Chuong 6 CÁC PHẢN ỨNG ENZYM PHỔ BIẾN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM

2.1.Vai trũ sinh học Tham gia vào quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lu ợng Dị hoỏ: phõn giải cỏc chất dinh dưỡng thành cỏc chất nhỏ hơn, sinh năng lượng Đồng hoỏ: tổng hợp cỏc ch

CHƯƠNG VII- PHẦN I

CÁC PHẢN ỨNG ENZYM PHỔ BIẾN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM

Phản ứng thủy phân

Vai trò

- Khëi ®Çu c¸c qu¸ tr×nh chuyÓn hãa c¸c hîp chÊt cao ph©n tö

- Lµ ph¶n øng x¶y ra phæ biÕn trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn thùc phÈm:

TÝch cùc: t¨ng gi¸ trÞ dinh du ìng, c¶m quan, ®a d¹ng hãa s¶n phÈm

(s¶n xuÊt n uíc chÊm, nu íc m¾m, s¶n xuÊt ru îu bia tõ tinh bét…)

H¹n chÕ: lµm gi¶m gi¸ trÞ dinh d uìng

(thñy ph©n dÇu mì…)

Phản ứng thủy phân

§Æc ®iÓm c¬ chÊt: chøa c¸c liªn kÕt nhÞ d u¬ng

Protein: liªn kÕt peptit

+0,25

+0,141

-0,397

Phản ứng thủy phân

Lipit: liªn kÕt este

CHO COR1 CHO COR1 CHO COR1

Phản ứng thủy phân

Gluxit: liªn kÕt glucozit

Phản ứng thủy phân

§Æc ®iÓm enzym

- Nhóm enzym không có nhóm ngoại

- Tâm hoạt động gồm các nhóm chức cạnh bên của các axit amin

Cơ chế tác dụng

- Tâm ái nhân của enzym liên kết với phần “dương”của liên kết nhị dương

- Kết quả sẽ làm đứt các liên kết trong phân tử cơ chất

Thủy phân liên kết peptit bởi chymotrypsin

Ưu nhược của phản ứng

- có tính đặc hiệu cao: không có sản phẩm phụ

- điều kiện phản ứng ôn hòa hơn so với xúc tác hóa học

- chế phẩm enzym đắt hơn xúc tác hóa học

- Vai trò

- Bản chất của phản ứng

- ThÕ oxy hãa khö

- C¸c d¹ng oxy hãa khö sinh häc

- Các enzym oxy hóa khử

- Chuỗi hô hấp và sự giải phóng năng lượng

2 Ph¶n øng oxy hãa khö sinh häc

2.1.Vai trũ sinh học

Tham gia vào quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lu ợng

Dị hoỏ: phõn giải cỏc chất dinh dưỡng thành cỏc

chất nhỏ hơn, sinh năng lượng

Đồng hoỏ: tổng hợp cỏc chất nhờ tiền chất và năng

lượng thu được

Đại phõn tử tế bào Chất dinh dưỡng

Năng lượng hoỏ học

Tiền chất Sản phẩm cuối cựng +

năng lượng

Quan hệ về năng lượng giữa cỏc quỏ trỡnh trao đổi chất: đồng hoỏ và dị hoỏ

2.1.Vai trò trong chÕ biÕn vµ b¶o qu¶n thùc phÈm

- ®a d¹ng hãa s¶n phÈm: c¸c s¶n phÈm lªn men, chÌ, cµ phª, s÷a chua…

- t¨ng gi¸ trÞ dinh d uìng vµ c¶m quan

- g©y tæn thÊt hµm lu îng chÊt kh« trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n ngò cèc

- lµm gi¶m chÊt lu îng cña s¶n phÈm: sÉm mµu rau qu¶, tæn thÊt VTM, «i hãa chÊt bÐo

Ph¶n øng oxy hãa khö sinh häc

2.2 B¶n chÊt ph¶n øng

- lµ qu¸ tr×nh cho, nhËn ®iÖn tö vµ hydro

- ®u îc xóc t¸c bëi mét phøc hÖ enzym

- n¨ng lu îng ® uîc gi¶i phãng du íi d¹ng hãa n¨ng (ATP)

