chương 1 chúng ta học: 1. Đặc tính của enzymes 2. Vài kỹ thuật tinh lọc enzyme, dựa trên đặc tính của chúng. Vài phương pháp đo lường số lượng và độ tinh khiết của enzymes.
Trong chương này chúng ta bàn về nguồn gốc của những enzymes xử dụng trong kỹ nghệ Sources of enzymes used in industries * Nguồn gốc enzymes dùng trong kỹ nghệ * Enzyme nguồn động vật Điểm bất lợi của enzyme động vật là: • Phải giết thú trước khi trích thu enzymes • Tương đối không bền vững ở pH khác với pH nguồn. • Không bền vững ở nhiệt độ khác với nhiệt độ nguồn. Enzymes nguồn thực vật Ưu điểm: • Không phải giết thú vật • Bền vững ở pH thấp • Bền vững ở nhiệt độ thấp Khuyết điểm: • Người ta chỉ tìm ra một ít enzyme thực vật thôi • Chúng có ít ứng dụng Nhược điểm khác của E từ nguồn động & thực vật * • Enzyme động và thực vật đều chứa những chất độc hại như hợp chất phenol trong thực vât và những proteases. Những chất này có thể cản trở hoạt tính sinh học của enzyme mà ta muốn xử dụng.
• Hiện người ta cố khắc phục nhược điểm này bằng cách dùng phương pháp cấy mô động và thực vật. Enzyme nguồn vi sinh vật. Lợi điểm so với E từ động vật và thực vật: 1. Có thể biến đổi vi sinh để sản xuất E phù hợp với nhu cầu.
Dể dàng trích lọc và phí tổn sản xuất enzyme thấp. Lượng enzyme hàm chứa có thể ước đoán và có thể điều chỉnh được 4. Có thể thu mua được dễ dàng các nguyên liệu có thành phần cố định cho việc nuôi cấy vi sinh. Enzyme chứa ít thành phần độc hại thí dụ chất kháng thể, steroids so với enzyme từ mô động vật và thực vật.
Enzyme ổn định trong phạm vi pH và nhiệt độ rộng lớn. • Nguồn vi sinh có thể là từ nấm, vi trùng hay men Enzymes từ nguồn nấm • Loại Aspergillus là nguồn enzyme nấm quan trọng nhứt. • Hầu hết enzyme được sản xuất ngoại bào. • Hầu hết những loai nấm này được xử dụng trong kỹ nghệ thực phẩm.
Sản phẩm của sữa, thức uống và kẹo. Enzyme nguồn vi trùng • Giống như nguồn nấm, hầu hết E nguồn vi trùng được xử dụng trong kỹ nghệ thực phẩm, td. Glucose isomerase dùng trong sản xuất si rô fructose. • Có loại E như amylase, protease sản xuất ngoại bào.
• Có loại E như penicillin amidase, asparginase được sản xuất nội bào. • Điều quan trọng nhứt là vi trùng sản xuất E phải không gây bệnh, không độc và không sản xuất kháng sinh • Nguồn vi trùng có sản lượng cao mà kỹ nghệ ưa chuộng phải: ➢Sản xuất enzyme ngoại bào trong thời gian ngắn ➢Cho enzyme bền vững lâu dài và sống được điều kiện khắc nghiệt (extremophiles) như nhiệt độ (thermophiles), áp suất, nồng độ hóa chất cao, acid cao, muối cao (halophiles) • Từ thập niên 70’ người ta trích gene cho enzyme chuyển vào DNA của vi sinh để sản xuất enzyme. Enzyme thủy phân carbohydrate • Carbohydrate trong nhiều dạng: tinh bột, cellulose, hemicellulose, pectin, glycogen. • Tinh bột là do nhiều đơn vị glucose hợp lại.
Có 2 loại tinh bột: ➢Amylose. Phân tử thẳng gồm các glucose thẳng hàng, dính liền nhau chỉ bằng nối glycosidic 𝛂-1, 4 ➢Amylopectin. Phân tử nhánh cùng thành phần như amylose nhưng nối liền nhau bằng nối glycosidic 𝛂-1,4 và 𝛂-1, 6 1. Amylase • từ bacteria, nấm, hạt nẩy mầm, phế phẩm từ lò sát sinh.
