bài giảng môn học công nghệ enzim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC YERSIN – ĐÀ LẠT

MÔN HỌC

Gv: ThS. Phạm Nữ Kim Hoàng

Môn học cung cấp những kiến thức cơ bản về:

Enzyme

Công nghệ Enzyme

Một số Enzyme thường gặp

Ứng dụng của Enzyme trong đời sống

Sau khi kết thúc môn học, sinh viên có thể hiểu được một số nội dung:

Khái niệm E, vai trò của E trong cơ thể

Các yếu tố ảnh hưởng hoạt tính E

Thu nhận E


Tiểu luận nhóm: 30%

Thi cuối kỳ: 70%
YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN


Dự lớp đầy đủ để nắm vững các nội dung
quan trọng của môn học

Đọc tài liệu trước để trang bị thêm kiến thức
môn học

1.
Nguyễn Đức Lượng (Chủ biên), 2004. Công nghệ Enzyme. NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ
Chí Minh.
2.
Phạm Thị Trân Châu, Phan Tuấn Nghĩa, 2007. Công nghệ Sinh học – Tập 3: Enzyme và
Ứng dụng. NXB Giáo dục.
3.
Trần Xuân Ngạch. Công nghệ Enzyme.
/>4.
Andrés Illanes (Ed.), 2008. Enzyme Biocatalysis – Principles and Applications. Springer
Science.
NỘI DUNG
Enzyme & Công nghệ Enzyme
3
Enzyme cố định
3
Phương pháp & kỹ thuật cơ bản trong Công nghệ E
3
Thu nhận Enzyme
3!
Ứng dụng Enzyme
3"
Phương pháp lên men vi sinh vật
3#

$%

&'()*+,-./+(0+(1'2.3
Cơ thể là một hệ thống mở quan hệ chặt chẽ đến quá trình trao đổi
chất ở bên trong tế bào cũng như giữa tế bào với môi trường ngoài
Quá trình trao đổi chất diễn ra trong và ngoài tế bào tạo nên sự biến
đổi liên tục của vật chất trong tự nhiên
&'()*+,-./+(0+(1'2.3

Trong p/ứng hóa học, nếu bổ sung vào p/ứng chất có tác dụng làm tăng tốc độ lên hàng
chục lần => chất xúc tác

Trong p/ứng sinh học (xảy ra trong & ngoài tế bào cơ thể), chất có tác dụng làm tăng tốc độ
p/ứng => Enzyme

Tùy thuộc vị trí xúc tác để phân biệt 2 loại E
E ngoại bào: x/tác p/ứng ngoài t/bào
E nội bào: x/tác p/ứng trong t/bào
4'('2(56'78.9
Enzyme (men) là những đại phân tử tồn tại trong tự nhiên hay được tổng
hợp, có thể xúc tác cho một hay nhiều phản ứng với mức độ đặc hiệu khác
nhau ở t0 & P bình thường
:;'<(=+>&'((?<<@6'78.9

Có bản chất protein

Có trong mọi tế bào sống & được tổng hợp từ tế bào

X/tác cho p/ứng xảy ra trong cơ thể sống; ngoài cơ thể sống, ở điều kiện nhất định, vẫn giữ được tính
x/tác


Tham gia phản ứng ở t
0
& P bình thường

X/tác từ đầu đến khi giải phóng toàn bộ Q dự trữ trong hợp chất (tạo CO2, H20, chất khác và ↑ Q)

Có thể thực hiện 1 hay nhiều phản ứng

:;'<(=+>&'((?<<@6'78.9A++B

Phản ứng có E tham gia sử dụng ít Q

Hiệu suất xúc tác lớn hơn chất hữu cơ & vô cơ

Không đi qua màng bán thấm

Chịu sự điều khiển của gene và điều kiện phản ứng (Gene quyết định tổng hợp một
loại E nào đó, mỗi E quyết định một phản ứng sinh hóa)
Một gene -> một E -> một phản ứng

:;'<(=+(C6(?<<@6'78.9

Là protein, đóng vai trò x/tác sinh học trong cơ thể

Dựa vào bản chất hóa học, phân loại E:
•
E đơn cấu tử (E 1 thành phần): cấu tạo chỉ từ protein, tính
x/tác được qui định bởi cấu trúc phân tử protein đó
VD: pepsin, trypsin, urease, amylase,…

