CÔNG NGHỆ ENZYME

CHÖÔNG
COÂNG NGHEÄ ENZYME

1


Tài liệu tham khảo
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

Hóa sinh công nghiệp- Lê Ngọc Tú
Công nghệ enzyme- Đặng Thị Thu
Công nghệ enzyme- Nguyễn Trọng Cẩn
Các tài liệu hóa sinh
Động học các quá trình xúc tác sinh học- Trần Đình Toại
Food enzymes- Dominic .W.S. Wong
Biotechnology, volume 9- G.Reed and T.W. Nagodawithana
Food biotecnology- R.D. King and P.S.J. Cheetham
Novel enzyme technology for food applications- Robert Rastall-CRC Press
Enzyme in industry- Wolfgang Achle-Wiley VCH

2

NỘI DUNG

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Khái niệm, tính chất, phân loại
Cơ chế phản ứng
Ứng dụng
Động học enzyme
Thu nhận enzyme
Enzyme cố định
Thiết bị phản ứng enzyme

3


CHẤT XÚC TÁC

-

Thay đổi tốc độ phản ứng: dương, âm
Giúp chuyển hóa lượng lớn chất phản ứng
Tỉ lệ chất phản ứng: chất xúc tác lớn
Sau phản ứng: không đi vào sản phẩm cuối, không biến đổi, không thay đổi

số lượng

H 2 + O2 

H2O

Đường bốc cháy, không caramel hóa, khi
rắc lên 1 ít tàn thuốc lá (một số muối, oxit

platine

vô cơ)

4


ENZYME- Khái niệm
Chất xúc tác sinh học

-

Do sinh vật tổng hợp
Xúc tác phản ứng trong cơ thể
Đặc tính:

-

Cường lực cao: 1g pepsin, 5kg protein trứng (2h), 1 β-amylase, 4000 glucoside
Đặc hiệu
0

Xúc tác mềm= điều kiện bình thường: 30-50 C, pH trung tính, áp suất thường. . . .
Bản chất: chủ yếu là protein

5


Back
6


TÍNH ĐẶC HIỆU
Chuyển hóa 1 hoặc 1 số ít cơ chất không tạo sản phẩm phụ
Tuyệt đối: 1 cơ chất nhất đònh, vd urease
Tương đối= đặc hiệu liên kết hóa học: lipase: liên kết ester
Đặc hiệu nhóm= đặc hiệu liên kết + điều kiện Carboxypeptidase: peptide gần
–COOH tự do
Đặc hiệu quang học: 1 trong 2 đồng phân, L hoặc D, cis hoặc trans
Đặc hiệu môi trường: chymoptrypsin, trypsin

7


BẢN CHẤT ENZYME- Protein

 phân tử lượng lớn: 20-1000kDa  không qua được màng bán thấm
 Cầu tan trong nước
 Có cấu trúc bậc 4 Dễ bò biến tính mất hoạt tính: nhiệt, acid, kiềm, kim loại
năng. . .

 Lưỡng tính: âm, dương, trung hòa tùy pH

Catalase

8


Enzyme
ENZYME 1 CẤU TỬ

ENZYME 2 CẤU TỬ

= ENZYME ĐƠN GIẢN

= ENZYME PHỨC TẠP

= CHỈ CÓ PROTEIN

= PROTEIN + PHI PROTEIN (prosthetic
hoặc coenzyme: kim loại, vitamine. . .)

amylase
9


GỌI TÊN
TÊN THÔNG THƯỜNG: amylase, bromelin
TÊN THƯƠNG MẠI: vd: neutrase là emzyme dùng trong sx bia của hãng Novo
Đan Mạch
THEO QUI ƯỚC QUỐC TẾ

-

Phần 1: tên cơ chất đặc hiệu
Phần 2: kiểu phản ứng enzyme xúc tác
Phần 3: đuôi “ase”

Vd: alcohol dehydrogenase= enzyme xúc tác phản ứng làm mất H của rượu

10


PHÂN LOẠI
LỚP
(class)

LỚP PHỤ

cùng tính chất đặc trưng cho phản ứng do
enzyme xúc tác. 6 lớp

cùng lớp nhưng tác động lên nhóm chức hoặc
liên kết khác

(subclass)

NHÓM

cùng lớp phụ, cơ chất khác

(section)