C¸c d¹ng cña ph¶n øng oxi hãa khö

1 Cơ chất kết hợp trực tiếp với oxy

Enzym: oxydoreductase

B¶n chÊt ph¶n øng oxi hãa khö sinh häc

- kiÓu 2 vµ 3: x¶y ra phæ biÕn

- c¬ chÊt bÞ hydrat hãa tru íc khi oxy hãa

RCHO + H2O RCH(OH)2 RCOOH +2e- +2H+

2 Phản ứng oxy hóa khử sinh học

2.3 Thế oxy hóa khử

-Cặp [Oxh]/[Red]:

Fe+3/Fe+2, O2/O-2, NAD+/NADH2

- Điện thế oxi hóa của các cặp oxy hóa khử: đ uợc xác định nhờ điện thế kế với

điện cực so sánh là điện cực hydro (trong điều kiện sinh học pH7, nhiệt độ 30oC, thế oxy hóa khử của điện cực hydro Eo= -0,42v)

- Khả năng cho và nhận điện tử của một chất phụ thuộc vào thế oxy hóa khử của chất đó (là ái lực với điện tử)

2.3 Thế oxy hóa khử (tiếp theo)

- Dòng điện tử: điện tử chuyển từ

hệ có thế oxy hóa khử thấp đến hệ có thế oxy hóa khử cao

-Trong tế bào phản ứng oxy hóa khử

th uờng diễn ra theo một chuỗi các phản ứng liên tiếp Oxy là chất có thế oxy hóa khử lớn nhất, là chất oxy hóa vạn năng

2.3 ThÕ oxy hãa khö (tiÕp theo)

- Gồm 2 kiểu

1 Oxy hóa tự do

2 Oxy hóa phosphoril hóa

- Diễn ra độc lập, t uơng hỗ nhau

- Tốc độ và đ uờng h u ớng của mỗi kiểu phụ thuộc vào trạng thái sinh lý của cơ thể, tế bào, nhiệt độ môi tru ờng xung quanh…

- Do một phức hợp các enzym oxy hóa khử xúc tác

2.4 Các kiểu oxy hóa khử sinh học

1. Oxy hãa tù do

- diÔn ra trªn bÒ mÆt ty thÓ, trong tÕ bµo chÊt

- oxy hãa c¸c c¬ chÊt t¹o hîp chÊt trung gian vµ mét l uîng nhá n¨ng l uîng (ATP) theo kiÓu phosphoril hãa ë møc c¬ chÊt

2. Oxy hãa phosphoril hãa

- diÔn ra ë mµng trong cña ty thÓ

- oxy hãa tõng bËc hydro cña c¬ chÊt tíi n uíc, t¹o c¸c coenzym khö (NADH2, FADH2) vµ mét l uîng lín n¨ng l uîng (ATP) ® uîc t¹o thµnh theo kiÓu

phosphoril hãa oxy hãa

2.4 C¸c kiÓu oxy hãa khö sinh häc (tiÕp theo)

2.4 C¸c kiÓu oxy hãa khö sinh häc

2.5 C¸c enzym oxy hãa khö

1 Enzym ho¹t hãa hydro (dehydrogenase)

- Dehydrogenase kÞ khÝ

- Dehydrogenase hiÕu khÝ

2. Enzym ho¹t hãa oxy (oxygenase)

Qu¸ tr×nh oxi hãa sinh häc c¬ b¶n trong hÖ thèng sinh häc

C¬ chÊt (AH2) NAD

2.5 C¸c enzym oxy hãa khö

Theo b¶n chÊt cña nhãm ngo¹i

- lo¹i pyridin (NAD, NADP)

- lo¹i flavin (FAD, FMN)

Lo¹i dehydrogenase pyridin

Lo¹i dehydrogenase pyridin

CÊu t¹o NAD/(NADP)

