CHƯƠNG I: ENZYME NỘI DUNG CHƯƠNG • GiỚI THIỆU VỀ ENZYME • CÁCH GỌI TÊN ENZYME • CẤU TẠO ENZYME • TÍNH CHẤT CỦA ENZYME • CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ENZYME • MỘT SỐ ENZYME ĐỊNH NGHĨA ENZYME

CHƯƠNG I: ENZYME NỘI DUNG CHƯƠNG • GiỚI THIỆU VỀ ENZYME • CÁCH GỌI TÊN ENZYME • CẤU TẠO ENZYME • TÍNH CHẤT CỦA ENZYME • CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ENZYME • MỘT SỐ ENZYME ĐỊNH NGHĨA ENZYME • Đây là các kiến thức tổng quát về ENZYME cũng như cấu tạo chức năng của các loại enzyme

CHƯƠNG I:

ENZYME

NỘI DUNG CHƯƠNG

• GiỚI THIỆU VỀ ENZYME

• CÁCH GỌI TÊN ENZYME

• CẤU TẠO ENZYME

• TÍNH CHẤT CỦA ENZYME

• CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ENZYME

• MỘT SỐ ENZYME

CẤU TẠO ENZYME

ENZYME ĐƠN GIẢN (1 THÀNH PHẦN) ENZYME PHỨC TẠP (2 THÀNH PHẦN)

ENZYME ĐƠN GIẢN

• 1 THÀNH PHẦN:

PROTEIN

Đa số là enzyme xúc tác

ENZYME

PHỨC TẠP

PROTEIN

NHÓM GHÉP

ENZYME

APO ENZYME

CO ENZYME

• VITAMIN (B2, B1, B6)

• ION KIM LOẠI: Ca2+, Cu2+,

TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG

• Là bộ phận dùng để liên kết với cơ

• Năng lượng hoạt hóa: Các phản ứng hóa học chỉ có thể xảy ra khi các phân tử tham gia phản ứng va chạm nhau ở vị trí xảy ra phản ứng và ở trạng thái hoạt động Muốn hoạt hóa các phân tử cần cung cấp năng lượng cho chúng.

• Các chất xúc tác nói chung và xúc tác

enzyme đều có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hóa

• Trong phản ứng phân hủy H2O2 thành H2O

và O2

– Không có chất xúc tác: NLHH là 18 Kcal/mol, – Chất xúc tác là platin: NLHH là 11,7 Kcal/mol, – Enzyme catalase xúc tác: NLHH 5,5 Kcal/mol.

CƠ CHẾ XÚC TÁC

E + S ES ES* E + P

(1) : Enzyme (E) liên kết với cơ chất (S)

(2) : S bị biến đổi, các liên kết trong S trở nên lỏng lẻo.

(3) : Hình thành sản phẩm (P), E trở lại trạng thái ban đầu

(1) (2) (3)

GLUC OSE

PHÂN LOẠI ENZYME

6 NHÓM:

- SYNTHE TASE (LIGASE): enzyme tổng hợp

• Xúc tác sự vận chuyển hydrogen, sự

chuyển electron, sự oxy hóa bởi oxy phân

tử, bởi hydrogen peroxide hoặc bởi các

chất oxy hóa khác

• Trong lớp transferase bên cạnh

transaminase và methyltransferase còn có các kinase khác nhau (xúc tác chủ yếu

cho sự vận chuyển của gốc phosphate từ hợp chất cao năng tới chất khác, một

phần lớn các enzyme trước kia gọi là

mutase và một vài loại synthetase)

• Bao gồm các enzyme phân giải ester (ví

dụ lipid), glucoside, amide, peptide,

protein

• Các enzyme xúc tác cho phản ứng phân cắt không cần nước, loại nước tạo thành nối đôi hoặc kết hợp phân tử nước vào nối đôi

• Thuộc vào lớp này có các enzyme được gọi là hydratase, aldolase, decarboxylase cũng như một số desaminase

• Bao gồm:

– Những enzyme chuyển hóa các đồng phân

hình học và đồng phân quang học (như

alaninracemase)

– Các enzyme xúc tác cho các phản ứng ví dụ

sự chuyển hóa aldose thành cetose

(glucosophosphate isomerase, trước kia gọi

là phosphohexoisomerase) hoặc biến đổi vị trí của liên kết ester bên trong phân tử (ví dụ

phosphoglucomutase)

SYNTHETASE (LIGASE)