11


6 LỚP ENZYME
EC 1: Oxyreductase: oxi hóa khử
EC 2: Transferase: chuyển nhóm chức
EC 3: Hydrolase: thủy phân
EC 4: Lyase: tách nhóm chức không cần nước
EC 5: isomerase: đồng phân hóa
EC 6: ligase: tạo liên kết có ATP tham gia

12


OXYREDUCTASE: oxi hóa khử
Có 4 nhóm

•
-

Dehydrogenase:
Tách H trực tiếp từ cơ chất
+
+
Có các coenzyme: NAD , NADP , . . .
Có vai trò trong sinh tổng hợp
Vd: alcohol dehydrogenase, chuyển rượu thành aldehyd
CH3CH2OH + NAD

+

 CH3CHO + H

+

Oxidase

-

Chuyển e đến Oxi oxi có khả năng kết hợp với proton
Vd: Cytocrom C oxydase xúc tác

4 ferrocytocrom C + O2 + 4H

+

 4 ferricytocrom C + H2O

13


OXYREDUCTASE: oxi hóa khử
Oxygenase

-

Xúc tác phản ứng kết hợp oxi vào hợp chất hữu cơ
Gồm oxygenase (kết hợp O2) và hydroxylase (kết hợp OH)
Peroxydase

-

Xúc tác oxi hóa các chất hữu cơ khi có H2O2
Điển hình là catalase, giải độc H2O2 cho cơ thể
Vd: catalase
H2 O2

+ H2 O 2  O2 +

2H2O

14


TRANSFERASE
Xúc tác chuyển các gốc, nhóm từ chất này sang chất khác. Tùy bản chất nhóm
Acyl-transferase: chuyển nhóm acyl, quan trọng trong trao đổi chất
Glucozyl-transferase: chuyển gốc đường
Amino-transferase: chuyển amin từ acid amin sang α-ketoacid acid amin
mới
Phospho-transferase (kinase): chuyển gốc phosphat từ ATP đến –OH của
alcohol hoặc đường

15


HYDROLASE
Xúc tác phản ứng thủy phân, luôn có nước tham gia
Không cần coenzyme
Quan trọng trong quá trình tiêu hóa

-

Peptihydrolase: thủy phân liên kết peptide
Lipase (esterase): thủy phân liên kết ester trong dầu mỡ
Glycoside hydrolase: thủy phân glucoside trong tinh bột, cellulose

16


Lyase
Tách nhóm chức không cần nước
Ví dụ: pyruvat-decarboxylase, loại CO2 khỏi pyruvat  Acetaldehyd

-

Xảy ra trong quá trình lên men rượu
CH3COCOO 

CH3CHO +

CO2

isomerase
Đồng phân hóa hình học, quang học, chuyển vò nội phân
Ví dụ: Glucoisomerase chuyển glucose thành fructose

17

Ligase
Xúc tác tổng hợp các chất hữu cơ
Ví dụ:
Pyruvat-carboxylase chuyển C đến acid
pyruvic và tạo thành oxaloacetic
Trong chu trình krebs quan trong trong
trao đổi chất

18


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
Làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng
Ví dụ:
H2O2

 H2O+

O2

- Năng lượng hoạt hóa: 18 kcal/mol
- Có xúc tác hóa học platin: 11,7 kcal/mol

-

Có enzyme: 5,5 kcal/mol
Năng lượng hoạt hóa giảm tốc độ phản ứng tăng lên

19

20


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
3 giai đoạn

E

+

S

Giai đoạn 1:

ES

bằng liên kết yếu
- Tạo phức enzyme-cơ chất (ES)

 đứt liên kết đồng hóa trò

+

E

Giai đoạn 3:

Giai đoạn 2:

- Biến đổi cơ chất
- Kéo căng

- Enzyme kết hợp với cơ chất

P

- Tạo sản phẩm (P)
- Giải phóng E tự do

- Xảy ra nhanh, cần ít năng lượng

21


TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG

•
•
-

Là một phần rất nhỏ của phân tử enzyme
Gồm:
Tâm xúc tác: tham gia vào hoạt động xúc tác
Miền xúc tác: tham gia tạo liên kết với cơ chất

22


TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG

•

Tâm hoạt động có thể là:

- Các nhóm chức của phần protein
- Các nhóm ngoại

•

Các nhóm tạo tâm hoạt động xa nhau trong mạch peptide nhưng gần về không
gian. Đủ gần để tương tác

23


24


Tâm hoạt động - S: tương ứng về cấu trúc
theo kiểu:

25