•
E đa cấu tử (E 2 thành phần):
•
Phần protein: apoprotein, apoenzyme => xúc tác p/ư với sự có mặt
của phần 2
•
Phần phi protein: là những chất h/cơ đặc hiệu gắn lỏng lẻo hay chặt
chẽ với phần 1 => thúc đẩy quá trình x/tác . Còn được gọi là chất
cộng tác (cofactor) vì có nó vtrò x/tác của phần 1 mới diễn ra

:;'<(=+(C6(?<<@6'78.9

Là protein,

Dựa vào bản chất hóa học, phân loại E:
•
E đơn cấu tử (E 1 thành phần):
VD: pepsin, trypsin, urease, amylase,…
•
E đa cấu tử (E 2 thành phần): VD catalase, oxydase, …
+ Phần protein: apoprotein, apoenzyme
+ Phần phi protein: chất cộng tác (cofactor)

D6&+EF<@6'78.9
E x/tác cho mọi p/ứng chuyển hóa tổng hợp chất
Cơ thể thiếu E => đình chỉ quá trình chuyển hóa => sinh vật không thể sống, sinh sản & phát triển bình
thường được, sự sống của sinh vật sẽ không tồn tại => E đóng vai trò quan trọng
Hiện nay, E được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Hơn 2000 E được khám phá, hơn 200 E thu được ở dạng
tinh thể.


=G+EH<<@6'78.9
Giống protein, ngoài ra có TTHĐ (k phải tất cả các phần của E th/gia x/tác mà chỉ có 1 cơ quan có tính
đặc hiệu)
TTHĐ gồm các nhóm hóa học hay l/kết peptide tiếp xúc trực tiếp với cơ chất, hoặc không tiếp xúc trực tiếp
nhưng có chức năng trực tiếp trong quá trình x/tác;
Các phần khác trong TTHĐ như cái khung giữ cho E có cấu trúc thích hợp với khả năng x/tác. Khung bị
ảnh hưởng bởi t
0
, pH, nồng độ.
Khung bị biến đổi => hoạt tính x/tác biến đổi
Các phần không l/quan đến h/tính E k làm ảnh hưởng đến h/tính nếu có tác động

Cơ chế xúc tác của TTHĐ
Mô hình “ổ khóa-chìa khóa” của Fisher

I<(=+<C<=G+EH<J(K'+L+(M<((NJ)O&.O&
<C+(PQR+(NJ)O&SP+TUJ(V<W
X(Y'(ZQ(OJ<;.V'2[
X(Y'(ZQ(OJ<;.V'2[
<@6U>(,6'\
<@6U>(,6'\
/>I<(R]H<+^<<@6
Theo Koshland: TTHĐ rất mềm dẻo, linh
hoạt, các nhóm chức năng của TTHĐ tự do
chưa ở tư thế sẵn sàng hoạt động, khi tiếp
xúc với S các nhóm chức năng này thay đổi
vị trí trong không gian, tạo thành hình thể
khớp với hình thể của cơ chất
(9U _&>(9E
(9U _&>(9E

:
:
TTHĐ có
TTHĐ có
cấu trúc kg gian nhất định
cấu trúc kg gian nhất định
& đã có sẵn. Khi th/gia
& đã có sẵn. Khi th/gia
x/tác, S sẽ lắp khít vào
x/tác, S sẽ lắp khít vào
TTHĐ như chìa khóa lắp
TTHĐ như chìa khóa lắp
vào ổ khóa
vào ổ khóa
1 ổ khóa chỉ khớp với 1
1 ổ khóa chỉ khớp với 1
chìa khóa, cách khác 1 E
chìa khóa, cách khác 1 E
chỉ x/tác cho 1 loại S nhất
chỉ x/tác cho 1 loại S nhất
định có cấu tạo tương ứng
định có cấu tạo tương ứng
E L- Lactate dehydrogenase (EC 1.1.1.27) (LDH)
Là E phổ biến trong thực vật & động vật, nó x/tác cho quá trình chuyển đổi giữa Pyruvate và
Lactate.
Trong điều kiện không có hoặc thiếu O
2,
LDH sẽ x/tác chuyển Pyruvate thành Lactate, đồng thời
oxy hóa NADH thành NAD+

