Chia sẻ cho anh em cuốn sách
Trong cơ thể sống, hầu như không có một quá trình hóa học nào lại không có liên
quan mật thiết đến các quá trình sinh học do các enzyme xúc tác. Có thể nói rằng sự sống
gắn liền với enzyme.
Ngoài một nhóm nhỏ phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, các enzyme đều có bản
chất protein; chúng bảo đảm cho các quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể sống tiến
hành với tốc độ nhịp nhàng, cân đối, theo những chiều hướng xác định.
Enzyme học (Enzymology) là một môn học có vị trí then chốt trong hóa sinh đang
phát triển mạnh mẽ và xâm nhập vào rất nhiều ngành khoa học, đặc biệt thu hút sự chú ý
của các nhà sinh học và sinh y học vì những hiểu biết cơ bản về enzyme có liên quan mật
thiết đến sinh học phân tử và y học phân tử và là những kiến thức cơ bản rất quan trọng của
sinh học và sinh y học.
Giáo trình nhằm cung cấp cho sinh viên các ngành, chuyên ngành liên quan đến
sinh học trong Đại học Huế nhũng kiến thức cơ bản về enzyme - chất xúc tác sinh học.
Cuốn sách được biên soạn theo chương trình giáo dục đại học đã được Đại học Huế
phê duyệt, bởi tập thể tác giả trường Đại học Khoa học, Đại học Huế. Sách này cũng có thể
dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các trường khác, những người chuẩn bị thi tuyển
sau đại học cũng như các cán bộ nghiên cứu liên quan.
Các tác giả xin Thank những đồng nghiệp đã góp nhiều ý kiến bổ ích trong quá
trình biên soạn. Đặc biệt các tác giả xin chân thành Thank GS.TSKH Lê Doãn Diên-
Giám đốc Trung tâm Tư vấn Đầu tư Nghiên cứu phát triển Nông thôn Việt Nam
(INCEDA), Chủ tịch Hội Hóa sinh Việt Nam đã nhận phản biện và cho rất nhiều những lời
khuyên quý báu nhằm hoàn thiện giáo trình.
Với thời gian biên soạn và kinh nghiệm còn hạn chế, cuốn sách còn chưa thật đầy
đủ và chắc chắn không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chúng tui rất mong nhận được nhiều
ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp, sinh viên và bạn đọc để lần xuất bản sau sẽ được
hoàn thiện hơn.
Mục lục
Trang
Lời nói đầu 3
Chương 1 Mở đầu 7
1.1. Định nghĩa enzyme 7
1.2. Lược sử nghiên cứu enzyme 7
1.2.1. Giai đoạn 1 7
1.2.2. Giai đoạn 2 8
1.2.3. Giai đoạn 3 9
1.2.4. Giai đoạn 4 12
1.3. Phương hướng nghiên cứu enzyme 14
1.4. Những vấn đề cần đề cập khi nghiên cứu enzyme 16
1.5. Vấn đề nghiên cứu enzyme ở nước ta 17
Tài liệu tham khảo 18
Chương 2 Phương pháp nghiên cứu enzyme 19
2.1. Những nguyên tắc chung khi nghiên cứu enzyme 19
2.2. Tách và làm sạch (tinh chế) enzyme 21
2.2.1. Chọn nguồn nguyên liệu 21
2.2.2. Chiết rút enzyme 26
2.2.3. Các phương pháp tách từng phần protein enzyme 28
2.2.4. Kết tinh protein enzyme 38
2.2.5. Đánh giá tính đồng thể của protein enzyme 39
2.3. Hoạt độ enzyme 41
2.3.1. Phương pháp xác định hoạt độ enzyme 41
2.3.2. Đơn vị hoạt độ enzyme 41
Tài liệu tham khảo 4
43
Chương 3 Cách gọi tên và phân loại enzyme 44
3.1. Cách gọi tên enzyme 44
3.2. Phân loại enzyme 44
3.2.1. Các lớp enzyme 44
3.2.2. Các phản ứng enzyme 46
Tài liệu tham khảo 51
Chương 4 Cấu trúc phân tử enzyme 52
4.1. Bản chất hóa học của enzyme 52