• Thủy phân nối α-1, 4 của amylose và amylopectin. Ba dạng amylase là: a. Alpha amylase ➢ Là 1 endozyme, tức là thủy phân bất kỳ nối α-1, 4 nào trên phân tử amylose / amylopectin. Nó khác với 𝞫-amylase ở chổ là 𝜷-amylase exozyme thủy phân nối α-1, 4 và cách nối (mổi đơn vị glucose thứ 2 của chuổi tinh bột).
Xem slide kế. ➢ Thủy phân amylopectin do α-amylase thành hổn hợp của những chuổi thẳng như trường hợp thủy phân amylose. Tuy nhiên hổn hợp này có chứa chuổi có nối α-1, 6 và α-amylase không thủy phân nối này được. Beta amylase ➢Cũng do vi trùng, nấm, và thực vật tổng hợp ra ➢Đây là exozyme.
Nó thủy phân 1 nối cách 1 nối a-1.4 glycosidic, cắt tinh bột thành từng cụm chứa 2 đơn vị glucose (maltose), bắt đầu từ đầu non-reducing của tinh bột. Đầu reducing là đầu chứa nhóm OH tự do ở vị trí 1. • Cả 2 𝛂 và 𝞫-amylase đều không cắt được nối 𝛂-1, 6 glycosidic (nhánh) nên khi gặp nối này thì dừng lại. Người ta cần enzyme cắt nhánh như pullulanase, amyloglucosidase còn gọi là glucoamylase hay 𝞬-amylase.
➢ Vì α-amylase tác động bất kỳ nơi nào trên chất nền cho nên tác động nó nhanh hơn 𝛽-amylase. ➢ 𝜶-amylase có trong nước bọt, dịch tụy của loài người. Nó cũng có trong thực vật, nấm và vi trùng. Cấu trúc phân tử tinh bột cho thấy non reducing end.
(C4) Sự khác biệt giửa alpha và beta amylase Alpha Amylase Beta Amylase Có thể tác động ở bất Chỉ có thể tác động ở kỳ nơi nào trên chất đầu non reducing và nền xúc tác nối 𝝰-1, 4 glycosidic thứ nhì Tác động nhanh hơn Tác động chậm hơn 𝝱-amylase 𝝰-amylase c. • 𝞬-amylase còn được gọi là amyloglucosidase. • Enzyme này thủy phân nối 𝝰- 1,6 glycosidic và nối 𝝰- 1, 4 glycosidic cuối cùng ở đầu non reducing của amylose và amylopectin để cho ra glucose. • pH tối hảo cho hoạt tính của enzyme này là khoảng pH 3 𝞪 1,4 and 𝞪 1,6 𝞪1, 4 and 𝞪1, 6 Notice the orientation of glucose units.
Note the position of O 𝞫1, 4 Alpha glucose trong tinh bột; beta glucose trong cellulose c. Lactase • Enzyme này hiện diện trên màng niêm ruột non của người và loài hữu nhũ khác. • Nó thủy phân disaccharide lactose thành monomers galactose và glucose để có thể hấp thụ qua thành ruột vào máu • Người không tiêu hóa được Lactose là vì họ thiếu lactase. Các người này phải dùng sữa không chứa lactose.
Người ta có thể mua lactase là thực phẩm chức năng để cho vào sửa giúp tiêu hóa lactose. • Điều kiện tối hảo cho hoạt lực của lactase là 370C, pH 6 Những enzymes kỹ nghệ: a. Cellulase ➢Do nấm, vi trùng và protozoa tạo ra ➢Phân hủy cellulose và những polysaccharides tương tự thành monosaccharides. Tiến trình thủy phân này liên quan đến nối b-1, 4 glycosidic trong cellulose và hemicellulose (xem slide kế) ➢Hầu hết các loài hữu nhũ chỉ̉ có một ít khả năng tự nó tiêu hóa thực phẩm xơ như cellulose.
Ở loài nhai lại (bò, cừu) và ở đoạn cuối đường ruột của ngựa, vi trùng cộng sinh trong ruột sản xuất enzyme cellulases. Nối 𝞫-1, 4 của cellulose khác với nối 𝞪-1, 4 của maltose và amylose b. Hemicellulase • Là một nhóm enzymes, cần thiết để thủy phân hemicellulose Hemicellulose là một chuổi có nhánh chứa pentose và hexose trong thành tế bào thực vật. Hemicellulose có trong hạt lúa, cám và họ đậu.
