Tổng quan thành phần hóa học của cây kim thất lá tô mách

2
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME PAPAIN
1.1.1 Cysteine protease
[8, 9, 19, 34, 43]
Cysteine proteases (EC.3.4.22) là nhóm các protein có trọng lượng phân tử
trong khoảng 21-30 kDa, các protein này có khả năng xúc tác để thủy phân các loại
liên kết: peptide, amide, ester thiol. Đây cũng là những enzyme có nhóm –SH trong
tâm hoạt động.
Người ta đã tìm thấy hơn 20 họ cysteine proteases (Barrett, 1994) và nhiều
enzyme trong số này (papain, bromelain, ficain, animal cathepsins) được ứng dụng
rộng rãi trong công nghiệp.
Có hai loại cysteine proteases là exopeptidase (cathepsin X,
carboxypeptidase B) và endopeptidases (bromelain, ficain, cathepsin...).
Exopeptidase thủy phân liên kết peptide ở đầu N hoặc đầu C tự do trong khi đó
endopeptidase cắt đứt các liên kết peptide ở giữa chuỗi polypeptide.
1.1.2 Papain
1.1.2.1 Nguồn gốc
[2,17, 19, 32 ]
Papain (EC 3.4.22.3) là cysteine protease được biết đến nhiều nhất và được
phân lập lần đầu tiên vào năm 1879 từ nhựa trái đu đủ (Carica papaya). Đây cũng
là enzyme đầu tiên được xác định cấu trúc tinh thể (Drenth et al., 1968; Kamphuis
et al., 1894). Trong nhựa đu đủ ngoài enzyme papain còn có các loại protease khác
như chymopapain, caricain, glycyl endopeptidase và một số enzyme khác (Baines
and Brock-lehurst, 1979). Nhựa đu đủ có hàm lượng và hoạt tính papain cao nhất
tập trung ở vùng có nắng nóng và độ ẩm ổn định quanh năm.
3
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

1.1.2.1.1. Giới thiệu về cây đu đủ.
[7, 8, 41]

A: hoa cái B: hoa lưỡng tính C: hoa đực

D: trái của cây cái E: trái lưỡng tính F: cây đực
Hình 2.1. Các loại hoa và trái của cây đu đủ.
Tên khoa học: Carica papaya L., thuộc họ đu đủ - Caricaceae
Cây đu đủ còn được gọi thù đủ ở Huế, phiên mộc, cà lào, phiên qua, phan
qua thụ, lô hong phlê (Campuchia), mắc hung (Lào), má hống (Thái).
Đu đủ thường là cây đồng chu, nhưng đu đủ có thể xếp thành 3 loại trên
phương diện giới tính: cây đực, cây lưỡng tính và cây cái. Vài cây đu đủ cũng có thể
trổ cả ba loại hoa nói trên. Ngoài ra cũng có cây ra hoa không hẳn hoàn toàn đực,
cái hay lưỡng tính mà lại pha lẫn nhiều ít đặc tính của ba loại hoa. Khuynh hướng
thay đổi giới tính phần lớn do thời tiết gây ra tỉ như khô hạn và thay đổi nhiệt độ.
4
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

1.1.2.1.2. Phân bố sinh thái của cây đu đủ.
[7, 26, 33]
Chi Carica L. có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới châu Mỹ. Ở vùng núi cao
(1500-3000m), từ Panama đến Bolivia, cây đu đủ trồng hiện nay rất có thể là giống
lai tự nhiên của loài C. peltata Hook & Ann. Vào khoảng thế kỷ 16, người Tây Ban
Nha đã đưa đu đủ vào trồng ở vùng Caribê và một số nước Đông Nam Á. Từ các địa
điểm này, cây tiếp tục được trồng rộng rãi ở Ấn Độ, Srilanca, châu Đại Dương và
châu Phi.
1.1.2.1.3. Hoạt tính sinh học và công dụng của một số chất có trong cây đu
đủ
[8,41, 45]

1. Nhựa đu đủ có thể gây viêm da.
2. Ở Trung Mỹ, trong dân gian, người ta sử dụng đu đủ để điều trị bệnh lỵ
amip (Entamoeba histolytica), một loại ký sinh trùng gây tiêu chảy dạng lỵ và biến
chứng áp- xe gan.
3. Ở Samoa, người dân dùng phần dưới vỏ thân cây đu đủ để chữa chứng
nhức răng.
4. Nhựa đu đủ có chứa papain, là một trong hai loại men tiêu hủy protein
(proteolytic enzymes) có tác dụng làm mềm thịt bắp. Chính do tác dụng này, khi
dùng đu đủ hầm chung với thịt, thịt sẽ mềm hơn. Người dân vùng Ca-ri-bê, Trung
Mỹ cho biết họ có thể dùng khẩu phần với số lượng lớn thịt cá nhưng vẫn không hề
gì nếu ăn đu đủ xanh sau đó.
5. Phần cơm đu đủ là thành phần chính của các loại mỹ phẩm như kem nền
(mặt), kem đánh răng, xà bông gội đầu.
6. Các ứng dụng quan trọng trong y học của nhựa đu đủ là chiết xuất papain
để dùng trong phẫu thuật cột sống (là một loại "dao phẫu thuật tự nhiên" để mở đĩa
đệm). Nghiên cứu cho thấy chiết xuất papain có hoạt tính kháng sinh (antibiotic
activity) với tác dụng chống vi khuẩn gram dương (gram-positive bacteria). Nó còn
được dùng để điều trị lở loét, làm tiêu giả mạc trong bệnh bạch hầu, chống kết dính
sau phẫu thuật, làm thuốc giúp tiêu hóa. Trong công nghiệp, papain được dùng để
5
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