Trong NADP, gốc OH thay bằng liên kết este

với nhóm phosphat

Dạng oxy

hoá

Dạng khử

Lo¹i dehydrogenase pyridin

Coenzym NAD(NADP) lµ cÊu tö cña nhiÒu enzym (trªn 200 lo¹i)

Th uêng tån t¹i ë d¹ng tù do hoÆc kÕt hîp kh«ng bÒn víi phÇn protein enzym

Loại dehydrogenase pyridin

- Coenzym pyridin là chất nhận hydro đầu tiên từ cơ chất

- chuyển hydro cho các chất trung gian, không chuyển trực tiếp cho oxy

- đặc điểm cơ chất: chứa nhóm - HC-OH

(axit lactic, malic, izoxitric, glutamic, ru ợu…)

- khi tham gia phản ứng chỉ có phần nicotin thay đổi hóa trị

Lo¹i dehydrogenase flavin

Coenzym: FAD+: Flavin Adenin Dinucleotit

FMN+: Flavin Mono Nucleotit

5

1

C¸c coenzym nµy liªn kÕt chÆt víi phÇn protein enzym PhÇn riboflavin cã mµu vµng (enzym vµng)

Lo¹i dehydrogenase flavin

Loại dehydrogenase flavin

- Coenzym flavin thu ờng nhận hydro đầu tiên từ NADH2 hoặc NADPH2

- chuyển hydro cho các chất vận chuyển hydro tiếp theo, không chuyển trực tiếp cho oxy

- đặc điểm cơ chất: chứa nhóm -

H2C-CH2 khi tham gia phản ứng chỉ có phần flavin thay đổi hóa trị

Lo¹i dehydrogenase hiÕu khÝ

- Nhãm ngo¹i: FAD, FMN, kim lo¹i…

- chuyÓn hydro hoÆc electron cho oxy ph©n tö

- Mét sè enzym tiªu biÓu

+ oxydase cña axit amin

+ Glucosidase

Glucose Gluconic + H2O2

R- CH-COOH R-C-COOH +NH3 NH2 O

oxydase, O2

glucosidase, O2

• chuyển H+ (hoặc e-) tới oxy phân tử

• Hoạt hóa oxy phân tử làm cho chúng có khả năng kết hợp trực tiếp với cơ chất

• Phân loại:

– Theo bản chất chất nhận hydro: hiếu khí, kị khí

– Theo bản chất kim loại trong nhóm ngoại:

+ enzym sắt protein (cytocrom, peroxydase, catalase)

+ enzym đồng protein ( polyphenoloxydase, ascorbatoxydase, tyrosinase)

Enzym s¾t- protein (Fe-protein)

(HÖ cytocrom, peroxydase, catalase )

Nhãm ngo¹i: Hem (Fe-porfin)

Fe+3 + e Fe+2

Hệ cytocrom

- Có trong động vật, thực vật, nấm men, vi khuẩn.

- khoảng 20 loại enzym khác nhau

- gồm 3 nhóm chính a, b và c, khác nhau về thế oxy hóa khử (b<c<a)

- chuyển H+ và e- từ FADH2 và các chất trung gian khác tới O2 tạo H2O

Enzym Fe-protein

- Có trong động vật, thực vật, nấm men, vi khuẩn.

- Fe+3 không thay đổi hóa trị trong quá trình xúc tác

- Khi xúc tác cần sự có mặt của H2O2

- cơ chế: + E tác động vào H2O2 tạo oxy nguyên tử

+ oxy nguyên tử oxy hóa các hợp chất hữu cơ

- Có trong động vật (gan, thận, hồng cầu), thực vật, vi sinh vật

- Fe+3 không thay đổi hóa trị trong quá trình xúc tác

- nồng độ H2O2 cao xúc tác phân hủy H2O2 tạo O2 và nu ớc

- nồng độ H2O2 thấp xúc tác nhu peroxydase

- cơ chất: r uợu etylic, metylic, formaldehyt… (có mặt H2O2)