• Các enzyme xúc tác cho phản ứng tổng hợp có sử dụng liên kết giàu năng lượng ATP v.v

CƯỜNG LỰC XÚC TÁC

TÍNH ĐẶC HIỆU

–ĐẶC HIỆU PHẢN ỨNG

–ĐẶC HIỆU CƠ CHẤT

–ĐẶC HIỆU QUANG HỌC (LẬP THỂ)

• Ví dụ, amino acid có khả năng tham gia phản ứng khử carboxyl nhờ enzyme

aminoacid oxydase, phản ứng khử amin bằng decarboxylase và phản ứng vận

chuyển nhóm amin xúc tác bởi

aminotransferase

PHÂN LOẠI ENZYME

6 NHÓM:

- SYNTHE TASE (LIGASE): enzyme tổng hợp

ĐẶC HIỆU CƠ CHẤT

• Mỗi phản ứng cần có một enzyme tương ứng xúc tác, gọi là đặc hiệu phản ứng.

–Đặc hiệu tương đối

–Đặc hiệu tuyệt đối

–Đặc hiệu nhóm

–Đặc hiệu quang học (lập thể)

Enzyme sau đây có tính đặc hiệu gì?

• Urease: chỉ phân giải được ure mà không phân giải được cơ chất nào khác.

• Trypsin: cắt liên kết –CO-NH-, nhưng yêu cầu cạnh liên kết

peptide phải có a.a kiềm tính như Lys, Arg…

• Lipase có thể cắt tất cả các liên kết ester trong các phân tử

lipid.

• Chymotrypsin: cắt lk NH- nhưng yêu cầu liên kết

–CO-NH- phải có gốc a.a có vòng thơm như phe, Tryp, Tyr.

• Fumarate hydratase chỉ xảy ra đối với L-malic acid mà không tác dụng lên D-malic acid

• Enzyme maltase thuộc nhóm α-glucosidase chỉ xúc tác cho

phản ứng thủy phân liên kết glucoside được tạo thành từ nhóm -OH glucoside của α-glucose với nhóm -OH của một monose khác.

• Enzyme có thể lựa chọn đối với các chất tham gia phản ứng Mỗi enzyme chỉ

chuyên xúc tác cho một hoặc một vài cơ chất nhất định và mức độ đặc hiệu của nó tùy thuộc vào từng loại enzyme

ĐẶC HIỆU CƠ CHẤT

TUYỆT ĐỐI

• Một số enzyme hầu như chỉ xúc tác cho

phản ứng chuyển hóa một cơ chất xác

định và chỉ xúc tác cho phản ứng ấy mà

thôi

• Ví dụ: Các enzyme urease, arginase ngoài các cơ chất đặc hiệu của chúng là urê,

arginine (theo thứ tự tương ứng) chúng

cũng có thể phân giải một vài chất khác

nhưng với vận tốc thấp hơn nhiều

• Ví dụ: Enzyme carboxylpeptidase có khả năng phân hủy liên kết peptide gần nhóm -COOH tự do, nghĩa là liên kết peptide

ở cuối mạch polypeptide; enzyme maltase thuộc nhóm α-glucosidase chỉ xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết glucoside

được tạo thành từ nhóm -OH glucoside

của α-glucose với nhóm -OH của một

monose khác

ĐẶC HIỆU CƠ CHẤT NHÓM

TƯƠNG ĐỐI

• Mức độ đặc hiệu của các enzyme thuộc

nhóm nay kém hơn nhóm trên Enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết

hóa học nhất định trong phân tử cơ chất

mà không phụ thuộc vào cấu tạo của các phần tham gia tạo thành mối liên kết đó

• Ví dụ: Enzyme lipase có khả năng thủy phân được tất cả các liên kết ester

Aminopeptidase có thể xúc tác thủy phân nhiều peptide Esterase có thể tác dụng lên hàng loạt các ester của phosphoric acid

ĐẶC HIỆU QUANG HỌC

• Hầu như tất cả các enzyme đều có tính

đặc hiệu không gian rất chặt chẽ, nghĩa là enzyme chỉ tác dụng với một trong hai

dạng đồng phân không gian của cơ chất Enzyme chỉ tác dụng với một trong hai

dạng đồng phân quang học của các chất

• Enzyme cũng thể hiện tính đặc hiệu lên một dạng đồng phân hình học cis hoặc

trans

• Ví dụ:

– Phản ứng khử nước của malic acid để tạo

thành fumaric acid dưới tác dụng của

fumarate hydratase chỉ xảy ra đối với L-malic acid mà không tác dụng lên D-malic acid.