tinh chế bia; xử lý len và lụa trước khi nhuộm; là phụ gia trong công nghệ chế biến
cao su; khi tinh chế dầu gan cá tuna, người ta tiêm papain vào gan trước khi chiết
xuất, làm cho thành phẩm giàu Vitamin A và D hơn. Khoảng 1,500 quả đu đủ xanh
cỡ vừa cho được khoảng 650g papain.
1.1.2.2 Tính chất của papain
[8]
1.1.2.2.1 Tính chất vật lý
Bảng 1.1 Tính chất vật lý của papain

Tính chất vật lý Giá trị
Điểm đẳng điện pI = 8.75
Hằng số sa lắng S
20
2.42 ± 0.04
Hằng số phân tán D
20
(10
-7
giây.cm
2
) 10.27 ± 0.13
Phân tử lượng 20,700
Độ triền quang []
D
20

-66.7
o

Độ xoắn 17%
Vòng hiệu ứng cotton 290nm
Thể tích riêng phần V(mL/g) 0.724
Trị số ma sát f/f
o
1.16
Bột màu vàng hay màu nâu nhạt, tùy thuộc phương pháp sấy, không tan
trong hầu hết các chất hữu cơ nhưng tan một phần trong H
2
O hay glycerine.

Bền nhiệt.
1.1.2.2.2 Tính chất hóa học
[8, 34]
a) Cấu tạo hóa học
Theo kết quả phân tích bằng tia X, phân tử papain được cấu tạo bởi 212 acid
amin trong đó không có chứa methionine. Phân tử lượng khoảng 23,350 Da, phân tử
là một mạch polypeptide với đầu N là isoleucine, đầu C là asparagine, có 6 gốc
cysteine tạo thành 3 cầu disulfur ở các vị trí 22-63, 56-95, 153-200 không có chức
năng sinh học, chỉ làm tăng tính bền vững của cấu trúc và một nhóm –SH tự do ở vị
trí 25.

6
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

b) Cấu trúc không gian
Phân tử papain có dạng hình cầu với kích thước 36x48x36A
o
và mạch chính
bị gấp thành hai phần riêng biệt bởi một khe. Trung tâm hoạt động nằm tại bề mặt
của khe này, nhóm -SH hoạt động của cysteine 25 nằm bên trái khe và nhóm
histidine 159 nằm bên phải khe. Phần xoắn  chiếm 20% toàn bộ các amino acid có
trong phân tử.


Hình 1.2 Cấu trúc bậc 3 của papain
Hoạt tính của papain dựa trên hai tâm hoạt động là Cys
25
và His
159
. Khoảng

pH hoạt động của papain khá rộng (3.5 – 8.0) tùy thuộc vào cơ chất. Khi cơ chất là
casein thì hoạt tính tối ưu của papain trong vùng pH từ 5.7 – 7.0 và nhiệt độ thích
hợp là 50 – 57
O
C.



7
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

c) Cấu trúc tâm hoạt động của papain
Tâm hoạt động của papain gồm có nhóm –SH của cysteine 25 và nitrogen
bậc 3 của histidine 159. Bên cạnh đó nhóm imidazole của His 159 cũng liên kết với
Asp 175 bởi liên kết hydrogen.
Vùng tâm hoạt động của papain chứa mạch polypeptide với các amino acid
là:
Lys-Asp-Glu-Gly-Ser-Cys-Gly-Ser-Cys.
Theo các nghiên cứu của Lowe, chuỗi polypeptide trong trung tâm hoạt động
của papain gần giống như của ficin hay trypsin, mặc dù chúng có nguồn gốc khác
nhau.
Ficin: Arg-Glu-Glu-Gly-Glu-Cys-Gly-Ser-Cys.
Trypsin: Lys-Asp-Ser-Cys-Glu-Gly-Gly-Asp-Ser.

Hình 1.3 Cấu trúc tâm hoạt động của papain
d) Phản ứng của papain
[21, 22, 23, 35]

Papain thủy phân protein thành các polypeptide và các acid amin, nó đóng
vai trò vừa như endopeptidase vừa như exopeptidase.