BÁO CÁO TIỂU LUẬN “ Phản ứng oxy hóa khử sinh học, bản chất ứng dụng trong xử lý chất thải”

VIỆN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP. HỒ CHÍ MINH
MÔN HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
------------------------------------

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
“ Phản ứng oxy hóa khử sinh học, bản chất
ứng dụng trong xử lý chất thải”
Giảng viên : TS. MAI TUẤN ANH
Học viên : Lê Thị Trúc Phương
Đào Thanh Tùng
Nguyễn Thị Mai Trúc

Tháng 06 năm 2011


ĐẶT VẤN ĐỀ
 - Các phương pháp xử lý hoá học và
sinh học thông thường ngày càng khó
đạt được mức độ cần thiết để loại bỏ các
chất ô nhiễm.
 - Do đó, cần phải triển khai những
phương pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn,
đáng tin cậy hơn và với những dụng cụ
đơn giản hơn so với những hệ thống xử
lý hiện hành.


 - Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được
enzyme có nhiều khả năng và triển vọng
giải quyết vấn đề nêu trên trong giám
định và xử lý ô nhiễm môi trường.

 - Hầu hết những quy trình xử lý rác thải
đều sử dụng một trong hai phương pháp
hoá lý hoặc sinh học hoặc kết hợp.
 - Phương pháp xử lý bằng enzyme là
trung gian giữa hai phương pháp truyền
thống, nó bao gồm các quy trình hoá học
trên cơ sở hoạt động của các chất xúc
tác có bản chất sinh học.


NỘI DUNG
- TỔNG QUAN
- CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZIM
- ỨNG DỤNG CỦA ENZYM
TRONG BẢO VỆ MÔI TRUỜNG


Tổng quan
- Tổng quan về phản ứng oxy hóa khử
sinh học
- Tổng quan về enzym
+ Cách gọi tên emzym
+ Phân loại enzym
Phân loại theo bản chất hoá học
Phân loại theo cơ chế xúc tác của
enzym


Tổng quan về phản ứng oxy
hóa khử sinh học

- Nguồn năng lượng cần thiết do cơ thể sinh
vật thu được từ ánh sáng mặt trời.
- Năng lượng mặt trời được tàng trữ trong
các liên kết hóa học của hợp chất hữu cơ
do thực vật tạo nên từ CO2 và H2O trong
quá trình quang hợp
- Năng lượng mặt trời chuyển thành năng
lượng hóa học, nước bị phân giải thành
hydro và oxy


Tổng quan (tt)
- Oxy được thải vào không khí, còn hydro liên
hợp với carbon (trong CO2) để tạo ra chất
hữu cơ của thực vật.
- Cơ thể sinh vật “đốt cháy” các sản phẩm
dinh dưỡng chất hữu cơ bằng oxy, và chuyển
hóa chúng thành CO2 và H2O đồng thời sử
dụng năng lượng được giải phóng ra để đáp
ứng các nhu cầu hoạt động sống.


Tổng quan (tt)
Như vậy: Những phản ứng phân hủy (biến
đổi dị hóa) này có kèm theo giải phóng
năng lượng được tiến hành trong tế bào
sống với sự tham gia của những hệ
enzyme đặc biệt chính là quá trình oxy
hóa khử sinh học.

Tổng quan về enzym
Cách gọi tên enzym
Năm 1898 Duy-cơ-lô đã đề ra qui tắc gọi
enzym theo tên La tinh của cơ chất hoặc
của phản ứng sau khi thêm vĩ ngữ "ase"
vào gốc chữ.


Phân loại enzym
Phân loại theo bản chất hoá học: dựa vào
bản chất hoá học người ta chia enzym ra
làm 2 lớp: lớp enzym đơn giản và lớp
enzym phức tạp


Lớp enzym đơn giản :
- Có thành phần thuần tuý là acid amin.
- Và tính xúc tác sinh học của chúng được
qui định bởi cấu trúc của phân tử protein.
Ví dụ enzym: pepsin, trypsin, urease...


- Lớp enzym phức tạp, tương ứng với một
enzim phức tạp, trong phân tử có 2
phần: phần protein và phần nhóm ghép
không phải bản chất protein.


Phân loại theo cơ chế xúc tác của enzym :

Tại Hội nghị sinh hoá học Quốc tế cuối
năm 1961 họp tại Moscow đã đề ra một
bảng phân loại mới, trong đó enzym
được chia ra làm 6 lớp.