. Về mặt sinh hóa, Lactate là kết thúc chết trong quá trình trao đổi chất
nhưng p/ứng phải xảy ra nhằm tái tạo NAD+ để glycosis tiếp tục trong cơ xương
Khi cơ thể muốn sử dụng Lactate, ph/ứng ngược lại từ Lactate thành Pyruvate chu trình xảy ra
trong gan, cũng được x/tác bởi E này
&`'<(=+<@6AJEU9'78.9a78.U29'B

Một số E không thể x/tác ngay khi vừa được tổng
hợp mà phải trải qua giai đoạn hoạt hóa mới có khả năng
x/tác

Quá trình hoạt hóa gồm: Thủy phân liên kết peptide;
loại bỏ đoạn peptide kìm hãm hay che lấp TTHĐ của E

Trọng lượng phân tử E sau hoạt hóa < Trọng lượng
phân tử proenzyme

Các proenzyme thường là các protease, được tổng
hợp ở tụy tạng, bao tử. Mỗi ProE. được hoạt hóa bởi một
E riêng.
&`'<(=+<@6AJEU9'78.9a78.U29'B

Một số E không có khả năng x/tác ngay khi vừa được
tổng hợp mà phải trải qua giai đoạn hoạt hóa

Trọng lượng E sau hoạt hóa < Trọng lượng
proenzyme
 EUb b+TU+(-'( b(UT+(C6
1
2

3
4
5
6
Pepsinogen
Chymotrypsinogen
Trypsinogen
Procarboxypeptidease
Proelastase
Angiotensinogen
Pepsin
Chymotrypsin
Trypsin
Carboxypeptidease
Elastase
Angiotensinase
Pepsin
Chymotrypsin, Trypsin
Enteropeptidease, Trypsin
Trypsin
Trypsin
Renin, Angiotensin
converting
c'2(56dG^+EY'(]e+^<+EU'2+Rf-U

E làm giảm Q hoạt hóa: các p/ứng sinh hóa trong tế bào sinh vật đều được
thực hiện ở t
0
bình thường, trùng với t
0

cơ thể  phản ứng E xảy ra ở t
0
bình
thường. Trong khi đó, các p/ứng hóa học muốn thực hiện được thường cần Q
rất lớn.
=> Như vậy các p/ứng E có Q hoạt hóa thấp gắn liền với quá trình tiến hóa
của sinh vật. Nếu t0 cơ thể tăng sẽ làm rối loạn quá trình sinh lý tế bào ==> cơ
thể sẽ chuyển sang trạng thái bệnh lý.

E tham gia p/ứng sẽ làm tăng tốc độ: Khi đó v chuyển hóa cơ chất tăng 
quá trình trao đổi chất tăng  số lượng và khối lượng tế bào tăng.
=> Nhờ hoạt động của E mà khối lượng cơ chất được chuyển hóa trong 1
đơn vị thời gian trong tế bào lớn gấp hàng trăm, hàng ngàn lần khối lượng tế
bào
=> E đóng vai trò duy trì trạng thái sinh lý tế bào, ảnh hưởng đến sự phát
triển và sinh sản của tế bào, và duy trì sự chuyển hóa vật chất trong các chu
trình tự nhiên.
c'2(56dG^+EY'(]e+^<+EU'2+Rf-U

E làm giảm Q hoạt hóa: p/ứng E xảy ra ở t
0
bình
thường. Trong khi đó, các p/ứng hóa học muốn thực hiện
được thường cần Q rất lớn.

E làm tăng tốc độ p/ứng: khi đó v chuyển hóa cơ chất
tăng  quá trình trao đổi chất tăng  số lượng và khối
lượng tế bào tăng.

E làm S biến đổi mạnh về cấu trúc & tính chất hóa

học tạo P

Quá trình xúc tác diễn ra qua các giai đoạn:
•
E kết hợp S bởi các liên kết yếu tạo phức hệ E-S
•
S trong phức hệ E-S thay đổi cấu hình không gian &
mức độ bền vững của các liên kết làm cho các liên kết
bị phá vỡ & tạo P
•
Sản phẩm tạo thành tách khỏi E
I<(R+^<\g'2<@6