Tài liệu Tiểu luận Tổng quan về enzyme

tai lieu, document1 of 66 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TIỂU LUẬN MƠN HĨA SINH VÀ HĨA SINH THỰC PHẨM TỔNG QUAN VỀ ENZYME GVHD: NGUYỄN THỦY HÀ NHÓM TPHCM, tháng năm 2016 luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document2 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM MỤC LỤC Định nghĩa enzyme Phân loại enzyme 2.1 Hydrolaza: 2.1.1 Gluxidaza 2.1.2 Esteraza: 2.1.3 Proteaza: 2.2 Transferaza: 2.3 Oxydoreductaza: 2.4 Liaza: 2.5 Isomeraza: 2.6 Ligaza: Cấu tạo enzyme: 3.1 Bản chất hóa học enzyme: 3.2 Cấu trúc hoạt động enzyme: Tính đặc hiệu enzyme 4.1 Đặc hiệu không gian: 4.2 Đặc hiệu tuyệt đối: 4.3 Đặc hiệu tương đối: 10 Cơ chế xúc tác enzyme 10 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động enzyme 11 6.1 Ảnh hưởng nồng độ chất: 11 NHÓM luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document3 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM 6.3 Ảnh hưởng nồng độ H+ (pH) 11 6.4 Ảnh hưởng chất hoạt hóa 12 6.5 Ảnh hưởng nhiệt độ: 12 6.6 Ảnh hưởng chất kìm hãm: 13 NHÓM luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document4 of 66 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 luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document5 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM MỞ ĐẦU Định nghĩa enzyme Enzyme chất xúc tác sinh học hình thành tế bào dạng hợp chất protein có cấu trúc hóa học đặc thù Trong tế bào sinh vật xảy trao đổi chất, enzyme góp phần cho phản ứng hóa học xảy điều kiện thường với tốc độ cực nhanh mà không cần hỗ trợ đặc biệt yếu tố nhiệt độ, áp suất Enzyme nhận từ thể sống khác động vật, thực vật, vi sinh vật Enzyme thể sinh vật với chức xúc tác chọn lọc, đóng vai trị định hướng tất phản ứng xảy tế bào Khi ngồi tế bào nhiều enzyme cịn khả hoạt động tương tự Nguồn enzyme chủ yếu lấy từ vi sinh vật Phân loại enzyme Vì cấu tạo enzyme đến chưa hoàn toàn chưa biết hết, người ta phân loại phân lọai theo cách sử dụng xếp thành nhóm chính: 2.1 Hydrolaza: Đây enzyme ứng dụng nhiều nhất, có tác dụng xúc tác cho phản ứng thủy phân hợp chất phức tạp glucid, lipid, protid để trở thành phân tử đơn giản R1R2 +H2O →R1OH+R2H Loại enzyme có nhóm tùy thuộc vào gluxidazin, esteraza, proteaza, peptidaza 2.1.1 Gluxidaza Gluxidaza xúc tác phản ứng thủy phân ozit gắn phân tử nước dây nối acetal: NHÓM luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document6 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM R-O-R +H OH→ R1OH+ROH a Sacaraza thủy phân thành glucoza fructoza b Mantaza trehaloza tách mantoza trehaloza thành phân tở glucoza c Glucozidaza thủy phân 𝛼 𝛽 glucozit d Amylaza thủy phân tinh bột thành dextrin sau thành mantoza 2.1.2 Esteraza: Thuộc vào nhóm có enzyme: lipaza, tanaza, photphataza, sunfataza chúng xúc tác thủy phân mối lien hệ ester a Lipaza xúc tác thủy phân chất béo, tạo thành glycerine acid béo tương ứng b Photphataza: xúc tác thủy phân ester photphoric Ester photphoric photphomonoester có dạng chung c Tanaza thủy phân ester phenol tannin d Sufnataza với ester acid sunfuric 2.1.3 Proteaza: Loại enzyme có tác dụng phá vỡ dây nối peptit, biến protein thành polypeptit acid amin 2.2 Transferaza: Loại enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển nhóm nguyên tử gốc từ hợp chất sang hợp chất khác Tùy thuộc vào nhóm chuyển mà enzyme có tên khác transminaza chuyển nhóm Amin Transmetylaza chuyển nhóm methul, oxydaza chuyển hydro chất sang oxy phân tử, peroxydaza chuyển nhóm hydro sang peroxit 2.3 Oxydoreductaza: Các enzyme thuộc nhóm xúc tác