động học xúc tác xúc tác sinh học

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 9CÁC HỆ ENZYME ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG THỰC VẬT... KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Trong y học: - Dùng enzyme làm thuốc ví dụ protease làm thuốc tắc n

Trang 1

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU

XÚC TÁC SINH HỌC

Giảng viên: Diệp Khanh

Trang 2

ENZYMES = BIOLOGICAL CATALYSTS

pH 7.4, 37oC

Trang 3

Trang 5

NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA MỘT SỐ PHẢN ỨNG SỬ DỤNG XÚC TÁC KHÁC NHAU

Trang 6

MỘT SỐ ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA XÚC TÁC SINH HỌC

VÀ ENZYME

- Ưu điểm:

- Chọn lọc đối phân (enantioselectivity) cao

- Điều kiện phản ứng mềm

- Dung môi thường là nước

- Thân thiện môi trường và phát triển bền vững

- Nhược điểm

- Điều kiện phản ứng phải kiểm soát chặt chẻ về nhiệt độ và pH

- Tính linh động kém (do chỉ chọn lọc cho một phản ứng)

- Thời gian để phát triển hệ enzyme và công nghệ mới rất phức tạp và lâu.

Enantioselectivity

Diastereoisomer hay enantioselectivity

Trang 7

CÁC HỆ ENZYME ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG CƠ THỂ NGƯỜI

Trang 8

Tuyến nước bọt Tụy

Ruột non

Dịch vị Dạ dày Tiêu hóa

Trang 9

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 9

CÁC HỆ ENZYME ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG THỰC VẬT

Trang 11

Trang 12

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC SINH HỌC (ENZYME)

Trang 13

 Trong y học:

- Dùng enzyme làm thuốc ví dụ protease làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vết thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần của các loại thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm…

- Các protease cũng được dùng để sản xuất môi trường dinh dưỡng để nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng độc… Ngoài ra người ta còn dùng enzyme protease để cô đặc và tinh chế các huyết thanh kháng độc để chữa bệnh.

- Amylase được sử dụng phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, ATP, carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh, phối hợp với enzyme thủy phân để chữa bệnh thiếu enzyme tiêu hóa.

13

Trang 14

 Trong Hóa học:

chú ý nhất trong thời gian gần đây là dùng chất mang đểgắn phức enzyme xúc tác cho phản ứng nhiều bước

Ví dụ tổng hợp glutathion, acid béo, alcaloid, sản xuấthormone…Cũng bằng cách tạo phức, người ta gắn vi sinhvật để sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải, sản xuấtalcohol, amino acid…

Trang 15

 Trong công nghiệp thực phẩm:

- Protease với công nghiệp thực phẩm:

- Việc sử dụng trong chế biến làm mềm thịt là ứng dụng có tính truyền thống Nhân dân ta từ rất lâu đã dùng thơm để nấu canh thịt bò; dùng rau sống là chuối chát, vả kết hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủ trong chống táo bón…mà thực chất là sử dụng papain, bromelain, fixin.

- Người Nga còn dùng protease từ hạt đậu tương nẫy mầm để làm mềm thịt.

- Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, công nghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã được áp dụng một cách có hiệu quả tính năng của protease.

- Enzyme là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi.

15

Trang 16

- Pectinase với công nghiệp thực phẩm: Pectinase đã được dùng trong một

số ngành công nghiệp thực phẩm sau:

- Sản xuất rượu vang

- Sản xuất nước quả và nước uống không có rượu

- Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đặc, mứt

- Sản xuất nước giải khát

- Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa tan khác,

do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm

- Những nghiên cứu khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng màu sắc.Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ

Trang 17

- Cellulase với công nghiệp thực phẩm: Cellulose là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu,phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm nghiệp.

- Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose Nó chỉ có giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa.

- Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng lên.

- Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của protease và đường hóa.

- Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vở thành tế bào Đặt biệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men.

17

Trang 18

- Amylase với công nghiệp thực phẩm: Chế phẩm amylase đã được dùng phổ biến trong một số lãnh vực của công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì, glucose, rượu , bia

- Trong sản xuất bánh mì, chế phẩm amylase đã làm thay đổi hoàn tòan chất lượng của bánh mì cả hương vị, màu sắc, độ xốp Chế phẩm amylase sạch cho chất lượng bánh mì tốt hơn ở dạng phức hợp với protease.

- Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm

thủy phân tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase Chính glucoamylase, là yếu tố làm tăng hiệu suất trong sản xuất rượu.

- Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có trong các hạt nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành.

