Dựa vào cơ chế tác dụng người ta chia hệ enzyme này thành các loại sau: a) Pectinesterase (pectin pectylhydrolase)
• Pectinesterase là các enzyme xúc tác thủy phân liên kết ester trong phân tử pectin hoặc acid pectinic, kết quả là tạo ra acid pectinic và methanol. Khi toàn bộ các nhóm methoxyl đều bị tách khỏi cơ chất thì sản phẩm tạo thành là methanol và polygalacturonic. Sự thủy phân chỉ xảy ra ở liên kết ester liền kề với nhóm -COOH tự do.
• Pectinesterase thu được từ các nguồn khác nhau thì có pH tối ưu khác nhau. Pectinesterase của vi sinh vật có pH tối ưu từ 4,5 - 5,5 còn của chế
phẩm đã loại bỏ enzyme polygalacturonase có pH tối ưu từ 2,0 - 6,5. Trái lại pH tối ưu của polyesterase từ thực vật bậc cao thường cao hơn và vào khoảng 5,0 - 8,0.
• Nhiệt độ tối ưu của pectinesterase từ nấm mốc là: 30 - 45oC và bị
mất hoạt tính khi ở nhiệt độ 55 - 62oC, nhiệt độ tối ưu của pectinesterase từ thực vật bậc cao thường cao hơn và vào khoảng 55 - 60oC.
• Pectinesterase thường được hoạt hóa bởi các ion Na+, K+, Ca2+ và Mg2+. Trái lại các cation hóa trị 3 và 4 từ các chất như: Pb(NO3)3, Al2(SO4)3, FeCl3 sẽ kìm hãm tác dụng của pectinesterase.
• Các enzyme pectinesterase từ vi sinh vật đều có những đặc điểm khác nhau. Pectinesterase của Trichoderma reerei có điểm đẳng điện nằm trong khoảng 8,3 - 9,5 và pH tối ưu là 7,6. Tuy nhiên, pectinesterase của Aspergillus có
điểm đẳng điện và pH tối ưu nằm trong khoảng acid. Hoạt động của enzyme pectinesterase thu được từ Aspergillus niger đạt tối đa ở pH 4,5 ở 40oC. Các pectinesterase kiềm và acid có thể đề methyl hóa cơ chất pectin theo cùng một kiểu. Các pectinesterase kiềm đề ester hóa các pectin và pectin này có thể tạo gel yếu với Ca2+; pectinesterase acid tạo ra pectin bịđề ester hóa có khả năng tạo gel mạnh đối với ion Ca2+.
• Cơ chế đề methyl hóa: pectinesterase loại bỏ các nhóm methoxyl trong phân tử pectin bằng tương tác ái nhân của enzyme và phóng thích methanol. Tiếp theo sau là phản ứng deacyl hóa, là phản ứng thủy phân các hợp chất trung gian acyl - enzyme, để giải phóng enzyme và carboxylic acid.
b) Polygalacturonase (poly-α-1,4-galacturoniglucanohydrolase)
• Là enzyme xúc tác quá trình thủy phân các liên kết α-1,4-glycoside trong phân tử pectin.
• Polygalacturonase ít gặp ở thực vật, polygalacturonase chủ yếu có
ở các vi sinh vật, đặc biệt là nấm mốc và vi khuẩn, nó thường có trọng lượng phân tử khoảng 65.000 Da. Polygalacturonase là một phức hệ enzyme gồm nhiều cấu tử và thường có tính đặc hiệu đối với cơ chất. Polygalacturonase chủ yếu bền
ở pH từ 4,0 - 6,0. Nhiệt độ tối ưu của đa số polygalacturonase nằm trong khoảng 40 - 45oC. Ở khoảng nhiệt độ đó chúng thường bền vững, nhưng sẽ bị mất hoạt tính khi nhiệt độ tăng lên 50 - 60oC.
• Dựa vào tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng trên cơ chất nên H.Deuel và E.Stutz (1958) đã chia ra 4 loại polygalacturonase:
− Polymethylgalacturonase hay còn gọi là α-1,4-galacturonite- methylesglucannohydrolase, tác dụng trên acid polygalacturonic đã được methyl hóa (tức là pectin). Các enzyme này được chia thành hai nhóm nhỏ tùy theo vị trí liên kết glucoside bị cắt đứt dưới xúc tác của enzyme ởđầu mạch hay giữa mạch như:
+ Endo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu I: còn gọi là enzyme polygalacturonase dịch hóa. Đây là enzyme xúc tác thủy phân các liên kết α-1,4 glucoside nội mạch của các phân tử acid polygalacturonic được ester hóa ở mức độ cao. Hoạt tính của enzyme này bị giảm khi có mặt của enzyme pectinesterase trong môi trường. Endo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu I rất phổ biến ở các vi sinh vật, đặc biệt là ở nấm mốc: Aspergillus niger, Botrylis cinerea và Aspergillus awamori.
Hình 1.12. Sơđồ tác dụng của Endo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu I lên hợp chất pectin
+ Exo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu III: còn gọi là enzyme polygalacturonase đường hóa. Đây là enzyme xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết α-1,4 glucoside ở đầu mạch để tách dần từng gốc acid polygalacturonic ra khỏi phân tử pectin hay acid pectinic, bắt đầu từ đầu không khử. Enzyme này có ái lực với gốc acid polygalacturonic đã methyl hóa, nghĩa là phân cắt các liên kết α-1,4 ởđầu mạch nằm giữa 2 gốc acid polygalacturonic có nhóm -COOCH3.
Hình 1.13. Sơđồ tác dụng của Exo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu III lên hợp chất pectin
− Polygalacturonase: là enzyme tác dụng chủ yếu lên các acid pectic và acid pectinic. Đối với nhóm enzyme này sự có mặt của pectinesterase có tác dụng thúc đẩy khả năng xúc tác của chúng. Các enzyme này cũng được chia thành 2 nhóm nhỏ nhờ vào vị trí liên kết glucoside bị cắt đứt.
+ Endo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu II: đây là loại enzyme polygalacturonase dịch hóa. Endo-glucosidase-polygalacturonase kiểu II thủy phân liên kết α-1,4-glucoside các phân tử acid pectic hay acid pectinic, các enzyme này chỉ tác dụng khi có nhóm -COOH tự do. Vị trí đứt mạch của cơ chất được xử lý sơ bộ bằng pectinesterase. Đa số nấm mốc và vi khuẩn là những vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp được enzyme này.
Hình 1.14. Sơđồ tác dụng của Endo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu II lên hợp chất pectin
+ xo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu IV: enzyme này xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết glucoside ở đầu mạch của phân tử
acid pectic hoặc pectinic. Enzyme này có ái lực với các liên kết glucoside ởđầu mạch gần với nhóm carboxyl tự do.
Hình 1.15. Sơđồ tác dụng của Exo-glucosidase-polymethylgalacturonase kiểu IV lên hợp chất pectin