cho phản ứng oxy hóa khử sở oxy hóa khử sinh học gắn liền với q trình hơ hấp lên men xảy NHÓM luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document7 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM thể sống Cách gọi tên theo hệ thống cất cho- chất nhận Oxydoreductaza Nhóm gồm enzyme sau: dehydrogenaza, oxydaza, xitocromreductaza peoxydaza 2.4 Liaza: Nhóm bao gồm enzyme xúc tác phân cắt hợp chất hữa (không thủy phân ) Các ligaza quan trọng decarboxylaza, aldolaza, hydrolaza Men syntheaza làm xúc tác cho phản ứng tống hợp enzyme làm thay đổi cấu trúc không gian Ngồi người ta cịn xếp thêm enzyme có khả giữ nhóm chức nối đơi fumaraza 2.5 Isomeraza: Isomeraza nhóm enzyme xúc tác trình đồng hóa enzyme sau: Glucophotphatizomeraza xúc tác chuyển hóa tương hổ ester phosphoric glucoza Trizaphotphattizomeraza xúc tác q trình đồng hóa 3photphogliceric photphodioxyaxeton hợp chất trung gian quan trọng trình lên men 2.6 Ligaza: Xúc tác tổng hợp hợp chất hữư Cấu tạo enzyme: 3.1 Bản chất hóa học enzyme: Enzyme hợp chất hữu có chất 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 protein, enzyme không bền tác dụng nhiệt độ, enzyme có tính lưỡng tính, điều kiện pH mơi trường tồn dạng anion, cation dạng trung hịa Cấu trúc enzyme cho thấy protein protit (cấu tử protein lien kết với cấu tử phi protein tạo thành protit) Trên sở thường phân chia thành nhóm: NHĨM luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document8 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM  Nhóm enzyme cấu tử: phân tử chứa cấu tử protein gọi “feron”, “apoenzyme” Protein tạo thành từ phân tử môt số mạch polypeptit, mạch chứa amino acid nối với liên kết peptit Tất protein xây dựng từ 20 amino acid khác Các animo acid chứa hợp chất béo vòng thơm dị vịng có nhóm amin nhóm cacboxyl Trong aminoacid protein có nhóm NH2 gắn vị trí cacbon 𝛼  Nhóm enzyme hai cấu tử: phân tử ngồi protein cịn chứa cấu tử phi protein Cấu tử phi protein gọi “agon” “coenzyme” Từ “coenzyme” sử dụng dễ tách khỏi cấu tử “apoenzyme” cách qua màng bán thấm tồn độc lập Nhiều enzyme hai cấu tử có mặt sắt catalaza, đồng polyphenolxydaza 3.2 Cấu trúc hoạt động enzyme: Trong trình xúc tác, kết hợp đặc hiệu enzyme với chất xảy phần xác định enzyme Phần xác định gọi “ trung tâm hoạt động” Đối với enzyme cấu tử, trung tâm hoạt động số nhóm chức acid amin phân tử cấu thành, acid amin thường nằm phần khác mạch polypeptit phân tử enzyme, nhờ cấu trúc không gian bậc hai bậc ba phân tử enzyme mà nhóm có điều kiện nằm kề không gian trung tâm hoạt động cuar enzyme Ở enzyme hai cấu tử, phân mạch polypeptit tham gia hình thành xúc tác cịn có nhóm chức cấu tử phi proptein Ở enzyme chứa kim loại ion kim lại cấu thành trung tâm hoạt động enzyme Một số enzyme chứa hai hay nhiều trung tâm hoạt động tác dụng không phụ thuộc vào Giữa nhóm chức tham gia cấu tạo trung tâm hoạt động enzyme chia thành nhóm:  Nhóm “tâm xúc tác” tham gia trực tiếp vào hoạt động xúc tác enzyme  Nhóm “miền tiếp xúc” làm nhiệm vụ đảm bảo tính đặc hiệu enzyme NHĨM luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document9 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM Sự phân biệt mang tính chất tương đối thật hồn tồn khơng hồn tồn xác tác dụng tương hỗ miền tiếp xúc phức hợp enzyme chất có ảnh hưởng đáng kể đến chiều hướng tốc độ phản ứng xảy trung tâm xúc tác Tính đặc hiệu enzyme Enzyme tác dụng lên số chất kiểu nối hóa học định phân tử Tính chất gọi tính đặc hiệu enzyme Thơng qua nghiên cứu tác dụng đặc hiệu enzyme cho phép tìm hiểu cấu trúc trung tâm hoạt động, khả kết hợp enzyme với