6. Bố cục luận văn
1.9.2. Xúc tác enzyme cho phản ứng thủy phân
a. Bản chất của quá trình thủy phân
Quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dƣơng (dispositive bonds) trong hợp chất hữu cơ thành các thành phần đơn phân dƣới tác dụng của các chất xúc tác và có sự tham gia của nƣớc trong phản ứng.
b. Xúc tác sinh học trong phản ứng thủy phân lipit
- Cơ sở lý thuyết về tác dụng của enzyme thủy phân vào liên kết nhị dƣơng (liên kết thủy phân)
Đa số enzyme thủy phân (hydolase) không có nhóm ngoại. Trong trung tâm hoạt động của chúng chứa các gốc axit amin đặc hiệu. Đối với hydrolase thƣờng chứa hai nhóm chức.
Theo Bernard Pullman và All erte Pullman đặc điểm chung của các chất bị thủy phân là có chứa ―liên kết bị thủy phân‖ do nguyên tử tích điện dƣơng tạo nên ngƣời ta gọi đó là ―liên kết nhị dƣơng‖.
Ví dụ: Liên kết trong phân tử lipit là một liên kết nhị dƣơng
- Cơ chế tác dụng của enzyme hydrolase theo cơ chế chung sau: E- + S+ ES PE
trong đó:
E: Enzyme S: Cơ chất
ES: Phức hợp của enzyme-cơ chất P: Sản phẩm
Giai đoạn đầu có sự hình thành phức hợp trung gian ES, sự tạo thành phức hợp có thể theo hai kiểu sau:
Kiểu cơ chế thứ nhất: là kiểu hình thành đơn giản, tâm ái nhân (-) của enzyme tƣơng tác nhanh với một trong hai nguyên tử tích điện dƣơng của liên kết nhị dƣơng. Sau khi tƣơng tác sẽ làm thay đổi mật độ electron (e) và làm suy yếu liên kết nhị dƣơng tạo điều kiện cắt đứt liên kết. Các nhà nghiên cứu cho rằng kiểu cơ chế này xảy ra khi tâm ái nhân của enzyme mạnh và sự khuyết điện tử của liên kết nhị dƣơng lớn.
Kiểu cơ chế thứ hai: lúc đầu các nguyên tử khuyết điện tử trong liên kết nhị dƣơng chƣa thể đính trực tiếp vào tâm ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme mà cơ chất gắn vào tâm ái nhân bằng một phản ứng hóa học nào đó giữa tâm ái nhân ở trung tâm hoạt động enzyme với một nhóm hóa học ở vị trí gần kề với liên kết nhị dƣơng trong cơ chất. Dƣới ảnh hƣởng của trung tâm hoạt động của enzyme sẽ dần dần làm tăng mức độ khuyết điện tử vốn đã tồn tại trƣớc đó ằng cách tạo liên kết tƣơng ứng với cơ chất ở những vị trí gần với liên kết nhị dƣơng. Nhờ vậy, làm cho sự phân bố điện tử trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo chiều hƣớng cần thiết, khiến cho liên kết nhị dƣơng đƣợc tăng cƣờng và có thể tƣơng tác với các tác nhân ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme và tiến hành làm yếu liên kết và tiến đên liên kết bị thủy phân khi có yếu tố nƣớc tham gia.
c. Một số đặc điểm của phản ứng thủy phân bởi enzyme
Các yếu tố điều chỉnh phản ứng thủy phân: nƣớc; nhiệt độ; pH của môi trƣờng.
Ƣu điểm:
- Không tạo ra sản phẩm phụ do enzyme có tính đặc hiệu cao.
- Điều kiện thủy phân nhẹ nhàng (nhiệt độ thấp) do đóít ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm.
- Điều chỉnh sản phẩm theo ý muốn, tiêu tốn ít năng lƣợng. Nhƣợc điểm:
- Thời gian thủy phân dài dẫn đến chu kỳ sản xuất kéo dài. - Muốn có hiệu quả cao phải có chế phẩm enzyme tinh khiết.
- Khó lọc hơn thủy phân bằng axit do đó cần phải nâng cao nhiệt đó để lọc, có thể khắc phục nhƣợc điểm này bằng enzyme axit.