Trang 19

 Ứng dụng trong công nghiệp dệt :

- Trong công nghiệp dệt, chế phẩm amylase được dùng để rũ hồ vải trước khi tẩy trắng và nhuộm Amylase có tác dụng làm vải mềm, có khả năng nhúng ướt, tẩy trắng và bắt màu tôt Rũ hồ bằng enzyme không những nhanh, không hại vải, độ mao dẫn tốt mà còn đảm bảo vệ sinh, do đó tăng được năng suất lao động.

- Trong sản xuất tơ tằm, người ta dùng protease để làm sạch sợi tơ Với

công đoạn xử lý bằng enzyme sau khi xử lý bằng dung dịch xà phòng

sẽ giúp lụa có tính đàn hồi tốt, bắt màu đồng đều và dễ trang trí trên lụa.

19

Trang 20

 Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da

- Trong công nghiệp da, enzyme protease được dùng để làm mềm da, làm sạch da, rút ngắn thời gian, tránh ô nhiễm môi trường Việc xử lý

đã được tiến hành bằng cách ngâm da trong dung dịch enzyme, hay phết dịch enzyme lên bề mặt da Enzyme sẽ tách các chất nhờn

và làm đứt một số liên kết trong phân tử collagen làm cho da mềm hơn.

- Thực tế cho thấy khi xử lý da bằng chế phẩm protease từ vi sinh vật

có thể rút ngắn thời gian làm mềm và tách lông xuống nhiều lần Điều quan trọng là chất lượng lông tốt hơn khi cắt So với phương pháp hóa học thì việc xử lý bằng enzyme có số lượng lông tăng 20-30% Lông không cần xử lý thêm sau khi ngâm trong dịch enzyme.

Trang 21

 Ứng dụng trong nông nghiệp

- Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau để chuyển hóa các phế liệu, đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nông nghiệp.

- Ở Nhật hằng năm đã sản xuất hàng vạn tấn chế phẩm cellulase các loại để dùng trong nông nghiệp Có chế phẩm chứa cả cellulase, hemicellulase, protease và amylase.

- Công nghệ này khá phổ biến ở nhiều quốc gia Ở nước ta việc dùng enzyme vi sinh vật góp phần trong sản xuất phân hữu cơ đang được khai thác để thay thế cho phân hóa học.

21

Trang 22

 Xúc tác sinh học có hiệu năng sử dụng cao hơn các xúc tác hóa học khác Cụ thể, xúc tác sinh học có tần số luân chuyển (TOF) > 100000 s –1 , cao hơn rất nhiều so với xúc

CÁC ĐẶC ĐIỂM VỀ XÚC TÁC ENZYME

Trang 23

KHÁI NIỆM VỀ ENZYME

 Enzyme là chất xúc tác có bản chất protein được

cơ thể tổng hợp và tham gia vào các phản ứng sinh học “Enzyme là chất xúc tác sinh học”

- Enzyme được tạo ra trong tế bào sinh vật.

- Enzyme tham gia phản ứng trong tế bào và cả khi tách

ra khỏi cơ thể.

- Enzyme tham gia phản ứng trong điều kiện nhiệt độ

ôn hòa (nhiệt độ cơ thể).

- Enzyme có thể thu nhận được từ: Động vật, thực vật

và vi sinh vật.

23

Trang 24

- Ví dụ: sucrase – phân hủy sucrose, lipase - phân hủy lipid

 Theo chức năng enzyme:

- Ví dụ: oxidase – catalyzes oxidation, hydrolase – catalyzes hydrolysis.

 Đối với các enzyme xúc tác cho các quá trình tiêu hóa thức ăn

Trang 25

DANH PHÁP QUỐC TẾ VÀ PHÂN LOẠI ENZYME

Tên gọi enzyme thường theo cơ chất đặc hiệu với kiểu phảnứng mà chúng tham gia:

- Ví dụ: Urease (carbamite-amideohydrolase): Urea: tên

cơ chất; ase: chỉ tên enzyme.

lọai enzyme thành 6 lớp: một lớp chia làm nhiều tổ, mỗi tổchia thành nhiều nhóm Chính vì thế tên của enzyme gồm có

Trang 26

EC 3.2.1.51

EC: Enzyme Commission

2: lớp phụ Glycosylase

1: nhóm glycosidase

51: tên enzyme xúc phản ứng

3: họ Hydrolase

- Ví dụ: enzyme α-L-fucosidase có ký hiệu EC 3.2.1.51

: xúc tác phản ứng: α-L-fucosidase + H 2 O = L-fucose + alcol

Trang 27

PHÂN LOẠI ENZYME

Số lớp Loại Enzyme Xúc tác cho phản ứng

1 Oxidoreductase Oxi hóa – Khử

4 Lyase Thêm hoặc bớt các nguyên tử từ liên kết đôi

6 Ligase Tổng hợp chất hữu cơ và cần năng lượng từ ATP,

GTP,

Trang 28

 Là nhóm xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khử

AH2 + B → A + BH2

Nếu chất chuyển hay chất nhận rõ ràng thì gọi tên theo chúng

hydro), oxygenase (kết hợp trực tiếp với oxy)