Nó không thể tiêu hóa được trong ruột non. nó bị lên men phần nào thôi do vi sinh trong ruột già. • Cellulose là chuổi thẳng chứa 7000 – 15000 phân tử glucose; trong khi đó Hemicellulose là chuổi có nhánh chứa 500 – 3000 glucose. • Bao tử (rumen) và coecum loài ăn cỏ tiết ra hemicellulase tiêu hóa một phần hemicellulose tiêu thụ Hemicellulose.
Hai loại nối glycosidic: 𝝱-1, 4 and 𝝱-1, 3. Lưu ý chiều xoay của phân tử glucose. Pectinase • Là enzyme thủy phân chất pectin. Pectin là một loại polysaccharide hiện diện trong vách tế bào thực vật (xem slide sa về sơ đồ vách tế bào trái cây và rau cải) • Pectin là mạng lưới giống như thạch.
Nó giúp cho các tế bào thực vật dính liền nhau. • Pectinases được dùng để thủy phân nguyên liệu thực vật, tăng tốc tiến trình trích chiết nước ép từ trái cây như nước táo. • Trong tiến trình sản xuất rượu vang, chất pectinase 1. Làm vỡ mô thực vật do đó gia tăng hiệu năng trích chiết.
Trong rượu vang pectin làm rượu vang bị vẫn đục. Pectinase bất hoạt pectin làm rượu trong hơn. Note: pectin in plant cell wall Protease dùng trong kỹ nghệ (peptidase or proteinase) • Enzyme này thủy phân nối peptidẹ (xem họa đồ trong slide kế) giửa những amino acid thành chuổi polypeptide. • Enzyme này có thể là endopeptidase hay exopeptidase tùy theo tác động trên chuổi polypeptide.
Chúng cũng có thể được phân loại tùy theo nối của amino acid mà nó tác động. Td Trypsin là endopeptidase, tác động trên nối liên quan đến arginine hoặc lysin. • Exopeptidase có trong đường tiêu hóa, Td. carboxypeptidase, aminopeptidase, dipeptidase.
thủy phân các chất nền ra các thành phần amino acid. Protease • Serine proteases. Điểm tác động của tất cả serine proteases đều có chứa serine. Thật ra ba amino acids góp phần trong phản ứng phân giải của enzyme là His 57, Ser 195 và Asp 102 ở điểm tác động này.
• Thiol proteases còn được gọi là cysteine proteases. Những enzymes chứa amino acid cysteine trong điểm tác động của chúng. • Acid proteases là những enzymes có hoạt lực mạnh mẽ nhứt cũng như chúng vững vàng nhứt trong môi trường acid (pH 2. • Metallo proteases là proteases mà cơ chế tác động của chúng liên qua đến kim loại.
Nguồn gốc của proteases kỹ nghệ a. Vi trùng • Vi trùng tiết ra protease để tiêu hủy nối peptide trong protein tạo thành amino acids. • Proteases từ vi trùng và nấm có tầm quan trọng cho chu kỳ carbon and nitrogen toàn cầu trong tiến trình tái chế proteins. • Vi trùng tạo proteases có chức năng kiểm soát chất lượng cho protein bằng cách tiêu hủy những protein mở (unfolded) hay mở không đúng (misfolded).
Thú vật • Proteases được dùng trong nhiều tiến trình biến dưỡng của thú vật • Pepsin trong bao tử, trypsin và chymotrypsin trong ruột non giúp ta tiêu hóa protein trong thực phẩm • Thrombin, plasmin giử vai trò quan trọng trong tiến trình đông huyết (thrombin) cũng như vai trò làm tan cục huyết (plasmin) • Proteases quyết định thời gian sinh tồn của những protein khác như hormones, kháng thể hoặc những enzyme khác. Thực vật • Bộ gene (genomes) thực vật mã hóa hàng trăm proteases, đa phần là không rõ chức năng. • Với những proteases mà người ta đã rõ chức năng thì phần lớn là chúng liên quan đến tiến trình điều hòa sự phát triển (developmental regulation) thực vật. • Proteases thực vật cũng giử vai trỏ trong tiến trình quang hợp d.
Viruses • Virus tạo bộ gen của chúng bằng một chuổi protein duy nhứt. Sau đó chúng dùng những proteases để cắt ra thành những chuổi có chức năng chuyên biệt. Lipase - esterase • Lipids là ngôn từ chung cho chất mỡ, dầu và sáp trong cơ thể.