- làm giảm sự tích tụ H2O2 trong cơ thể

Enzym Fe-protein

Oxygenase

Enzym Cu-protein

- Cã nhiÒu trong m« xanh cña thùc vËt, t¶o

- Lµ t¸c nh©n lµm gi¶m hµm lu îng vitamin C trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn, b¶o qu¶n rau qu¶

Oxygenase

- hoạt hóa oxy phân tử để kết hợp trực tiếp vào cơ chất tạo peroxyt

- pirocatechinase, tryptophanoxygenase, lipoxydase

2.6 Chuỗi hô hấp và sự giải phóng năng l uợng

Hợp chất cao năng

- Năng lu ợng thu đu ợc khi phân giải:

+ liên kết cao năng: 7kcal/mol

+ liên kết thu ờng: 3kcal/mol

- Năng l uợng của các hợp chất cao năng dễ đu ợc chuyển sang các dạng năng lu ợng khác (hóa năng, nhiệt năng, điện năng, cơ năng) cần cho các hoạt động sống của tế bào

Adenozin triphosphat

Adenin

Ribose

A-P~P~P A-P~P + P ∆Go= - 7kcal/mol

A-P~P A-P + P ∆Go= - 8,5kcal/mol

A-P A + P ∆Go= - 3 kcal/mol

Hîp chÊt cao n¨ng

C¸c hîp chÊt cao nang kh¸c

GTP, UTP, XTP, phosphocreatin, acetyl CoA…

Khái niệm

- là chuỗi vận chuyển điện tử (e-) và hydro (H+) đến oxi

- thực hiện theo nhiều nấc nhờ các hệ enzym oxi hóa khử

- các nấc đ uợc bố trí theo trật tự tăng dần về thế oxi hóa khử (thấp nhất là H2

và cao nhất là O2)

Nhiệm vụ

- Oxi hóa từng bậc hydro của cơ chất đến nu ớc

- tạo ra các coenzym khử ((NADH2, FADH2)

- Giải phóng ra năng l uợng du ới dạng các hợp chất cao

năng (nhờ sự phosphoril hóa oxi hóa)

Chuỗi hô hấp

Qu¸ tr×nh oxi hãa sinh häc c¬ b¶n trong hÖ thèng sinh häc

C¬ chÊt (AH2) NAD

Chuçi h« hÊp

C¸c enzym tham gia

Đặc điểm của chuỗi

- Chuỗi đ uợc chia làm 2 phần: vận chuyển H+ và vận chuyển

- Các enzym của chuỗi th uờng cu trú ở màng trong của ty thể

- Tại điểm đổi mạch (CoQ):

- từ vận chuyển 2e- sang

- H+ và e- đ uợc vận chuyển riêng biệt

- Điện tử đ uợc vận chuyển từ mức năng l uợng cao (cơ chất) tới mức năng lu ợng thấp

(O2)

- Mỗi bậc năng lu ợng hóa học của cơ chất đ uợc giải phóng và chuyển sang dạng năng

lu ợng hóa học vạn năng (ATP)

Chuỗi hô hấp

Sù phosphoril hãa oxy hãa

- Hîp chÊt cao n¨ng (ATP) chØ ® uîc tæng hîp ë nh÷ng bËc khi cã sù chªnh lÖch mét hiÖu ®iÖn thÕ oxy hãa khö gi÷a c¸c chÊt tham gia ph¶n øng trong chuçi

Sự chênh lệch thế oxh khử

giữa NADH và O2

Một lượng lớn năng

lượng được giải phóng ra

Sù phosphoril hãa oxy hãa

Nhóm P cao năng chuyển từ hợp chất chứa nó sang ADP

Đặc điểm nhóm enzym oxy hóa khử

1 Tạo thành chuỗi để chuyển vận điện tử và proton H+ từ cơ chất đến

O2

2 L uợng coenzym không nhiều nhu ng có khả năng xúc tác một l uợng lớn cơ

chất

3 Quá trình xúc tác là các quá trình hóa học liên hiệp với việc giải phóng

năng l uợng d uới dạng các hợp chất cao năng