 Nếu chất cho hydro không rõ ràng thì gọi là reductase Các

oxydase, peroxidase, catalase,…

Trang 29

Trang 30

 Nhóm transferase được chia ra các nhóm phụ

- Nhóm phụ 2.1: Chuyển nhóm carbon đơn như methyl, carboxyl,…

- Nhóm phụ 2.2: Chuyển nhóm aldehyde hoặc cetone, có 2 enzyme điển hình là transketolase (chuyển 2C) và transaldolase (chuyển 3C).

- Nhóm phụ 2.3: Chuyển gốc acyl, acyltransferase.

- Nhóm phụ 2.4: Chuyển gốc glycosyl, glycosyl transferase.

- Nhóm phụ 2.6: Chuyển nhóm đạm, aminotransferase.

- Nhóm phụ 2.7: Chuyển nhóm phosphate, phosphotransferase

- Nhóm phụ 2.8; Chuyển nhóm lưu huỳnh, sulphurtransferase.

Trang 31

Hydrolase

 Là nhóm enzyme xúc tác các phản ứng thủy phân các hợp chất hữu cơ với sự tham gia của nước

 Phản ứng tổng quát: XY + H 2 O → XOH + YH

 Cách gọi tên: tên của cơ chất được tách ra hydrolase

 Nhóm này được chia ra 11 nhóm phụ

 Các enzyme thường gặp là esterase, phosphatase, nuclease, peptidase, lipase,…

31

Trang 32

nước Được chia làm 7 nhóm phụ

lyase Ví dụ: Aspactate ammonia lyase,…

hydratase,…

Trang 33

Trang 35

Oxidoreductase, Transferase và Hydrolase

Trang 36

Lyase, Isomerase và Ligase

Trang 37

CẤU TẠO ENZYME

37

Dựa vào thành phần hĩa học của enzyme, người

ta chia enzyme thành hai nhĩm:

- Enzyme một cấu tử: trong thành phần chỉ cĩ protein.

- Enzyme hai cấu tử: thành phần gồm cĩ phần protein + phần phi protein.

- Phần protein được gọi là “feron” hay “apoprotein” cĩ vai trị quyết định đến tính đặc hiệu của enzyme.

- Phần phi protein là “Agon” hay Coenzyme” : bộ phận trực tiếp tham gia vào phản ứng Các coenzyme này cĩ thể là các ion kim loại (cofactor) hoặc là các dẫn xuất của các vitamin.

Trang 39

Ion Kim loại Enzyme Chức năng

Cytochrome oxidase

phosphate

Trang 42

CHỨC NĂNG CỦA COENZYME

• Coenzyme chuẩn bị tâm hoạt động cho hoạt tính

của xúc tác.

Trang 43

VITAMINS THƯỜNG ĐƯỢC

CHUYỂN HÓA THÀNH

COENZYMES

Trang 44

 Người và động vật nói chung không tạo ra được mà phải đưa vào từ thức ăn vi sinh vật, thực vật (cá biệt dầu gan cá trong con cá, ).

 Riêng vitamin D thì con người tự sản xuất được.

 Có bản chất hoá học khác nhau.

Trang 45

 Có 2 nhóm vitamin:

- Vitamin tan trong lipid: A,D,E,K

nhóm B, Vitamin C, Vitamin PP.

 Nhiều Vitamin tan trong nước tham gia cấu tạo và hoạt động của nhiều Enzym, cụ thể là chúng tham gia cấu tạo phần Coenzym

(cofactor) của một số enzym.

Trang 46

VITAMIN TAN TRONG NƯỚC

Trang 47

47

Thiamin (Vitamin B 1 )

Thiamin:

 Là vitamin B đâu tiên được nhận dạng.

Tham gia cấu tạo coenzyme Thiamin PyroPhosphate

(TPP).

 Coenzyme TPP rất cần thiết cho enzymes trong phản ứng decarboxylation của -keto carboxylic acids giúp chống lại bệnh tê phù (mêt mỏi, giảm cân, suy thoái thần kinh).

Trang 48

Riboflavin (Vitamin B 2 )

Riboflavin:

 Được tạo thành từ ribitol và flavin.

Tham gia cấu tạo coenzymes flavin adenine dinucleotide (FAD) và flavin mononucleotide (FMN).

 Rất cần thiết cho thị giác và tế bào da.

