Giáo trình Enzyme học

4<br /> <br /> Mục lục<br /> Trang<br /> <br /> Lời nói đầu<br /> <br /> 3<br /> <br /> Chương 1<br /> <br /> Mở đầu<br /> <br /> 7<br /> <br /> 1.1.<br /> <br /> Định nghĩa enzyme<br /> <br /> 7<br /> <br /> 1.2.<br /> <br /> Lược sử nghiên cứu enzyme<br /> <br /> 7<br /> <br /> 1.2.1.<br /> <br /> Giai đoạn 1<br /> <br /> 7<br /> <br /> 1.2.2.<br /> <br /> Giai đoạn 2<br /> <br /> 8<br /> <br /> 1.2.3.<br /> <br /> Giai đoạn 3<br /> <br /> 9<br /> <br /> 1.2.4.<br /> <br /> Giai đoạn 4<br /> <br /> 12<br /> <br /> 1.3.<br /> <br /> Phương hướng nghiên cứu enzyme<br /> <br /> 14<br /> <br /> 1.4.<br /> <br /> Những vấn đề cần đề cập khi nghiên cứu enzyme<br /> <br /> 16<br /> <br /> 1.5.<br /> <br /> Vấn đề nghiên cứu enzyme ở nước ta<br /> <br /> 17<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 18<br /> <br /> Chương 2<br /> <br /> Phương pháp nghiên cứu enzyme<br /> <br /> 19<br /> <br /> 2.1.<br /> <br /> Những nguyên tắc chung khi nghiên cứu enzyme<br /> <br /> 19<br /> <br /> 2.2.<br /> <br /> Tách và làm sạch (tinh chế) enzyme<br /> <br /> 21<br /> <br /> 2.2.1.<br /> <br /> Chọn nguồn nguyên liệu<br /> <br /> 21<br /> <br /> 2.2.2.<br /> <br /> Chiết rút enzyme<br /> <br /> 26<br /> <br /> 2.2.3.<br /> <br /> Các phương pháp tách từng phần protein enzyme<br /> <br /> 28<br /> <br /> 2.2.4.<br /> <br /> Kết tinh protein enzyme<br /> <br /> 38<br /> <br /> 2.2.5.<br /> <br /> Đánh giá tính đồng thể của protein enzyme<br /> <br /> 39<br /> <br /> Hoạt độ enzyme<br /> <br /> 41<br /> <br /> 2.3.1.<br /> <br /> Phương pháp xác định hoạt độ enzyme<br /> <br /> 41<br /> <br /> 2.3.2.<br /> <br /> Đơn vị hoạt độ enzyme<br /> <br /> 41<br /> <br /> 2.3.<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 4<br /> 43<br /> <br /> Chương 3<br /> <br /> Cách gọi tên và phân loại enzyme<br /> <br /> 44<br /> <br /> 3.1.<br /> <br /> Cách gọi tên enzyme<br /> <br /> 44<br /> <br /> 3.2.<br /> <br /> Phân loại enzyme<br /> <br /> 44<br /> <br /> 5<br /> <br /> 3.2.1.<br /> <br /> Các lớp enzyme<br /> <br /> 44<br /> <br /> 3.2.2.<br /> <br /> Các phản ứng enzyme<br /> <br /> 46<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 51<br /> <br /> Chương 4<br /> <br /> Cấu trúc phân tử enzyme<br /> <br /> 52<br /> <br /> 4.1.<br /> <br /> Bản chất hóa học của enzyme<br /> <br /> 52<br /> <br /> 4.2.<br /> <br /> Thành phần cấu tạo của enzyme<br /> <br /> 53<br /> <br /> 4.3.<br /> <br /> Cấu trúc bậc 4 của enzyme<br /> <br /> 54<br /> <br /> 4.4.<br /> <br /> Trung tâm hoạt động của enzyme<br /> <br /> 56<br /> <br /> 4.5.<br /> <br /> Phương pháp thăm dò và phát hiện các nhóm chức năng trong<br /> trung tâm hoạt động của enzyme<br /> <br /> 57<br /> <br /> 4.5.1.<br /> <br /> Phương pháp dùng chất ức chế<br /> <br /> 58<br /> <br /> 4.5.2.<br /> <br /> Phương pháp đánh dấu bằng cơ chất đặc hiệu hoặc coenzyme<br /> <br /> 59<br /> <br /> 4.5.3.<br /> <br /> Xác định trị số pK của các nhóm hoạt động<br /> <br /> 60<br /> <br /> 4.5.4.<br /> <br /> Nghiên cứu cấu trúc phân tử<br /> <br /> 60<br /> <br /> 4.6.<br /> <br /> Các dạng phân tử của enzyme<br /> <br /> 61<br /> <br /> 4.7.<br /> <br /> Phức hợp multienzyme<br /> <br /> 62<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 63<br /> <br /> Chương 5<br /> <br /> Tính đặc hiệu của enzyme<br /> <br /> 64<br /> <br /> 5.1.<br /> <br /> Khái niệm chung<br /> <br /> 64<br /> <br /> 5.2.<br /> <br /> Các hình thức đặc hiệu<br /> <br /> 64<br /> <br /> 5.2.1.