– Enzyme fumarate hydratase chỉ tác dụng lên dạng trans của fumaric acid mà không tác

dụng lên dạng cis để tạo thành L-malic acid.

Katal (Kat): Đơn vị Kat là lượng enzyme có khả năng xúc tác làm chuyển hoá được 1 mol cơ chất sau một giây ở điều kiện chuẩn.

1 Kat = 1 mol cơ chất / giây1UI = 1/60 x 10-6 Kat = 16,67 nKat (nanoKatal)

PHÂN LOẠI ENZYME

6 NHÓM:

- SYNTHE TASE (LIGASE): enzyme tổng hợp

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

Ảnh hưởng của nồng độ

enzyme

• Trong đk dư thừa S ([S] >>[E]):

– Vphản ứng phụ thuộc vào [E],

– v= K[E] (có dạng y=ax)

-> Nhờ đó người ta đã đo [E] bằng cách đo vận tốc phản ứng do enzyme đó xúc tác.

Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất

• Phản ứng ES → P + E là phản ứng quan trọng nhất, quyết định toàn bộ quá trình chuyển hoá S → P

• Vphản ứng ES → P + E tỉ lệ với nồng độ ES Khi CES càng cao thì Vphản ứng càng cao

V/2 = Vmax/ (Km + [S])

Km(mol/l): hằng số Michaelis

Năm 1934, Lineweaver và Burk, trên cơ sở của

phương trình Michaelis menten đã nghịch đảo để biến thành dạng đường thẳng y = ax+b, nó có ý nghĩa lớn đối với việc

nghiên cứu kìm hãm

enzyme.

• Hằng số Michaelis:

– Xác định ái lực của enzyme với cơ chất – Km càng nhỏ thì ái lực này càng lớn, tốc độ phản ứng càng cao vì tốc độ tối đa V đạt ở giá trị nồng độ cơ chất càng thấp.

Ảnh hưởng của chất kìm hãm

• Chất kìm hãm: làm giảm hoạt tính enzyme khi chúng có mặt trong phản ứng, nhưng lại không bị enzyme làm thay đổi tính chất hóa học, cấu tạo hóa học và tính chất vật lý

• Bao gồm: các ion, các phân tử vô cơ, các chất hữu cơ và cả protein

Kìm hãm cạnh tranh (competitive inhibition)

• Có cấu trúc tương tự như của cơ chất

• Chúng thường là những chất kìm hãm thuận

nghịch, có khả năng kết hợp với TTHĐ của

enzyme và khi đó chúng sẽ chiếm vị trí của cơ chất trong TTHĐ

• Khi chất kìm hãm đã chiếm vị trí của cơ chất trong TTHĐ thì cơ chất sẽ không có cơ hội tiếp cận

• Cơ chế loại trừ lẫn nhau của chất kìm hãm và cơ chất làm giảm số lượng các enzyme kết hợp với

cơ chất Kết quả là hoạt động của enzyme sẽ

giảm.

Kìm hãm không cạnh tranh (uncompetitive inhibition)

• Chất kìm hãm không chiếm TTHĐ của

enzyme mà chỉ kết hợp với một vị trí nào

đó ngoài vùng TTHĐ của enzyme

• Sự kết hợp dẫn đến làm thay đổi cấu trúc không gian của phân tử enzyme theo

chiều hướng bất lợi cho hoạt động xúc

tác Vì thế, các chất kìm hãm làm giảm

hoạt động của enzyme

• Kìm hãm bởi sản phẩm phản ứng Các

sản phẩm của phản ứng có thể đóng vai trò như chất kìm hãm không cạnh tranh –

• Kìm hãm do thừa cơ chất.

Ảnh hưởng của chất hoạt hóa

• Là các chất có tác dụng làm tăng hoạt tính của enzyme

• Ví dụ:

– Tác dụng của anion chloride, brom, iode đến

hoạt độ của α-amylase động vật;

– Tác dụng của một số ion kim loại như Mn 2+ ,

Zn 2+ đối với hoạt độ của các protease;

– Mg 2+ hoạt hóa các enzyme mà cơ chất đã được phosphoryl hóa như pyrophosphatase (cơ chất

là pyrophosphate), adenosintriphosphatase (cơ chất là ATP).

• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng enzyme

• Ảnh hưởng của pH đến phản ứng

enzyme

ỨNG DỤNG ENZYME

ƯU ĐIỂM:

• Hiệu quả xt cao (tăng vpu 105 – 1012 lần)

• E có thể hoạt động ở điều kiên t, p bình

thường (t = 20-40oC, pH = 5-8)

• Tính đặc hiệu cao, tính đặc hiệu lập thể…

• Nhiều E không mất hoạt tính trong dung môi hữu cơ

trường

CÁCH SỬ DỤNG ENZYME

• 2 CÁCH:

– Không tách E khỏi nguyên liệu

– Tách E khỏi nguyên liệu: chế phẩm E

• Ứng dụng trong y, dược.

KIỂM TRA

1 Mức độ hoạt động của enzyme phụ

thuộc vào yếu tố nào?

2 Mối quan hệ giữa nồng độ enzyme và tốc độ phản ứng thể hiện thông qua phương trình nào?

a Nồng độ enzyme a v = k [E]

b Nồng độ cơ chất b V = k [S]

c Chất kìm hãm c Phương trình Michaelis - Menten

d Chất hoạt hóa d Phương trình nghịch đảo Michaelis

-Menten

3 Khi nào thì tốc độ phản ứng sẽ phụ

thuộc và tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme?

4 Nồng độ cơ chất và tốc độ phản ứng quan hệ với nhau thông qua phương trình gì?

a Khi [s] rất lớn a v = k [E]

b Khi [s] rất nhỏ b V = k [S]

c Khi [E] rất lớn c Phương trình Michaelis - Menten

d Khi [E] rất nhỏ d Phương trình nghịch đảo Michaelis

-Menten

d Dự trữ chất dinh dưỡng d Tất cả đều đúng

3 Đặc điểm nào sau đây nói về cấu tạo

của chất kìm hãm cạnh tranh của enzyme?

4 Đặc điểm nào sau đây là của chất kìm hãm cạnh tranh?

a Có tính chất giống tính chất cơ chất a Kết hợp vào trung tâm hoạt động của

enzyme và thúc đẩy nhanh vận tốc phản ứng

b Có cấu trúc gần giống cấu trúc của cơ chất b Kết hợp vào trung tâm hoạt động của

enzyme và làm giảm số lượng phân tử enzyme kết hợp vào cơ chất

c Có cấu trúc gần với trung tâm hoạt động

KIỂM TRA

1 Chất kìm hãm không cạnh tranh có

đặc điểm gì ?

2 Chất kìm hãm enzyme có tác dụng gì?

a Chèn vào được cơ chất a Làm tăng độ hoạt động của enzyme

b Hình dạng lớn hơn cơ chất b Làm tốc độ phản ứng tăng

c Chèn vào được enzyme c Làm giảm độ hoạt động của enzyme

d Gắn vào vị trí không phải là trung tâm

b Có kích thước nhỏ b Khi có 1 chất gắn vào có thể kìm hãm hoặc

hoạt hóa phản ứng xúc tác của enzyme và cơ chất

c Có hình dạng tương tự enzyme c Chính là trung tâm hoạt động

d Làm giảm tốc độ phản ứng d Chính là phần coenzyme

• Trong công nghệ sản xuất bột:

– Cellulase, pectinase, glucanase…

TRONG CHẾ BIẾN TINH BỘT

• Thuộc nhóm enzyme thủy phân

• Xúc tác phân giải liên kết glycoside nội phân tử trong nhóm polysaccharide với

sự tham gia của nước

• Có 6 loại enzyme được xếp vào hai

nhóm: endoamylase và exoamylase

• Endoamylase: Các enzyme này thủy phân các

liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide

oligo-1,6-• Exoamylase: là những enzyme thủy phân tinh

bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide.

– β-amylase

– γ-amylase

ENZYME AMYLASE

• α – Amylase: là 1 metaloenzyme (Calcicum),

không ít hơn 1-6 nguyên tử gam/mol Ca thamgia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme

• Amylase bị kìm hãm bởi các ion kim loại như

Cu2+, Ag+, Hg2+

• Li+, Na+, Cr3+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Sn2+ không ảnhhưởng

Enzyme α-amylase

• Còn gọi là 1,4-α-glucan-glucanhydrolase

• Có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4 glucoside nằm

ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hay

glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả

• α-amylase có trong hệ tiêu hóa của người, động vật, thực vật, nấm mốc và vi khuẩn

