3.2.1.Tổng Hợp Lipid
3.2.1.1Tổng hợp acid béo
Acid béo được tổng hợp từ acetyl-CoA. Sự tổng hợp acid béo no và khơng no ở giai đoạn đầu giống nhau. Trước hết acid béo no được tổng hợp sau đĩ hình thành acid béo khơng no bằng cách oxi hĩa các acid béo tương ứng.
Quá trình tổng hợp acid béo từ acetyl-CoA xảy ra ngược với quá trình β.oxi hĩa. Từ các acetyl-CoA được nối dần lại với nhau thành chuỗi trung bình rồi dẫn đến việc tạo thành Stearic acid (cĩ 18C) là loại acid béo no chủ yếu của các mơ. Từ Stearic acid cĩ thể tiếp tục kéo dài thêm chuỗi carbon tạo nên các acid béo cĩ mạch C dài hơn.
Trước hết từ acetyl-CoA và CO2 kết hợp với nhau để tạo nên malonyl- CoA. Quá trình này được xúc tác bởi acetyl-CoA-carboxylase.
Để tiến hành phản ứng ngưng tụ giữa acetyl-CoA với malonyl- CoA cần cĩ sự tham gia của một loại protein cĩ vai trị vận chuyển nhĩm acyl, đĩ là protein vận chuyển gốc acyl-ACP.
Tiếp theo acetyl-SACP và malonyl-SACP ngưng tụ với nhau với sự xúc tác của enzyme acyl-synthetase. Khi các phân tử acetyl-ACP và malonyl-ACP tác dụng với enzyme acyl-synthetase sẽ xảy ra sự chuyển các gốc acetyl và malonyl từ nhĩm SH của ACP sang nhĩm SH của enzyme đồng thời CO2 được giải phĩng.
Phản ứng tiếp theo là β.hydroxy butyryl-ACP bị khử nước để tạo nên crotonyl- ACP.
Từ butyryl-ACP tiếp tục một chu kỳ mới ngưng tụ với malonyl- ACP để cho ta phântử cĩ 6 nguyên tử C. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi tạo ra đủ số C cần thiết của acid béo, sau đĩ Acyl-ACP này sẽ biến đổi trở lại thành Acyl-CoA và cuối cùng tạo ra acid béo no bằng cách cắt bỏ CoA-SH.
Nếu acid béo cĩ mạch C lẻ thì trong các lần nối dài mạch C nĩi trên, lần đầu tiên khơng phải phản ứng xảy ra từ 2 Acetyl CoA mà xảy ra từ Acetyl-CoA và propionyl- CoA để tạo ra acyl-CoA cĩ 5 nguyên tử C. Từ đĩ cứ mỗi chu kỳ lại nối thêm 1 phân tử Acetyl-CoA làm cho phân tử acid béo dài thêm 2 nguyên tử cacbon để cuối cùng tạo nên phân tử acid béo cĩ số nguyên tử cacbon lẻ.
Các acid béo khơng no được tạo ra từ các acid béo no tương ứng bằng cách bị oxy hĩa bới FAD.
Glycerin được tổng hợp bằng nhiều con đường. Con đường phổ biến là từ các sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi glucose là AlPG và PDA biến đổi thành.
3.2.1.3Tổng hợp glyceride
Từ các acid béo và glycerin đã được tổng hợp sẽ tạo thành glyceride theo các phản ứng sau đây:
3.2.1.4 Tổng hợp glycero phospholipid
3.2.1.5 Tổng hợp sterid
Sterid được tạo nên bởi sterol và acid béo. Nguyên liệu để tổng hợp sterol là acetyl-CoA. Quá trình sinh tổng hợp sterol cĩ thể chia làm 3 giai đoạn với nhiều phản ứng rất phức tạp.
- Giai đoạn chuyển acetyl-CoA thành mevalonic acid. - Giai đoạn tổng hợp squalen.
3.2.2 Phân giải lipit
3.2.2.1 Phân giải glixerid
Glixerid từ nguồn thức ăn của người và động vật được biến đổi thành dạng vi nhũ nhờ axit mật sau đĩ được đưa vào ruột non. Ở ruột non cĩ enzym lipaza biến đổi glyxerid thành glyxerin và axit béo.