Trang 49

Trang 50

Pantothenic Acid (Vitamin B 5 )

Trang 51

51

Pyridoxine (Vitamin B 6 )

 Pyridoxine và pyridoxal là hai dạng của vitamin B 6 , được chuyển hóa để tạo thành coenzyme pyridoxal phosphate (PLP).

 PLP cần cho quá trình chuyển hóa amin của amino acid

và decarboxylation của carboxylic acids.

 Thiếu pyridoxine có thể dẫn đến viêm da, mệt mỏi, thiếu máu.

Trang 52

Cobalamin (Vitamin B 12 )

Cobalamin:

 Chứa bốn vòng pyrrole với

nguyên tử Co 2+ làm trung tâm.

chuyển hóa nhóm methyl và

tạo ra các tế bào máu đỏ (red

blood cells).

 Thiếu nó có thể dẫn đến bệnh

thiếu máu ác tính và gây tổn

hại thần kinh.

Trang 53

thiếu máu, làm yếu sự liên

kết giữa các mô, làm cho

lành.

 Có trong trái chanh, trái

việt quất , trái cam-quýt, cà

chua, bông cải xanh, rau

xanh và rau đỏ (red and

O

Trang 54

Folic Acid (Folate)

Folic acid (folate):

 Chứa pyrimidine,

p-aminobenzoic acid và glutamate.

(tetrahydrofolate), được sử dụng

trong sự chuyển hóa nhóm carbon

và tổng hợp nucleic acids.

 Thiếu nó có thể dẫn đến chậm phát

triển, thiếu máu, và sự bất thường

của các tế bào máu đỏ.

Trang 55

55

VITAMIN TAN TRONG DẦU (MỠ)

 Là các vitamin A, D, E, và K

 Tan trong lipids, không tan trong dung dịch nước.

 Rất quan trọng trong thị giác, tạo xương, chống oxy hóa và tạo sự đông máu.

 Dự trữ trong cơ thể

Trang 56

Vitamin A

 Vitamin A có nhiều trong thịt, beta-carotenes có nhiều

trong thực vật.

Beta-carotenes được chuyển hóa bởi các enzyme gan

để tạo thành vitamin A (retinol).

Trang 57

 Có nhiều trong dầu gan cá tuyết

(cod liver oil), lòng đỏ trứng

(egg yolk) và trong sữa-các sản

phẩm từ sữa.

Trang 58

Vitamin E

Vitamin E:

 Là một chất chống oxi hóa trong tế bào.

Giúp ngăn chặn sự oxi hóa của các axit béo không bão hòa (unsaturated fatty acids).

 Có nhiều trong dầu thực vật, ngũ cốc và rau.

O

CH 3 HO

Trang 59

59

Vitamin K

 Vitamin K 1 có trong thực vật, chứa một mach không bão hòa

 Vitamin K 2 có trong động vật, có mạch dài không bão hòa.

 Vitamin K 2 cần cho quá trình tổng hợp zymogens cho sự đông máu.

CH 3

CH 3 O

O CH 3 CH 3

Vitamin K 1 (phylloquinone)

Trang 60

TÓM TẮT

Trang 61

Trang 63

HORMON NỘI TIẾT TỐ (ENDOCRINE)

 Hormon là chất xúc tác sinh học do tế bào đặc biệt sản xuất với 1 lượng nhỏ thấm thẳng vào máu tới mô đích để kích thích hay hoạt hóa, những hoạt động sinh lý, hóa sinh đặc hiệu.

 Tế bào đặc biệt sẽ tập hợp thành tuyến nội tiết, có thể nằm rãi rác Ví dụ : Hormon tiêu hóa nằm rãi rác theo ống tiêu hóa

 Mô đích gồm những tế bào tiếp nhận hormon tương ứng nhờ thể nhận đặc hiệu (receptor)

 Hormon kiểm soát và điều hòa các quá trình chuyển hóa

và các chức năng khác.

Trang 64

Vùng não điều khiển

Trang 65

BẢN CHẤT HÓA HỌC VÀ TÁC DỤNG CHÍNH

CỦA MỘT SỐ HORMON:

 Hormon Amin (Hormon dẫn xuất từ acid amin):

Cụ thể là Tyrosin Có 2 loại :

- Hormon giáp trạng : gồm T3 : Triiodothyronin , T4 :

Tétra Iodothyronin (Thyroxin) có tác dụng : Chuyển hoá năng lượng , Chuyển hóa đường , Tăng đường huyết

Noradrenalin có tác dụng Tăng HA và Tăng Glucoz/huyết.

 Hormon steroid dẫn xuất từ CholesterolHormon steroid dẫn xuất từ Cholesterol

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	5,28 MB