4.2. Thành phần cấu tạo của enzyme 53
4.3. Cấu trúc bậc 4 của enzyme 54
4.4. Trung tâm hoạt động của enzyme 56
4.5. Phương pháp thăm dò và phát hiện các nhóm chức năng trong
trung tâm hoạt động của enzyme
57
4.5.1. Phương pháp dùng chất ức chế 58
4.5.2. Phương pháp đánh dấu bằng cơ chất đặc hiệu hay coenzyme 59
4.5.3. Xác định trị số pK của các nhóm hoạt động 60
4.5.4. Nghiên cứu cấu trúc phân tử 60
4.6. Các dạng phân tử của enzyme 61
4.7. Phức hợp multienzyme 62
Tài liệu tham khảo 63
Chương 5 Tính đặc hiệu của enzyme 64
5.1. Khái niệm chung 64
5.2. Các hình thức đặc hiệu 64
5.2.1. Đặc hiệu kiểu phản ứng 64
5.2.2. Đặc hiệu cơ chất 64
Tài liệu tham khảo 68
Chương 6 Cơ chế tác dụng của enzyme 69
6.1. Cơ chế của phản ứng có xúc tác nói chung 69
6.2. Cơ chế của xúc tác enzyme 69
Tài liệu tham khảo 73
Chương 7 Động học Enzyme 74
7.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu động học enzyme 74
7.2. Động học các phản ứng enzyme 74
7.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 74
7.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất 75
7.2.3. Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) 79
7.2.4. Ảnh hưởng của chất hoạt hóa (activator) 9
7.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ 87
7.2.6. Ảnh hưởng của pH 88
7.2.7 Các yếu tố khác 89
Tài liệu tham khảo 91
Chương 8 Sinh học enzyme 92
8.1 Sự phân bố enzyme trong tế bào 92
8.2 Điều hòa hoạt độ và số lượng của enzyme trong tế bào 94
8.2.1 Điều hòa hoạt độ enzyme 94
8.2.2 Điều hòa sinh tổng hợp enzyme 101
Tài liệu tham khảo 108
Chương 9 Công nghệ enzyme và ứng dụng 109
9.1. Công nghệ enzyme 109
9.1.1. Enzyme với công nghệ sinh học 109
9.1.2. Công nghệ sản xuất enzyme 109
9.2. Ứng dụng 111
9.2.1. Ứng dụng trong y dược 111
9.2.2. Ứng dụng trong hóa học 112
9.2.3. Ứng dụng trong công nghiệp 113
Tài liệu tham khảo 116
Chương 1
Mở đầu
1.1. Định nghĩa enzyme
Trong cơ thể sống (các tế bào) luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi
chất. Sự trao đổi chất ngừng thì sự sống không còn tồn tại. Quá trình trao
đổi của một chất là tập hợp các quy luật của rất nhiều các phản ứng hóa
học khác nhau. Các phản ứng hóa học phức tạp này có liên quan chặt chẽ
với nhau và điều chỉnh lẫn nhau. Enzyme là các hợp chất protein xúc tác
cho các phản ứng hóa học đó. Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các
phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một
chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống.
Chúng có trong hầu hết các loại tế bào của cơ thể sống. Chính do
những tác nhân xúc tác có nguồn gốc sinh học nên enzyme còn được gọi
là các chất xúc tác sinh học (biocatalysators) nhằm để phân biệt với các
chất xúc tác hóa học.
Enzyme học là khoa học nghiên cứu những chất xúc tác sinh học có
bản chất protein. Hay nói cách khác, enzyme học là khoa học nghiên cứu
những tính chất chung, điều kiện, cơ chế tác dụng và tính đặc hiệu của các
enzyme.
1.2. Lược sử nghiên cứu enzyme
Do enzyme học được coi như cột sống của hóa sinh học nên phần
lớn các nghiên cứu hóa sinh từ trước đến nay đều liên quan nhiều đến enzyme.