Glixerid ở hạt ,củ của cây cĩ dầu vào giai đoạn nảy mầm, với sự tham gia của hệ enzym phospholipaza chúng sẽ bị thuỷ phân thành glycerin và a xit béo theo phương trình phản ứng :
glixerid +H2O +phospholipaza → glyxerin +axit béo.
3.2.2.2 Phân giải glyxerin
Sau khi giải phĩng khỏi lipid đơn giản, glycerin tiếp tục được biến đổi bằng nhiều cách để tạo nên các sản phẩm khác nhau.
Từ ALPG biến đổi thành pyruvic acid như trong quá trình đường phân , sau đĩ pyruvic acid bị phân giải tiếp thơng qua chu trình Krebs để tạo CO2 và H2O.
Như vậy sự phân giải glycerin xảy ra qua quá trình đường phân và qua chu trình Krebs để tạo sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Năng lượng giải phĩng trong quá trình phân giải này được dùng để tổng hợp ATP cung cấp cho các họat động sống của tế bào. Glycerol ATP ADP Glycerolphosphat kinaza Dehydrogenaza NAD+ NADH + H+ Phospho dioxyaceton aldolaza Fructoso - 1,6- diphosphat Tinh bột Isomeraza aldehydrophospho glyceric
Đi vào qua trình đường phân
Axit Pyruvic
Khử cacboxyl hóa bằng cách oxy hóa
NAD+,FAD+, CoAsH CO2, NADH2, FADH2 acetyl CoA Chu trình krebs Qcalo Sản phẩm trung gian H2O CO2
Hình XI.1. Sơ đồ chuyển hóa glycerol
Sơ đồ chuyển hố
3.2.2.3 Sự phân giải phospholipit.
Quá trình phân giải này xảy ra mạnh ở hạt, quả cĩ dầu của thực vật khi nảy mầm hoặc ở dạ dày, tá tràng của người và động vật.
Sự phân giải xảy ra theo đường hướng thuỷ phân với sự tham gia của nước và hệ enzyme.
Phospholipaza gồm 4 loại ký hiệu A, B, C, D.
- Phospholipase A thuỷ phân liên kết giữa glycerin và acid béo. - Phospholipasse B thủy phân cả hai loại liên kết trên.
- Phospholipase D thủy phân liên kết giữa H3PO4 với choline, ethanolamine hay serine.
Sản phẩm của quá trình phân giải là glycerol, các axit béo bão hồ,và chưa bão hồ, H3PO4, các hợp chất phân cực X. CH2 - O - CO - R1 PhospholipazaB CH - O - CO - R2 PhospholipazaA CH2 - O - P - O - PhospholipazaC O OH X PhospholipazaD
Sơ đồ phân giải phospholipid
3.2.2.4 Phân giải axit béo (hoạt hĩa axit béo, con đường β – oxy hĩa axit béo) axit béo)
Quá trình beta oxy hố axit béo bão hồ gồm 4 phản ứng :
•Oxy hố axylCoA với sự xúc tác của axyl CoA dehydrogenaza để tạo thành axyl CoA chưa bão hồ cĩ liên kết đơi Cα và Cβ (C2 và C3 ).
•Hydrát hố axyl CoA chưa bão hồ tạo ra beta-hydroxy-axyl -CoA, nhờ sự xúc tác của enzym Enoyl –CoA hydrataza, phân tử nước được gắn vào liên kết đơi.
•β–hydroxy-axyl CoA bị oxy hố bởi enzym β –hydroxy-axyl CoA dehydrogenaza tạo thành beta-xetoa xyl CoA.
•Phản ứng tách acetyl CoA khi cĩ sự tham gia của 1 phân tử CoA khác và enzym •β –xetoaxyl- CoA thiolaza.
Sản phẩm là axyl -CoA mới ngắn hơn 2C so với axyl- CoA ban đầu và quá trình được lặp lại từ phản ứng 1,2,3,4, cho tới khi tồn bộ mạch cacbon của axyl CoA bị phân giải hồn tồn thành acetyl CoA.