<br /> <br /> Đặc hiệu kiểu phản ứng<br /> <br /> 64<br /> <br /> 5.2.2.<br /> <br /> Đặc hiệu cơ chất<br /> <br /> 64<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 68<br /> <br /> Chương 6<br /> <br /> Cơ chế tác dụng của enzyme<br /> <br /> 69<br /> <br /> 6.1.<br /> <br /> Cơ chế của phản ứng có xúc tác nói chung<br /> <br /> 69<br /> <br /> 6.2.<br /> <br /> Cơ chế của xúc tác enzyme<br /> <br /> 69<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 73<br /> <br /> 6<br /> <br /> Chương 7<br /> <br /> Động học Enzyme<br /> <br /> 74<br /> <br /> 7.1.<br /> <br /> Ý nghĩa của việc nghiên cứu động học enzyme<br /> <br /> 74<br /> <br /> 7.2.<br /> <br /> Động học các phản ứng enzyme<br /> <br /> 74<br /> 74<br /> <br /> 7.2.2.<br /> <br /> Ảnh hưởng của nồng độ enzyme<br /> Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S]<br /> <br /> 7.2.3.<br /> <br /> Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior)<br /> <br /> 79<br /> <br /> 7.2.4.<br /> <br /> Ảnh hưởng của chất hoạt hóa (activator)<br /> <br /> 9<br /> <br /> 7.2.5.<br /> <br /> 87<br /> <br /> 7.2.6.<br /> <br /> Ảnh hưởng của nhiệt độ<br /> Ảnh hưởng của pH<br /> <br /> 7.2.7<br /> <br /> Các yếu tố khác<br /> <br /> 89<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 91<br /> <br /> Chương 8<br /> <br /> Sinh học enzyme<br /> <br /> 92<br /> <br /> 8.1<br /> <br /> Sự phân bố enzyme trong tế bào<br /> <br /> 92<br /> <br /> 8.2<br /> <br /> Điều hòa hoạt độ và số lượng của enzyme trong tế bào<br /> <br /> 94<br /> <br /> 8.2.1<br /> <br /> Điều hòa hoạt độ enzyme<br /> <br /> 94<br /> <br /> 8.2.2<br /> <br /> Điều hòa sinh tổng hợp enzyme<br /> <br /> 101<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 108<br /> <br /> Chương 9<br /> <br /> Công nghệ enzyme và ứng dụng<br /> <br /> 109<br /> <br /> 9.1.<br /> <br /> Công nghệ enzyme<br /> <br /> 109<br /> <br /> 9.1.1.<br /> <br /> Enzyme với công nghệ sinh học<br /> <br /> 109<br /> <br /> 9.1.2.<br /> <br /> Công nghệ sản xuất enzyme<br /> <br /> 109<br /> <br /> Ứng dụng<br /> <br /> 111<br /> <br /> 9.2.1.<br /> <br /> Ứng dụng trong y dược<br /> <br /> 111<br /> <br /> 9.2.2.<br /> <br /> Ứng dụng trong hóa học<br /> <br /> 112<br /> <br /> 9.2.3.<br /> <br /> Ứng dụng trong công nghiệp<br /> <br /> 113<br /> <br /> Tài liệu tham khảo<br /> <br /> 116<br /> <br /> 7.2.1.<br /> <br /> 9.2.<br /> <br /> 75<br /> <br /> 88<br /> <br /> 7<br /> <br /> Chương 1<br /> <br /> Mở đầu<br /> 1.1. Định nghĩa enzyme<br /> Trong cơ thể sống (các tế bào) luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi<br /> chất. Sự trao đổi chất ngừng thì sự sống không còn tồn tại. Quá trình trao<br /> đổi của một chất là tập hợp các quy luật của rất nhiều các phản ứng hóa<br /> học khác nhau. Các phản ứng hóa học phức tạp này có liên quan chặt chẽ<br /> với nhau và điều chỉnh lẫn nhau. Enzyme là các hợp chất protein xúc tác<br /> cho các phản ứng hóa học đó. Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các<br /> phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một<br /> chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống.<br /> Chúng có trong hầu hết các loại tế bào của cơ thể sống. Chính do<br /> những tác nhân xúc tác có nguồn gốc sinh học nên enzyme còn được gọi<br /> là các chất xúc tác sinh học (biocatalysators) nhằm để phân biệt với các<br /> chất xúc tác hóa học.