm   cacboxyl. Trong những aminoacid của protein có nhóm NH2 gắn tại vị trí  cacbon  Nhóm enzyme hai cấu tử: trong phân tử  ngồi protein còn chứa một  cấu   tử   phi   protein   Cấu   tử   phi   protein     gọi     “agon”   hoặc  “coenzyme”. Từ “coenzyme” được sử dụng khi nó dễ tách ra khỏi cấu tử  “apoenzyme” bằng cách qua màng bán thấm và có thể  tồn tại độc lập   Nhiều enzyme hai cấu tử cũng có mặt của sắt trong catalaza, đồng trong  polyphenolxydaza 3.2 NHĨM 1  Cấu trúc hoạt động của enzyme: Page 7 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM Trong q trình xúc tác, sự kết hợp đặc hiệu giữa enzyme với cơ chất chỉ  xảy ra trên một phần xác định của enzyme. Phần xác định này được gọi là “   trung tâm hoạt động”. Đối với enzyme một cấu tử, trung tâm hoạt động do một   số nhóm chức acid amin trong phân tử cấu thành, các acid amin thường nằm trên   những phần khác nhau của mạch polypeptit trong phân tử  enzyme, nhờ cấu trúc  khơng gian bậc hai hoặc bậc ba của phân tử  enzyme mà các nhóm này có điều   kiện nằm kề  nhau trong khơng gian trung tâm hoạt động cuar enzyme.  Ở  các  enzyme hai cấu tử, ngồi phân mạch polypeptit tham gia hình thành xúc tác còn có   các nhóm chức của cấu tử phi proptein. Ở các enzyme chứa kim loại các ion kim   lại cũng cấu thành trung tâm hoạt động của enzyme. Một số enzyme có thể chứa  hai hay nhiều trung tâm hoạt động nhưng tác dụng khơng phụ  thuộc vào nhau.  Giữa các nhóm chức tham gia cấu tạo trung tâm hoạt động của enzyme chia  thành 2 nhóm: Nhóm “tâm xúc tác” tham gia trực tiếp vào hoạt động xúc tác của  enzyme Nhóm “miền tiếp xúc” làm nhiệm vụ đảm bảo tính đặc hiệu của enzyme Sự  phân biệt này mang tính chất tương đối và thật sự  hồn tồn khơng   hồn tồn chính xác vì tác dụng tương hỗ trong miền tiếp xúc phức hợp enzyme    chất có  ảnh hưởng đáng kể  đến chiều hướng và tốc độ  phản  ứng xảy ra ở  trung tâm xúc tác  Tính đặc hiệu của enzyme.  Enzyme chỉ  tác dụng lên một số  cơ chất và kiểu nối hóa học nhất định  trong phân tử. Tính chất đó được gọi là tính đặc hiệu của enzyme. Thơng qua  nghiên cứu tác dụng đặc hiệu của enzyme cho phép tìm hiểu về  cấu trúc của   trung tâm hoạt động, khả  năng kết hợp của enzyme với cơ  chất, cơ  chế  của   phản ứng enzyme. Các dạng đặc hiệu bao gồm: 4.1 NHĨM 1 Đặc hiệu khơng gian: Page 8 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM Đặc hiệu đồng phân quang học: Thường enzyme chỉ  tác dụng một dạng đồng phân quang học. Thí dụ  phản  ứng khử  nước của acid malic để  tạo thành fumaric dưới tác dụng  của fumaratdehydrataza chỉ xảy ra đối với acid L­malic, khơng xảy ra  ở  D­malic Đặc hiệu đồng phân hình học: Tùy từng loại, enzyme chỉ  tác dụng lên một loại đồng phân hình học   thích hợp. Thí dụ  fumaratdehydrataza chỉ  tác dụng lên dạng đồng phân  trans mà khơng tác dụng lên dạng đồng phân cis của acid fumric, vì trung  tâm hoạt động của fumaratdehydrataza có cấu trúc khơng gian tương ứng   với đồng phân dạng trans của acid fumaric Đặc hiệu tuyệt đối: 4.2 Là trường hợp mà enzyme chỉ có khả năng tác dụng lên một cơ chất nhất   định. Thí dụ ureaza chỉ xúc thủy phân ure mà khơng tác dụng lên các tác dụng lên   các dẫn xuất của nó. Trong trường hợp đặc hiệu tuyệt đối, cấu trúc trung tâm   hoạt động của enzyme tương  ứng rất chặt chẽ với cơ chất đến mức chỉ  có sự  sai khác nhỏ  về  cấu trúc của cơ  chất cũng đủ  làm cho enzyme khơng xúc tác   Đặc hiệu tương đối: 4.3 Là trường hợp enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu nối hóa trị hóa   học nhất định trong phân tử cơ chất khơng phụ  thuộc vào bản chất hóa học của   các cấu tử  tham gia tạo thành liên kết đó. Thí dụ  lipaza có khả  năng thủy phân  được tất cả các mối liên kết ester   Cơ chế xúc tác của enzyme.  