TRONG NƯỚC THẢI THỦY SẢN
3.3. Sự phân hủy protein trong nước thải thủy sản
3.3.3. Enzyme phân hủy cần cho quá trình phân hủy protein
Protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất.
Do là phức hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thủy phân triệt để và đa dạng.
Phosphate vô cơ
Lửa cháy rừng, đồng cỏ Động vật ăn thực vật
Sinh vật tự dưỡng
Thải vào môi trường
Phong hóa Tích lũy phosphate
trong trầm tích
Sinh vật phân hủy Xác chết và chất thải
Cấu trúc trung tâm hoạt động (TTHĐ) của protease
Trong TTHĐ của protease vi sinh vật ngoài gốc acid amin đặc trưng cho từng nhóm còn có một số gốc acid amin khác. Các kết quả nghiên cứu chung về TTHĐ của một số Protease vi sinh vật cho phép rút ra một số nhận xét chung như sau:
- TTHĐ của protease đủ lớn và bao gồm một số gốc acid amin và trong một số trường hợp còn có cả cofactor kim loại.
+ Các protease kim loại có TTHĐ lớn hơn vào khoảng 210A, có thể phân biệt thành sáu tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị tương ứng với mỗi gốc acid amin trong phân tử cơ chất.
+ Đối với các protease acid, theo nhiều nghiên cứu về cấu trúc TTHĐ của các tinh thể protease acid của Phizopus chinensis và Endothia parasilica đã cho thấy phân tử của các protease này gồm có hai hạt, giữa chúng có khe hở vào khoảng 20oA. Khe hở này là phần xúc tác của các enzyme, các gốc Asp-35 và Asp-215 xếp đối diện nhau trong khe ấy.
- Đối với các protease không chứa cysteine, TTHĐ của chúng có tính mềm dẻo hơn do cấu trúc không gian không được giữ vững bởi các cầu disulphide.
Mặc dù TTHĐ của các protease vi sinh vật có khác nhau nhưng các enzyme này đều xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết peptide theo cùng một cơ chế chung như sau:
E + S E – S E – S + P1 E + P2
Hình 3.8. Cơ chế xúc tác của enzyme Hình 3.7. Cấu trúc không gian enzyme Protease
Trong đó:
E: enzyme S: cơ chất
E - S: Phức chất enzym- cơ chất,
P1: Là sản phẩm đầu tiên của phản ứng, P2: Là sản phẩm thứ hai của phản ứng.
3.3.3.2. Cơ chế hoạt động thủy phân protein của enzyme protease
Nhóm enzyme protease (peptide – hydrolase 3.4) xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết liên kết peptide (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptide đến sản phẩm cuối cùng là các acid amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết este và vận chuyển acid amin.
Hình 3.9. Cơ chế hoạt động thủy phân protein của enzyme protease
(Trích [8]. Trần Xuân Ngạch (2007), Công nghệ enzym, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng)
Ê Tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase:
+ Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi
polypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide.
+ Carboxypeptidase: xúc tác phản ứng thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptide và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide.
+Dipeptihydrolase: xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết dipepit + Proteinase: xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết peptid nội mạch 3.3.3.3. Chức năng sinh học của protease vi sinh vật
Theo nhiều tác giả thì Protease ngoại bào và Protease nội bào của vi sinh vật có thể có những vai trò khác nhau đối với hoạt động sống của vi sinh vật.
Các protease ngoại bào phân giải protein và các cơ chất cao phân tử khác có trong môi trường dinh dưỡng thành các dạng phân tử thấp để vi sinh vật dễ dàng hấp thu. Các vi sinh vật mất khả năng tiết protease ngoại bào nên không thể sử dụng protein làm nguồn đạm dinh dưỡng. Mặt khác quá trình tiết protease ngoại bào cũng như quá trìnhtổng hợp chúng ở nhiều vi sinh vật bị giảm khi môi trường có chứa một lượng lớn acid amin.
Protease nội bào thường là peptidase và một số protease. Theo Hiroishi(1976) thì protease nội bào có vai trò quan trọng hơn protease ngoại bào, chúng có thể hoàn thành chức năng sau đây :
ắ Phõn giải cỏc peptide được đưa từ mụi trường ngoài vào thành cỏc acid amin để tổng hợp tế bào hoặc đôi khi làm nguồn C , N , S , P... Theo Gedbery và Dice (1974 ), tốc độ phân giải protein trong tế bào tăng lên khi vi sinh vật bị thiếu C, N, S, P.... sự phân hủy protein cũng tăng lên nhanh chóng trong quá trình sinh trưởng.
ắ Cỏc protease nội bào cú thể tham gia quỏ trỡnh cải biến một số phõn tử protein, enzyme. Điều này có nghĩa đối với việc hình thành và nảy mầm của bào tử vi sinh vật.
ắ Cỏc protease nội bào cũng cú thể tham gia vào việc hoàn thiện chuỗi polypeptide đã có sẵn. Ngoài ra, protease nội bào cũng có tác dụng phân hủy các protein vô dụng được tổng hợp sai do đột biến.