- Oxydoreductase (Lớp enzym oxy hoá
hoàn nguyên sinh học)
- Hydrolase (Lớp enzym thuỷ phân)
- Lia se (Lớp enzym phân giải chất không
theo con đường thuỷ phân)
- Ligase hay Syntetase (Lớp enzym tổng
hợp chất)
- Transferase (Lớp enzym vận chuyển)
- Isomerase hay Mutase (Lớp enzym đồng
phân hoá)


cơ chế hoạt hóa Enzym
Trong cơ thể enzym được sản sinh ở các cơ
quan hay các tuyến. Những enzym này ban
đầu thường ở dạng chưa hoạt động gọi là
chuẩn enzym (proferenzyme) muốn hoạt
động được enzym phải nhờ chất hoạt hoá.
Có 3 kiểu hoạt hoá:


- Các ion kim loại hoá trị 2 tham gia vào cấu
tạo trung tâm hoạt động để vận chuyển điện
tử hoặc làm cầu nối để gắn cơ chất vào

enzym


- Cắt một đoạn enzym tạo trung tâm hoạt
động của enzym


Cơ chế ức chế của enzym
- Cơ chế ức chế của enzym: là quá trình
trung tâm hoạt động bị phong bế.
- Hiện tượng ức chế của enzym là hiện
tượng rất phổ biến trong đời sống sinh
vật, 90% ngộ độc là do enzym bị ức chế.
- Những chất thường gây ra hiện tượng
ức chế enzym là kim loại nặng, hợp chất
hữu cơ và vô cơ.


Tính đặc hiệu của enzym
- Đa số các enzym có tính chọn lọc đối
tượng tác động một cách rõ rệt, mỗi một
enzym chỉ tác động lên một cơ chất, một
kiểu phản ứng hoặc một loại phản ứng,
có nghĩa là tác dụng của enzym có tính
đặc hiệu. Hiện tượng này có liên quan
đến cấu trúc phân tử và trung tâm hoạt
động của enzym.


Có 4 kiểu đặc hiệu của enzym:

- Đặc hiệu tuyệt đối
- Đặc hiệu tương đối
- Đặc hiệu theo kiểu phản ứng
- Đặc hiệu theo kiểu hình học không gian


Điều kiện hoạt động của enzym
Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Ở nhiệt độ cao (> 70 - 800C) enzym bị tê
liệt và phá huỷ do rối loạn về cấu trúc
phân tử bậc 2, 3 làm hỏng trung tâm
hoạt động được tạo nên từ các acid
quan trọng và nhóm ghép
- Những nhiệt độ quá thấp (gần hoặc dưới
00C) hoạt động của enzym yếu dần và
hầu như dừng hẳn lại nhưng enzym
không bị phá huỷ


- Ảnh hưởng của pH: mỗi enzym có vùng
pH hoạt động tốt nhất riêng cho mình.
- Sở dĩ như vậy là vì enzym có nguồn gốc
protein nên khi pH thay đổi sẽ ảnh
hưởng tới độ phân ly các nhóm chức cấu
trao nên trung tâm hoạt động của enzym
như OH, SH...


Ảnh hưởng của nồng độ enzym và cơ chất
- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: nếu

nồng độ đó thấp thì tốc độ enzym xúc tác
chậm dần, nhưng nếu nâng nồng độ lên
mãi thì đến một lúc tốc độ xúc tác thôi
không tăng vì nó đã đạt được tối đa
(Vmax) lúc này phản ứng lập hợp chất
trung gian (ES) và giải phóng sản phẩm
(ES → E + P) tiến hành nhanh nhất


- Ảnh hưởng của nồng độ enzym: trong
điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng
phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzym:
V=k [E] .
- Trong đó:
V là tốc độ phản ứng,
[E] là nồng độ enzym


Ứng d ụng c ủa enzym
trong b ảo v ệ môi
tr ường

- Các enzyme oxidoreductase trong xử lý
môi trường
+ Các enzyme peroxidase phân lớp
EC 1.11
a) Catalase (ký hiệu EC 1.11.1.6) xúc tác
phản ứng đặc hiệu phân huỷ H2O2. Ngoài
ra, catalase còn có thể phân huỷ
formaldehyde, formic acid và alcohol.