Con đường sinh tổng hợp hình thành nên melanin trong các sự sống khác nhau đã được làm rõ bởi công trình nghiên cứu Raper (1928), Mason (1948) và đã được sửa đổi bởi Cooksey và cộng sự (1997); gần đây nhất là công trình nghiên cứu của Schallreuter và cộng sự (2008) đã làm sáng tỏ hơn các vấn đề trong quá trình này. Đầu tiên, melanin xuất hiện trên cơ thể động vật được gây ra bởi quá trình oxy hóa của axit amin L-tyrosine được thể hiện trong Hình. Một phản ứng quan trọng trong quá trình hình thành sắc tố là sự oxy hóa tyrosin thành dopaquinon.
Đây là phản ứng quyết định tốc độ trong quá trình sinh tổng hợp tyrosin do chuỗi phản ứng còn lại có thể tự diễn ra tại một giá trị pH nhất định. Dopaquinon sinh ra được chuyển thành leukodopachrom, sau đó chuyển thành dopachrom. Cuối cùng eumelanin được hình thành thông
16
qua một loạt các phản ứng oxy hóa từ các sản phẩm chuyển hóa của dopachrom là 5,6- dihydroxyindol (DHI) và acid 5,6-dihydroxyindol-2-cacboxylic (DHICA). Trong trường hợp có sự có mặt của cystein hoặc glutathion, dopaquinon sẽ được chuyển hóa thành cysteyldopa hoặc glutathionyldopa. Cysteinyldopa hoặc glutathionyldopa tiếp tục trải qua một loạt các phản ứng để tạo thành pheomelanin (Chang T. S. , (2009); Kim Y. J., Uyama H. (2005).
Hình 1. 3. Quá trình hình thành melanosis
Vị trí hoạt động của PPO bao gồm hai nguyên tử đồng với ba trạng thái, ‘met,‘ deoxy, và ‘oxy, (Rodriguez-Lopez, Tudela, Varon, Garcia-Carmona, & Garcia-Canovas, 1992). PPO là một enzyme nhị phân, xúc tác hai phản ứng cơ bản, với sự có mặt của oxy phân tử, o-hydroxyl hóa monophenol để tạo ra o-diphenol (monophenoloxidase, EC 1.14.18.1) và quá trình oxy hóa tiếp theo của o-diphenol (diphenoloxidase, EC 1.10.3.1) (Garcia-Molina, Penalver, Rodriguez- Lopez, Garcia-Canovas, & Tudela, 2005). PPO xúc tác quá trình oxy hóa phenol thành o- quinone để dễ dàng tham gia phản ứng hơn. Cụ thể, ở dạng phân này giúp dễ dàng tham gia vào các phản ứng trùng hợp để tạo thành các hợp chất có trọng lượng phân tử cao như các hắc sắc tố (melanin) hoặc phản ứng với các axit amin và protein làm tăng khả năng hình thành các đốm đen trên bề mặt các loài giáp sát (Stewakul, Visessanguan, & Tanaka, 2006).
PPO tồn tại trong động vật giáp xác dưới dạng zymogens (proPPO) (Kim et al., 2000).PPO vẫn hoạt động cho đến khi tôm được đông lạnh hoặc nấu chín. Các đốm đen trên tôm bắt đầu hình thành trên đầu tiến dần xuống chân và đuôi tôm, tạo thành các đường đen ngay dưới vỏ. Làm lạnh hoặc bảo quản trên đá làm chậm lại, nhưng không ngăn cản phản ứng này vì hệ thống enzym PPO vẫn hoạt động trong những điều kiện này. Ở động vật giáp xác, PPO có
17
liên quan đến quá trình xơ cứng biểu bì và chữa lành vết thương. Vì vậy, phải cẩn thận trong quá trình thu hoạch để tránh làm tổn thương động vật làm kích hoạt quá trình melanosis phát triển. Trong giai đoạn sau thu hoạch, pro-PPO có thể được kích hoạt thông qua các enzyme phân giải protein qua đường tiêu hóa của giáp xác; sự thủy phân gây ra bởi các protease này cũng tạo ra chất nền cho PPO hoạt động (Montero và cộng sự, 2001; Zamorano và cộng sự, 2009). Một số nghiên cứu khác cũng đã phát hiện ra rằng khoảng pH để PPO hoạt động tối ưu là pH=6.0- 8.0. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự ổn định của PPO ở động vật giáp xác cho thấy các enzyme có các vùng ổn định tương tự nhau giữa các loài. Độ ổn định của PPO rất khác nhau tùy thuộc vào một số yếu tố như nhiệt độ, pH, chất nền được sử dụng, nồng độ ion, hệ thống đệm và thời gian ủ (Kim và cộng sự, 2000).