<br /> Enzyme học là khoa học nghiên cứu những chất xúc tác sinh học có<br /> bản chất protein. Hay nói cách khác, enzyme học là khoa học nghiên cứu<br /> những tính chất chung, điều kiện, cơ chế tác dụng và tính đặc hiệu của các<br /> enzyme.<br /> <br /> 1.2. Lược sử nghiên cứu enzyme<br /> Do enzyme học được coi như cột sống của hóa sinh học nên phần<br /> lớn các nghiên cứu hóa sinh từ trước đến nay đều liên quan nhiều đến enzyme.<br /> Về sự phát triển của học thuyết enzyme, có thể chia thành 4 giai đoạn:<br /> - Giai đoạn 1: trước thế kỷ thứ XVII<br /> - Giai đoạn 2: từ thế kỷ XVII đến nửa đầu thế kỷ XIX<br /> - Giai đoạn 3: từ giữa thế kỷ XIX đến 30 năm đầu của thế kỷ XX<br /> - Giai đoạn 4: từ những năm 30 của thế kỷ XX đến nay.<br /> 1.2.1. Giai đoạn 1<br /> Trước thế kỷ XVII người ta đã biết sử dụng các quá trình enzyme<br /> trong đời sống song chỉ có tính chất kinh nghiệm thực tế và thông qua hoạt<br /> động của vi sinh vật. Đó là các quá trình lên men rượu, muối dưa, làm<br /> tương và nước chấm... Ở thời kỳ này người ta chưa hiểu về bản chất<br /> enzyme và các quá trình lên men.<br /> <br /> 8<br /> 1.2.2. Giai đoạn 2<br /> Ở giai đoạn này các nhà bác học đã tiến hành tìm hiểu bản chất của<br /> các quá trình lên men. Thời kỳ này đã khái quát hiện tượng lên men như là<br /> hiện tượng phổ biến trong sự sống và enzyme là yếu tố gây nên sự chuyển<br /> hóa các chất trong quá trình lên men.<br /> Vào những năm 1600 của thế kỷ XVII, Van Helmont là người đầu<br /> tiên cố gắng đi sâu tìm hiểu bản chất của quá trình lên men. Van Helmont<br /> đã nhận thấy thực chất của sự tiêu hóa là sự chuyển hóa hóa học của thức<br /> ăn và giải thích cơ chế của nó với sự so sánh nó với quá trình lên men<br /> rượu. Danh từ ferment (từ chữ Latinh fermentatio - sự lên men) được Van<br /> Helmont dùng để chỉ tác nhân gây ra sự chuyển biến các chất trong quá<br /> trình lên men rượu.<br /> Vào nửa cuối thế kỷ thứ XVIII, nhà tự nhiên học người Pháp là<br /> Réaumur cũng đã nghiên cứu bản chất của sự tiêu hóa. Nhà tự nhiên học<br /> này đã cho chim quạ đen nuốt những miếng thịt đặt sẵn trong ống kim loại<br /> có thành đã được đục sẵn và buộc vào dây thép. Sau vài giờ đã không thấy<br /> gì ở trong ống. Hiện tượng này đã thúc đẩy sự nghiên cứu thành phần dịch<br /> tiêu hóa để tìm hiểu khả năng tiêu hóa của dịch dạ dày. Sau thí nghiệm<br /> này một thời gian, vào năm 1783, nhà bác học người Ý là Spalanzani đã<br /> lặp lại thí nghiệm bằng cách lấy dịch dạ dày trộn với thịt mới và thấy có<br /> hiện tượng hòa tan xảy ra.<br /> Vào đầu thế kỷ XIX, các nhà nghiên cứu đã tách được các chất gây<br /> ra quá trình lên men. Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đã phát<br /> hiện nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hóa tinh bột thành<br /> đường ở nhiệt độ thường. Đây là công trình đầu tiên thu được chế phẩm<br /> amylase ở dạng dung dịch và lịch sử enzyme học thực sự được xem như bắt<br /> đầu từ đây.<br /> Mười chín năm sau (năm 1833), hai nhà khoa học người Pháp là<br /> Payen và Pessoz đã chứng minh chất có hoạt động phân giải tinh bột thành<br /> đường có thể tách được ở dạng bột. Thí nghiệm được tiến hành bằng cách<br /> cho etanol vào dịch chiết của lúa đại mạch nảy mầm thì thấy xuất hiện kết<br /> tủa. Kết tủa được hình thành này có khả năng chuyển hóa tinh bột và nếu<br /> đun kết tủa này sẽ mất tác dụng chuyển hóa. Danh từ diastase (từ chữ<br /> Latinh diastasis - phân cắt) là do Payen và Persoz dùng để gọi enzyme<br /> amylase lúc bấy giờ.<br /> <br />