NHĨM 1 Page 9 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM Theo quan điểm hiện nay trong các phản  ứng enzyme, sự  hoạt hóa của   chất được thực hiện nhờ  sự  tạo thành các phức hợp trung gian enzyme cơ  chất. Khi kết hợp với các phân tử enzyme do kết quả của sự cực hóa, sự chuyển   dịch của các electron và sự  biến dạng của các mối quan hệ  trực tiếp vào các   phản  ứng dẫn đến sự  thay đổi động năng cũng như  thế  năng kết quả  làm phân   tử  cơ  chất trở  nên hoạt động, nhờ  đó tham gia vào phản  ứng dễ  dàng. Sự  tạo   thành và chuyển biến các hợp chất trung gian enzyme cơ chất xẩy ra qua 3 bước: Bước 1: enzyme kết hợp với cơ chất tạo thành phức hợp enzyme cơ  chất, giai đoạn đầu xảy ra rất nhanh. Phức hợp này được tạo thành trong  giai đoạn này chủ yếu nhờ các dạng kiên kết không bền Bước 2: sự chuyển biến của các phân tử  cơ  chất dẫn đến sự  phá vỡ  các mối liên kết đồng hóa trị  tham gia vào phản ứng. Phức hợp enzyme­  cơ chất khi đó xảy ra đồng thời 2 q trình: sự thay đổi mật độ  electron  dẫn đến sự cực hóa của mỗi liên kết tham gia vào phản ứng, sự biến đổi  hình học của các mối liên kết trong phân tử cơ chất cũng như trong trung   tâm hoạt động. Cả hai yếu tố trên có tác dụng làm cơ  chất trở nên hoạt   động hơn nhờ đó phản ứng xảy ra dễ dàng Bước 3: giai  đoạn tạo thành các sản phẩm của phản  ứng và giải  phóng enzyme Có thể biểu diễn q trình qua sơ đồ: E+S ES E+P Trong đó: E: enzyme S: cơ chất ES:phức hợp trùng gian enzyme­ cơ chất NHĨM 1 Page 10 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM P: sản phẩm phản ứng  Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme.  6.1 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: Enzyme thực hiện q trình xúc tác thơng qua tạo thành phức hợp trung   gian enzyme­cơ chất. Phương trình phản ứng enzyme, theo Michaelis­Menten có  dạng tổng qt: Trong đó:  k+1: hằng số vận tốc của phản ứng tạo thành phức chất k­1: hằng số  vận tốc của phản  ứng thuận nghịch thủy phân ly phức  chất thành các chất ban đầu k+2: hằng số  vận tốc phản  ứng phân ly phức chất thành sản phẩm  cuối cùng 6.3 Ảnh hưởng nồng độ H+ (pH) Enzyme rất nhạy cảm với sự  thay đổi pH mơi trường, mỗi enzyme chỉ  hoạt động mạnh nhất trong khoảng pH xác định được gọi là: “pH tối thích” của  enzyme, “pH tối thích” của đa số  enzyme nằm trong vùng acid yếu, kiềm yếu   hay trung tính. Chỉ một số ít enzyme có “pH tối thích” nằm trong vùng acid, kiềm   mạnh. Thí dụ  như  pH tối thích của amylaza trong khoai lang là 5­5.2, proteaza  trong dứa là 6.0, pH tối thích của mỗi enzyme khơng cố định, có thể thay đổi tùy  theo tính chất và nồng độ  của cơ  chất, nhiệt độ  cũng như  tính chất của dung   dịch đệm được chọn dùng. Thí dụ pepxin có pH tối thích là 1.8 khi cơ chất casein   và khi haemoglobin thì lại là 2.2 NHĨM 1 Page 11 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM Ảnh hưởng của pH mơi trường tới vận tốc phản  ứng enzyme có thể  do   các ngun nhân làm thay đổi trạng thái ion hóa của enzyme và cơ chất cũng như  do ảnh hưởng tới tính bền của enzyme 6.4 Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa Chất hoạt hóa là chất có tác dụng làm cho enzyme từ  trạng thái khơng  hoạt động thành hoạt động hoặc hoạt động yếu trở thành hoạt động mạnh hơn a) Các hợp chất hữu cơ  phức tạp (coenzyme, vitamin) làm nhiệm vụ  chuyển nhóm, chuyển hidro b) Các chất có khả  năng phá vỡ  một số  liên kết trong phân tử  enzyme,   kết quả làm vài đoạn peptit phá thế hoạt động trong trung tâm hoạt động  của enzyme, làm cho enzyme trở nên hoạt động c) Các chất có tác dụng làm phục hồi những nhóm chức hoạt động của  trung tâm hoạt động enzyme. Thí dụ  như  papain trong trung tâm hoạt  động có chứa nhóm chức SH. Dưới tác dụng của các chất oxy hóa nhóm  SH sẽ chuyển thành S­S và enzyme mất khả năng hoạt động. Nếu thêm  vào mơi trường các chất hoạt hóa có tính khử  như  xistein thì nhóm SH   được phục hồi và enzyme hoạt động trở  lại. Các ion kim loại có thể  tham gia tạo thành trung tâm hoạt động của enzyme, làm cầu nối giữa  các enzyme và cơ  chất hoặc  ổn định cấu hình hoạt động xúc tác của  enzyme 6.