16 C - S - CoA O 2 α β
axyl CoA bão hòa
16 C - S - CoA O 2 α β
axyl CoA chưa bão hòa
16 C - S - CoA O 2 α β β - hydroaxyl - CoA OH H 16 C - S - CoA O 2 α β β - xetoaxyl - CoA O 16 C - S - CoA O 4
axyl - CoA mới ngắn đi 2C
FAD FADH2
axyl CoA dehydrogenaza
HOH
Enoyl - CoA hydrataza
NAD+ NADH + H+ β - hydroxyaxyl - CoA dehydrogenaza CoASH CH3CO~SCoA
β - xetoaxyl CoA thiolaza
Chu trình krebs
Hình XI.2. Sơ đồ β − oxy hóa axit béo bão hòa
Sơ đồ β- oxy hĩa axit béo bão hịa
Lợi ích của beta oxy hố axit béo: tạo năng lượng và nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp các chất mới ở các cơ quan mới hình thành.
CHƯƠNG 4: ENZYM
4.1Giới thiệu sơ lược về Enzym:
4.1.1 Khái niệm chung về Enzym (E)
Enzym hay gọi là men là chất xúc tác sinh học cĩ bản chất là Protein. Enzym cĩ trong tế bào của mọi cơ thể sinh vật.
Chính nhờ sự cĩ mặt của Enzym mà nhiều phản ứng hố học rất khĩ xảy ra trong điều kiện bình thường, ở ngồi cơ thể (để tiến hành cần cĩ nhiệt độ cao, áp suất cao, acid mạnh hay kiềm mạnh…) nhưng trong cơ thể, nĩ xảy ra hết sức nhanh chĩng, liên tục và nhịp nhàng ở 37oC, áp suất thường, khơng cĩ acid mạnh, khơng cĩ kiềm mạnh…
Hiện nay người ta đã khám phá hơn 2000 loại Enzym trong đĩ hơn 200 Enzym thu được ở dạng tinh thể.
Enzym ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong và cĩ hiệu quả trong mọi lĩnh vực như y dược, chăn nuơi, thú y, một số ngành cơng nghiệp, đặc biệt là cơng nghiệp chế biến thực phẩm: bia, rượu, bánh mì, tương, chao, nước chấm, nước mắm…
4.1.2Cấu tạo Enzym:
Từ những nghiên cứu các tính chất lý hố của Enzym người ta đã đi đến kết luận: “Bản chất hố học của Enym là Protein”
Dựa vào thành phần hố học của Enzym người ta chia E ra 2 nhĩm lớn: Enzym một cấu tử: Là Enzym trong thành phần cấu tạo chỉ cĩ Protein
Enzym hai cấu tử: Là Enzym trong thành phần của nĩ ngồi Protein cịn cĩ một phần phi Protein (khơng phải Protein)-gọi là “nhĩm ngoại”. Người ta gọi phần Protein là “feron” hay “apoenzym”, phần nhĩm ngoại là “Agon” hay “Coenzym”.
Về bản chất hố học của nhĩm ngoại Enzym rất đa dạng, phong phú. Thường nhĩm ngoại Enzym là các dẫn xuất của Vitamin, các kim loại, nucleotit…
Các Enzym đơn cấu tử thường gặp như ureaza, pepsin, amilaza…
Các Enzym hai cấu tử như Catalaza, Peroxydaza, Xitocrom, Polyphenol- Oxydaza.
Trong nhĩm ngoại cĩ chứa Cu, Fe, (Metaloenzym) Cĩ Enzym trong nhĩm ngoại chứa dẫn xuất Vitamin.
4.1.3 Trung tâm hoạt động của Enzym:
Khơng phải tồn bộ phân tử Enzym tham gia trực tiếp liên kết với cơ chất, quyết định hoạt tính xúc tác của Enzym, mà chỉ cĩ một phần (thường kích thước rất nhỏ so với tồn bộ phân tử Enzym). Phần này được gọi là “Trung tâm hoạt động của Enzym” số trung tâm hoạt động của phân tử Enzym cĩ thể là một hay nhiều hơn.
Với Enzym một cấu tử thì trung tâm hoạt động gồm một số nhĩm chức của acid amin liên kết với nhau…Nhờ cĩ cấu trúc bậc 3, 4 các nhĩm này tuy nằm cách xa nhau trong mạch polypeptide, nhưng do xoắn cuộn mạch mà được gần nhau. Với Enzym hai cấu tử ngồi một số nhĩm chức của acid amin cịn cĩ nhĩm ngoại tham gia trung tâm hoạt động của Enzym.