Về sự phát triển của học thuyết enzyme, có thể chia thành 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: trước thế kỷ thứ XVII
- Giai đoạn 2: từ thế kỷ XVII đến nửa đầu thế kỷ XIX
- Giai đoạn 3: từ giữa thế kỷ XIX đến 30 năm đầu của thế kỷ XX
- Giai đoạn 4: từ những năm 30 của thế kỷ XX đến nay.
1.2.1. Giai đoạn 1
Trước thế kỷ XVII người ta đã biết sử dụng các quá trình enzyme
trong đời sống song chỉ có tính chất kinh nghiệm thực tế và thông qua hoạt
động của vi sinh vật. Đó là các quá trình lên men rượu, muối dưa, làm
tương và nước chấm... Ở thời kỳ này người ta chưa hiểu về bản chất
enzyme và các quá trình lên men.
1.2.2. Giai đoạn 2
Ở giai đoạn này các nhà bác học đã tiến hành tìm hiểu bản chất của
các quá trình lên men. Thời kỳ này đã khái quát hiện tượng lên men như là
hiện tượng phổ biến trong sự sống và enzyme là yếu tố gây nên sự chuyển
hóa các chất trong quá trình lên men.
Vào những năm 1600 của thế kỷ XVII, Van Helmont là người đầu
tiên cố gắng đi sâu tìm hiểu bản chất của quá trình lên men. Van Helmont
đã nhận thấy thực chất của sự tiêu hóa là sự chuyển hóa hóa học của thức
ăn và giải thích cơ chế của nó với sự so sánh nó với quá trình lên men
rượu. Danh từ ferment (từ chữ Latinh fermentatio - sự lên men) được Van
Helmont dùng để chỉ tác nhân gây ra sự chuyển biến các chất trong quá
trình lên men rượu.
Vào nửa cuối thế kỷ thứ XVIII, nhà tự nhiên học người Pháp là
Réaumur cũng đã nghiên cứu bản chất của sự tiêu hóa. Nhà tự nhiên học
này đã cho chim quạ đen nuốt những miếng thịt đặt sẵn trong ống kim loại
có thành đã được đục sẵn và buộc vào dây thép. Sau vài giờ đã không thấy
gì ở trong ống. Hiện tượng này đã thúc đẩy sự nghiên cứu thành phần dịch
tiêu hóa để tìm hiểu khả năng tiêu hóa của dịch dạ dày. Sau thí nghiệm
này một thời gian, vào năm 1783, nhà bác học người Ý là Spalanzani đã
lặp lại thí nghiệm bằng cách lấy dịch dạ dày trộn với thịt mới và thấy có
hiện tượng hòa tan xảy ra.
Vào đầu thế kỷ XIX, các nhà nghiên cứu đã tách được các chất gây
ra quá trình lên men. Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đã phát
hiện nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hóa tinh bột thành
đường ở nhiệt độ thường. Đây là công trình đầu tiên thu được chế phẩm
amylase ở dạng dung dịch và lịch sử enzyme học thực sự được xem như bắt
đầu từ đây.
Mười chín năm sau (năm 1833), hai nhà khoa học người Pháp là
Payen và Pessoz đã chứng minh chất có hoạt động phân giải tinh bột thành
đường có thể tách được ở dạng bột. Thí nghiệm được tiến hành bằng cách
cho etanol vào dịch chiết của lúa đại mạch nảy mầm thì thấy xuất hiện kết
tủa. Kết tủa được hình thành này có khả năng chuyển hóa tinh bột và nếu
đun kết tủa này sẽ mất tác dụng chuyển hóa. Danh từ diastase (từ chữ
Latinh diastasis - phân cắt) là do Payen và Persoz dùng để gọi enzyme
amylase lúc bấy giờ.
download
Xem thêm
Công nghệ lên men – Kim Chi
Ứng dụng lên men lactic trong sản xuất kim chi ĐH BK HCM
Qui trình sản xuất sữa chua - Cơ chế của quá trình lên men vi khuẩn Lactic
Giáo trình Công nghệ và ứng dụng enzym
Sản xuất Cải muối chua
Quy Trình Sản Xuất Tương Ớt