• α-amylase của động vật có pHopt= 6,7 - 7, là một

calcium metalloenzymes

Enzyme  -amylase

• Còn gọi là 1,4-α-D-glucan maltohydrolase

• Phân bố chủ yếu trong thực vật (hạt, củ) đặc biệt có nhiều ở ngũ cốc nảy mầm,

• pHopt= 4-5, topt = 50 - 60 o C, ở 70 o C enzyme mất hoạt tính, bền với acid,

• Chỉ cắt đứt liên kết 1,4-glucoside từ đầu không khử từng 2 gốc glucose

• Chỉ phân giải 40-50% tinh bột, gọi là enzyme đường hóa

• Sản phẩm thủy phân chủ yếu là maltose và  -dextrin (dextrin giới hạn).

• Sản phẩm chủ yếu của sự thủy phân là α-glucose

•  -amylase còn gọi là enzyme đường hóa điển hình.

QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT

• Giai đoạn đầu: còn gọi là giai đoạn dextrin hóa Độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanhchóng

• Giai đoạn hai (giai đoạn đường hóa): cácphân tử -dextrin tiếp tục bị thủy phân chođến khi tạo thành các disaccharide và cuốicùng là monosaccharide

→ Dưới tác dụng của -amylase:

tinh bột →glucose, maltose, maltotetrose, dextrin phân tử thấp

• Enzyme được sử dụng trong công nghệ sản xuất siro fructose phải là những enzyme chịu nhiệt

• Thường được thu nhận từ vi khuẩn Bacillus

licheniformis, Bacillus stearothermophilus…

Ứng dụng enzyme trong

sản xuất glucose

• Hướng 1: Sử dụng amylase

– Khi thủy phân tinh bột bằng acid cũng như bằng

amylase sẽ thu được mật

– Mật glucose hay mật maltose thường được dùng

trong sản xuất bánh kẹo và trong sản xuất các sản phẩm ăn kiêng cho trẻ em và người bệnh.

Ứng dụng enzyme trong sản

xuất maltodextrin

• Cấu tạo maltodextrin: từ 3-19 đơn vị glucose, DE từ

4-20, đặc tính maltodextrin phụ thuộc DE

• Maltodextrin thường có độ nhớt cao, sản phẩm có thể dạng bột hay dung dịch dậm đặc

• Thường được sử dụng tạo màng mỏng dễ phân hủy

để bọc kẹo, trái cây; tạo hình, làm chất trợ sấy; làm chất kết dính, taọ vị ngọt nhẹ

• Enzyme: α - amylase

ENZYME PROTEASE

• NHÓM: ENZYME THỦY PHÂN

• CƠ CHẤT: PROTEIN, PEPTIDE

• NGUỒN GỐC

– ĐỘNG VẬT: PEPSIN, RENNIN

– THỰC VẬT: BROMELINE, PAPAIN, FICIN

– VI SINH VẬT

TRONG CHẾ BIẾN THỊT CÁ

 Enzyme của đường tiêu hoá

 Papain, bromelin, ficin

 Collagenase

LÀM MỀM THỊT

PROTEASE

KHÁI NIỆM

 Protease (peptide – hydrolase 3.4) là tên gọi chung cho nhóm enzyme xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptide (-CO-NH- )n trong phân tử protein, polypeptide đến sản phẩm cuối cùng

là các acid amin, pepton hoặc di-tripepton

 Nhiều protease cũng có khả năng thủy phân liên kết ester và vận chuyển amino acid.

 Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và

exopeptidase.

Bao gồm:

 Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi polypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide.

 Carboxylpeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptide và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide.

 Serin protease: là những protease chứa nhóm -OH của gốc serine trong

TTHĐ Nhóm này gồm 2 nhóm nhỏ là chymotrypsin (enzyme động vật) và

subtilisin (enzyme vi khuẩn

 Cysteine protease: Các protease chứa nhóm -SH trong TTHĐ Bao gồm các protease thực vật như papain, bromelain, một vài protease động vật và

Các phương pháp làm mềm thịt bằng enzyme

 Ngâm thịt vào chế phẩm enzyme trong nhiệt độ, pH ổn định trong khoảng thời gian nhất định tuỳ thuộc vào từng loại thịt

 Trộn bột với enzyme, sau đó trộn bột có enzyme với thịt

 Tiêm dung dịch chế phẩm enzyme vào hệ tuần hoàn của động vật trước khi giết mổ

 Tiêm chế phẩm enzyme vào thịt sau khi giết mổ.