Ví dụ: Một số nhĩm định chức tham gia tạo thành trung tâm hoạt động Enzym như
SH của xystein OH của serin
Nhiều Enzym cĩ số trung tâm hoạt động khá lớn Ví dụ: Alcodehydrogenaza của gan (M = 84.000), cĩ hai trung tâm hoạt động. Cịn Alcodehydrogenaza của nấm men (M = 150.000), cĩ bốn trung tâm hoạt động.
4.1.4 Danh pháp và phân loại Enzym:
a) Danh pháp (hay tên gọi Enzym) gồm hai loại:
• Tên thơng dụng:
Là tên gọi Enzym đã cĩ từ lâu và quen dung như: Pepsin, Renin, Amylaza…Hiện nay vẫn cịn được sử dụng rộng rãi, tuy ngắn gọn nhưng khơng nĩi lên được bản chất phản ứng mà Enzym xúc tác.
• Tên hệ thống:
Là tên Enzym đã được hội nghị sinh hố quốc tế lần thứ 5 (1961) quy định, tên Enzym được quy định như sau; gồm hai phần
Phần 1: tên cơ chất, phần 2: tên kiểu phản ứng mà Enzym xúc tác, thêm phần đuơi tận cùng là “aza” hay “az”, giữa hai phần cĩ dấu gạch ngang nhỏ. Tên hệ thống khĩ nhớ, nhưng nĩi rõ được tên cơ chất và kiểu phản ứng Enzym xúc tác.
Theo hệ thống phân loại trên, mỗi Enzym cịn mang thêm mã số gồm 4 số. Trước 4 chữ số cĩ chữ EC
Số thứ nhất chỉ nhĩm chính Số thứ hai chỉ nhĩm phụ Số thứ ba chỉ phân nhĩm phụ
Số thứ tư chỉ thứ tự Enzym trong phân nhĩm phụ Ví dụ: Ribonucleaza cĩ mã số là EC 2.7.7.16
b) Phân loại Enzym:
Hội nghị sinh hố quốc tế (IUB) lần 5 cịn tiến hành phân loại Enzym theo 6 nhĩm lớn: 1- Oxydoreductaza: các Enzym xúc tác cho phản ứng oxy hố – khử
2- Transpheraza: các Enzym xúc tác cho phản ứng chuyển vị 3- Hydrolaza: các Enzym xúc tác cho phản ứng thuỷ phân
4- Ligaza: các Enzym xúc tác cho phản ứng phân cắt khơng cần nước, loại nước tạo thành liên kết đơi hoặc kết hợp nước vào liên kết đơi
5- Isomeraza; các Enzym xúc tác cho phản ứng đồng phân hố
6- Ligaza: các Enzym xúc tác cho phản ứng tổng hợp cĩ sử dụng liên kết giàu năng lượng của ATP,…
4.1.5 Tính chất Enzym:
a) Tính chất lý hố chung:
Enzym cĩ bản chất là Protein do vây chúng cĩ đầy đủ tính chất của Protein: dễ biến tính, dễ kết tủa, dễ mất hoạt tính sinh học, hoạt tính xúc tác khi chịu những tác động bên ngồi hoặc các tác nhân hố học.
- Enzym khơng thẩm tích qua màng bán thấm
- Enzym khơng chịu được nhiệt độ cao, dễ bị biến tính bởi nhiệt độ cao, và cĩ thể mất hoạt tính xúc tác.
- Enzym cĩ tính lưỡng tính do cĩ nhĩm-COOH, -NH2
- Tan trong nước, dung mơi hữu cơ cĩ cực khác, dung dịch muối lỗng. Glyxerin. - Về hình dạng đa số Enzym dạng hình cầu
- M lớn thường từ 2.000-1.000.000
b) Cường lực xúc tác và cơ chế tác dụng của Enzym
• Cường lực xúc tác:
Enzym là một chất xúc tác sinh học, do vậy nĩ cĩ đầy đủ tính chất của một chất xúc tác nghĩa là chỉ cần một lượng nhỏ đã làm tăng đáng kể vận tốc phản ứng, sau phản ứng chất xúc tác sẽ được hồn lại với lượng và cấu tạo như ban đầu. Tuy nhên Enzym cĩ cường lực xúc tác mạnh hơn rất nhiều lần so với chất xúc tác vơ cơ. Chỉ cần một lượng Enzym rất ít trong một thời gian ngắn cĩ thể chuyển hố được một lượng lớn cơ chất.