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ  tăng thì khả  năng phản  ứng của enzyme tăng. Tuy nhiên  enzyme có bản chất kém bền dưới tác dụng của nhiệt độ, đa số  các enzyme bị  mất hoạt tính tại nhiệt độ  70oC. Trong trường hợp phản  ứng enzyme khi tăng  nhiệt độ một mặt vận tốc phản  ứng tăng theo quy luật thơng thường mặt khác   tăng nhiệt độ  đến một lúc nào đó cũng đồng thời có tác dụng ngược lại làm  NHĨM 1 Page 12 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM giảm vận tốc phản ứng do hậu quả biến tính enzyme gây ra. Nhiệt độ ứng với  hoạt độ  cao nhất được gọi là nhiệt độ  tối thích, nhiệt độ  tối thích của các   enzyme khơng giống nhau. Thí dụ như  nhiệt độ  tối thích của enzyme có nguồn   gốc động vật  từ 40­50oC còn ở thực vật là 50­60oC. Nhiệt độ tối thích của các  enzyme khơng phải là hằng số  mà phụ  thuộc nhiều yếu tố khác, đặc biệt thời   gian tác dụng, thời gian càng dài nhiệt tối thích càng của enzyme càng thấp 6.6 Ảnh hưởng của các chất kìm hãm: Chất kìm hãm la chất có khả năng làm yếu hoặc chấm dứt hồn tồn tác   dụng của enzyme. Thường phân biệt thành hai loại kìm hãm thuận nghịch, kìm  hãm cạnh tranh, và kìm hãm khơng cạnh tranh a) Chất kìm hãm cạnh tranh: chất kìm hãm có cấu tạo giống cơ chất. Nó   kết hợp với phân tử  enzyme cũng tại trung tâm hoạt động mà enzyme  dùng kết hợp tới cơ chất, do đó mà có sự  cạnh tranh của chất kìm hãm   với cơ chất, còn có q trình gắn enzyme vào chất kìm hãm b) Chất kìm hãm khơng cạnh tranh: trong trường hợp chất kìm hãm có  khả năng gắn vào enzyme tự do cũng như phức hợp enzyme­ cơ chất Tóm lại: khi có chất kìm hãm cạnh tranh sự  biến đổi hoạt tính enzyme  phụ thuộc cả nồng độ  cơ  chất lẫn nồng độ  chất kìm hãm, khi có chất kìm hãm  khơng cạnh tranh sự  biến dổi hoạt tính enzyme trong trường hợp này chỉ  phụ  thuộc vào nồng độ chất kìm hãm NHĨM 1 Page 13 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng Hóa sinh học thực phẩm, Đại học cơng nghiệp thực phẩm  TP HCM  http://tailieu.tv/tai­lieu/tong­quan­ve­enzyme­11093/   http://luanvan.net.vn/luan­van/cong­nghe­enzyme­tong­quan­ve­enzyme­  38166/  http://tailieu.vn/tag/tong­quan­ve­enzyme.html  NHÓM 1 Page 14 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM NHÓM 1 Page 15 ...  http://tailieu.tv/tai­lieu/tong quan ve enzyme 11093/   http://luanvan.net.vn/luan­van/cong­nghe enzyme tong quan ve enzyme   38166/  http://tailieu.vn/tag/tong quan ve enzyme. html  NHÓM 1 Page 14... photphogliceric và photphodioxyaxeton là các hợp chất  trung gian quan trọng của  q trình lên men 2.6 NHĨM 1 Ligaza: Page 6 HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM Xúc tác tổng hợp các hợp chất hữư cơ  Cấu tạo của enzyme :  3.1 Bản chất hóa học của enzyme: Enzyme là hợp chất hữu cơ có bản chất là protein với phân tử lượng từ ... những phần khác nhau của mạch polypeptit trong phân tử enzyme,  nhờ cấu trúc  khơng gian bậc hai hoặc bậc ba của phân tử enzyme mà các nhóm này có điều   kiện nằm kề  nhau trong khơng gian trung tâm hoạt động cuar enzyme.   Ở  các  enzyme hai cấu tử, ngồi phân mạch polypeptit tham gia hình thành xúc tác còn có