chất, chế phản ứng enzyme Các dạng đặc hiệu bao gồm: 4.1 Đặc hiệu không gian:  Đặc hiệu đồng phân quang học: Thường enzyme tác dụng dạng đồng phân quang học Thí dụ phản ứng khử nước acid malic để tạo thành fumaric tác dụng fumaratdehydrataza xảy acid L-malic, không xảy Dmalic  Đặc hiệu đồng phân hình học: Tùy loại, enzyme tác dụng lên loại đồng phân hình học thích hợp Thí dụ fumaratdehydrataza tác dụng lên dạng đồng phân trans mà không tác dụng lên dạng đồng phân cis acid fumric, trung tâm hoạt động fumaratdehydrataza có cấu trúc không gian tương ứng với đồng phân dạng trans acid fumaric 4.2 Đặc hiệu tuyệt đối: Là trường hợp mà enzyme có khả tác dụng lên chất định Thí dụ ureaza xúc thủy phân ure mà không tác dụng lên tác dụng lên dẫn xuất Trong trường hợp đặc hiệu tuyệt đối, cấu trúc trung tâm hoạt động enzyme tương ứng chặt chẽ với chất đến mức có sai khác nhỏ cấu trúc chất đủ làm cho enzyme không xúc tác NHÓM luan van, khoa luan of 66 Page tai lieu, document10 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM Đặc hiệu tương đối: 4.3 Là trường hợp enzyme có khả tác dụng lên kiểu nối hóa trị hóa học định phân tử chất khơng phụ thuộc vào chất hóa học cấu tử tham gia tạo thành liên kết Thí dụ lipaza có khả thủy phân tất mối liên kết ester Cơ chế xúc tác enzyme Theo quan điểm phản ứng enzyme, hoạt hóa chất thực nhờ tạo thành phức hợp trung gian enzyme chất Khi kết hợp với phân tử enzyme kết cực hóa, chuyển dịch electron biến dạng mối quan hệ trực tiếp vào phản ứng dẫn đến thay đổi động kết làm phân tử chất trở nên hoạt động, nhờ tham gia vào phản ứng dễ dàng Sự tạo thành chuyển biến hợp chất trung gian enzyme chất xẩy qua bước:  Bước 1: enzyme kết hợp với chất tạo thành phức hợp enzyme chất, giai đoạn đầu xảy nhanh Phức hợp tạo thành giai đoạn chủ yếu nhờ dạng kiên kết không bền  Bước 2: chuyển biến phân tử chất dẫn đến phá vỡ mối liên kết đồng hóa trị tham gia vào phản ứng Phức hợp enzyme- chất xảy đồng thời trình: thay đổi mật độ electron dẫn đến cực hóa liên kết tham gia vào phản ứng, biến đổi hình học mối liên kết phân tử chất trung tâm hoạt động Cả hai yếu tố có tác dụng làm chất trở nên hoạt động nhờ phản ứng xảy dễ dàng  Bước 3: giai đoạn tạo thành sản phẩm phản ứng giải phóng enzyme Có thể biểu diễn trình qua sơ đồ: E+S↔ ES→ E+P Trong đó: NHĨM luan van, khoa luan 10 of 66 Page 10 tai lieu, document11 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM  E: enzyme  S: chất  ES:phức hợp trùng gian enzyme- chất  P: sản phẩm phản ứng Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động enzyme 6.1 Ảnh hưởng nồng độ chất: Enzyme thực trình xúc tác thông qua tạo thành phức hợp trung gian enzyme-cơ chất Phương trình phản ứng enzyme, theo Michaelis-Menten có dạng tổng quát: Trong đó:  k+1: số vận tốc phản ứng tạo thành phức chất  k-1: số vận tốc phản ứng thuận nghịch thủy phân ly phức chất thành chất ban đầu  k+2: số vận tốc phản ứng phân ly phức chất thành sản phẩm cuối 6.3 Ảnh hưởng nồng độ H+ (pH) Enzyme nhạy cảm với thay đổi pH môi trường, enzyme hoạt động mạnh khoảng pH xác định gọi là: “pH tối thích” enzyme, “pH tối thích” đa số enzyme nằm vùng acid yếu, kiềm yếu hay trung tính Chỉ số enzyme có “pH tối thích” nằm vùng acid, kiềm mạnh Thí dụ pH tối thích amylaza khoai lang 5-5.2, proteaza dứa 6.0, pH tối thích enzyme khơng cố định, thay đổi tùy theo tính chất nồng độ chất, nhiệt độ tính chất dung dịch đệm chọn dùng Thí dụ pepxin có pH tối thích 1.8 chất casein haemoglobin lại 2.2 NHĨM luan van, khoa luan 11 of 66 Page 11 tai lieu, document12 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM Ảnh hưởng pH môi trường tới vận tốc phản ứng enzyme nguyên nhân làm thay đổi trạng thái ion hóa enzyme chất ảnh hưởng tới tính bền enzyme 6.4 Ảnh hưởng chất hoạt hóa Chất hoạt hóa chất có tác dụng làm cho enzyme từ trạng thái không hoạt động thành hoạt động hoạt động yếu trở thành hoạt động mạnh a) Các hợp chất hữu phức tạp (coenzyme, vitamin) làm nhiệm vụ chuyển nhóm, chuyển hidro b) Các chất có khả phá vỡ số liên kết phân tử enzyme, kết làm vài đoạn peptit phá hoạt động trung tâm hoạt động enzyme, làm cho enzyme trở nên hoạt động c) Các chất có tác dụng làm phục hồi nhóm chức hoạt động trung tâm hoạt động enzyme Thí dụ papain trung tâm hoạt động có chứa nhóm chức SH Dưới tác dụng chất oxy hóa nhóm SH chuyển thành S-S enzyme khả hoạt động Nếu thêm vào mơi trường chất hoạt hóa có tính khử xistein nhóm SH phục hồi enzyme hoạt động trở lại Các ion kim loại tham gia tạo thành trung tâm hoạt động enzyme, làm cầu nối enzyme chất ổn định cấu hình hoạt động xúc tác enzyme 6.5 Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng khả phản ứng enzyme tăng Tuy nhiên enzyme có chất bền tác dụng nhiệt độ, đa số enzyme bị hoạt tính nhiệt độ 70oC Trong trường hợp phản ứng enzyme tăng nhiệt độ mặt vận tốc phản ứng tăng theo quy luật thông thường mặt khác tăng nhiệt độ đến lúc đồng thời có tác dụng ngược lại làm giảm vận tốc phản ứng hậu biến tính enzyme gây Nhiệt độ ứng với hoạt độ cao gọi nhiệt độ tối thích, nhiệt độ tối thích enzyme khơng giống Thí dụ nhiệt độ tối thích enzyme có nguồn gốc động vật từ 40-50oC thực vật 50-60oC Nhiệt độ tối thích enzyme khơng phải số mà NHÓM luan van, khoa luan 12 of 66 Page 12 tai lieu, document13 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM phụ thuộc nhiều yếu tố khác, đặc biệt thời gian tác dụng, thời gian dài nhiệt tối thích enzyme thấp 6.6 Ảnh hưởng chất kìm hãm: Chất kìm hãm la chất có khả làm yếu chấm dứt hoàn toàn tác dụng enzyme Thường phân biệt thành hai loại kìm hãm thuận nghịch, kìm hãm cạnh tranh, kìm hãm khơng cạnh tranh a) Chất kìm hãm cạnh tranh: chất kìm hãm có cấu tạo giống chất Nó kết hợp với phân tử enzyme trung tâm hoạt động mà enzyme dùng kết hợp tới chất, mà có cạnh tranh chất kìm hãm với chất, cịn có q trình gắn enzyme vào chất kìm hãm b) Chất kìm hãm khơng cạnh tranh: trường hợp chất kìm hãm có khả gắn vào enzyme tự phức hợp enzyme- chất Tóm lại: có chất kìm hãm cạnh tranh biến đổi hoạt tính enzyme phụ thuộc nồng độ chất lẫn nồng độ chất kìm hãm, có chất kìm hãm khơng cạnh tranh biến dổi hoạt tính enzyme trường hợp phụ thuộc vào nồng độ chất kìm hãm NHĨM luan van, khoa luan 13 of 66 Page 13 tai lieu, document14 of 66 HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng Hóa sinh học thực phẩm, Đại học công nghiệp thực phẩm TP HCM http://tailieu.tv/tai-lieu/tong-quan-ve-enzyme-11093/ http://luanvan.net.vn/luan-van/cong-nghe-enzyme-tong-quan-ve-enzyme38166/ http://tailieu.vn/tag/tong-quan-ve-enzyme.html NHÓM luan van, khoa luan 14 of 66 Page 14 ... http://tailieu.tv/tai-lieu/tong -quan- ve -enzyme- 11093/ http://luanvan.net.vn/luan-van/cong-nghe -enzyme- tong -quan- ve -enzyme3 8166/ http://tailieu.vn/tag/tong -quan- ve -enzyme. html NHÓM luan van, khoa... tác enzyme Theo quan điểm phản ứng enzyme, hoạt hóa chất thực nhờ tạo thành phức hợp trung gian enzyme chất Khi kết hợp với phân tử enzyme kết cực hóa, chuyển dịch electron biến dạng mối quan. .. gian quan trọng trình lên men 2.6 Ligaza: Xúc tác tổng hợp hợp chất hữư Cấu tạo enzyme: 3.1 Bản chất hóa học enzyme: Enzyme hợp chất hữu có chất protein với phân tử lượng từ 2000 đến 1000000 Về