Ví dụ: 1 gam Pepsin (Enzym thuỷ phân Protid) trong hai giờ ở nhiệt độ thường cĩ thể phân giải được 50 Kg Protein trứng chín.
Theo quan điểm hiện nay trong phản ứng cĩ xúc tác Enzym, nhờ sự tạo thành phức hợp trung gian Enzym-cơ chất mà cơ chất được hoạt hố, kết quả làm cho phân tử cĩ chất trở nên hoạt động hơn, nhờ đĩ tham gia phản ứng dễ dàng.
Năng lượng hoạt hố khi sử dụng chất xúc tác là Enzym nhỏ hơn rất nhiều so với trường hợp khồn sử dung chất xúc tác hay sử dụng chất xúc tác thơng thường.
Ví dụ: trong phản ứng phân huỷ H2O2 thành H2O và O2 nếu khơng cĩ chất xúc tác năng lượng hoạt hố là 18 kcal/mol, nếu cĩ chất xúc tác là keo platin thì năng lượng hoạt hố là 11,7 kcal/mol, cịn nếu cĩ Enzym Catalaza xúc tác thì năng lượng hoạt hố chỉ cịn 5,5 kcal/mol.
4.2 Tìm hiểu ứng dụng của Enzym trong phân tích thực phẩm: phẩm:
Giữa thế kỷ 19, các nhà khoa học đã sử dụng Enzym trong phân tích. Tuy nhiên sử dụng Enzym trong phân tích thực phẩm mới áp dụng khoảng 20-25 năm trước đây.
4.2.1 Xác định carbohydrate:
Trong thực phẩm, carbohydrate chiếm khối lượng lớn và đĩng vai trị quan trọng trong dinh dưỡng. Các loại đường những đối tượng được phân tích thường xuyên.
*Glucose: Glucose được xác định bằng phương pháp Enzymehexokinase. Phản ứng của quá trình đĩ xảy ra như sau:
Hexokinase
D-glucose + ATP ADP + glucose 6-phosphate
Glucose 6-phosphate-dehydrogenase
Glucose-6-phosphate + NADP+ D-gluconate -6-phosphate + NADPH + H+
* Fructose: Enzyme hexokinase cũng tác động lên fructose. Ta cĩ thể xác định fructose sau khi xác định glucose.
D- glucose + ATP ===== > ADP + Fructose -6- phosphate Glucose-phosphate isomerase
Fructose 6- phosphate glucose-6-phosphate
* Galactose:
galactose dehydrogenase
D-galactonic acid + NADH + H+ D- galactose + NAD+ * Mannose:
hexokinase
D-manose + ATP ADP + Mannose-6- phosphate
Phosphomannose-isomerase
Mannose-6- phosphate Fuctose-6-phosphate
*Saccharose: Saccharose thường khơng cĩ trong tế bào động vật. Xác định saccharose theo phương trình sau:
P-Fructosidase
Saccharose + H2O D-glucose + D-fructose
*Maltose: Xác định theo phương trình sau:
anpha-glucosidase
Maltose + H2O 2-D – glucose
*Lactose:
bêta- galactosidase
Lactose + H2O D- galactose + D-glucose
*Rafinose::Rafinose cĩ trong củ cải đường. Xác định rafinose theo phương trình phản ứng sau
anpha- galactosidase
Rafinose + H2O D-galactose + saccharose
*Tinh bột: Tinh bột cĩ nhiều trong thực vật và cĩ cả ở một số lồi vsv. Xác định tinh bột theo phản ứng sau:
amyloglucosidase
Tinh bột + ( n – 1 ) H2O n – D-glucose
4.2.2 Xác định trong acid hữu cơ
Acid hữu cơ và muối của chúng cĩ nhiều nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm. Chúng đĩng vai trị rất quan trọng trong sinh lý người, động vật , thực vật và vi sinh vật.