Cellulase thủy phân liên kết glycoside nhờ mô hình xúc tác acid. Trong mô hình này, đòi hỏi có sự tham gia của hai gốc acid amin, một đóng vai trò là chất cho proton (Proton donor) và một đóng vai trò là chất nhận proton (Nucleophile, base). Ở hầu hết các trường hợp, hai gốc acid amin đóng vài trò quan trọng này là acid glutamic và acid aspartic. Có hai cơ chế xúc tác chính được tìm thấy trong cellulase: Cơ chế xúc tác chuyển hóa vị trí nhóm OH (inverting mechanism): Khi môi trường phản ứng xung quanh vị trí xúc tác thay đổi, acid amin thứ nhất hoạt hóa
một phân tử H2O trở thành nucleophile nhờ lực đẩy tĩnh điện và gốc acid amin thứ hai trên trung tâm hoạt động của enzyme đóng vai trò là chất cho proton. Sau khi phản ứng enzyme xảy ra, proton còn lại của phân tử nước lại tham gia proton hóa, phục hồi vị trí hoạt động của enzyme cho phản ứng tiếp theo. Nhưng lúc này vai trò của hai gốc acid amin chuyển đổi cho nhau và được gọi là cơ chế chuyển hóa (Hình 1.3).
Hình 1.3. Mô hình cơ chế chuyển vị nhóm OH (inverting mechaism) [18] Cơ chế duy trì vị trí nhóm OH (retaining mechanism): Cơ chế này có sự tham gia trực tiếp của hai gốc acid amin trên vị trí xúc tác. Gốc acid amin thứ nhất đã được hoạt hóa đóng vai trò như một nucleophile tấn công vào liên kết glycoside, tạo ra sản phẩm trung gian là phức hợp enzyme-cơ chất, thông qua một liên kết hóa trị. Còn gốc acid amin thứ hai lại có chức năng như là chất cho proton. Sau đó, một phân tử H2O đã được hoạt hóa sẽ bẻ gãy liên kết hóa trị của sản phẩm trung gian. Khi hoàn thành phản ứng, các gốc acid amin trong vị trí hoạt động của enzyme lại bắt đầu chu kỳ xúc tác mới, với vai trò không đổi (Hình 1.4). Điểm khác biệt giữa hai cơ chế này là khoảng cách giữa hai gốc acid amin đóng vai trò xúc tác phản ứng. Theo tính toán dựa trên khoảng cách trung bình, khoảng cách đo được giữa hai gốc acid amin trong trung tâm hoạt động của 10 enzyme glucosidase. Đối với cơ chế
chuyển hóa, khoảng cách trung bình đo được là 4,8-5,3 Ǻ. Trong khi đó, cơ chế duy trì khoảng cách đo được là 9,0-9,5 Ǻ.
Hình 1.4. Mô hình cơ chế duy trì nhóm OH (retaining mechaism) [18]