Luận văn : Cố định enzyme – amylase bằng gel alginate part 1

Chia sẻ: Pkjd Opiuj | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

259
lượt xem 86
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Enzyme là một chất xúc tác sinh học không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi sinh vật mà nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thức phẩm, trong y học, trong kỹ nghệ phân tích, trong công nghệ gen và trong bảo vệ môi trường. Ngày nay, những nghiên cứu về ứng dụng enzyme trong sản xuất công nghiệp phát triển rất mạnh. Các hướng nghiên cứu nhằm mục đích tăng khả năng sử dụng enzyme, kéo dài thời gian, số lần sử dụng enzyme giảm giá...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn : Cố định enzyme – amylase bằng gel alginate part 1

1 Phaàn 1. LÔØI NOÙI ÑAÀU Enzyme laø moät chaát xuùc taùc sinh hoïc khoâng chæ coù yù nghóa cho quaù trình sinh tröôûng, sinh saûn cuûa moïi sinh vaät maø noù coøn ñoùng vai troø raát quan troïng trong coâng ngheä cheá bieán thöùc phaåm, trong y hoïc, trong kyõ ngheä phaân tích, trong coâng ngheä gen vaø trong baûo veä moâi tröôøng. Ngaøy nay, nhöõng nghieân cöùu veà öùng duïng enzyme trong saûn xuaát coâng nghieäp phaùt trieån raát maïnh. Caùc höôùng nghieân cöùu nhaèm muïc ñích taêng khaû naêng söû duïng enzyme, keùo daøi thôøi gian, soá laàn söû duïng enzyme giaûm giaù thaønh söû duïng enzyme. Moät trong nhöõng böôùc tieán quan troïng nhaát hieän nay laø kyõ thuaät coá ñònh enzyme treân giaù theå taïo ra caùc daïng enzyme coá ñònh (enzyme khoâng hoøa tan). Enzyme coá ñònh ôû caùc nöôùc phaùt trieån ñaõ ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong nhieàu qui trình coâng ngheä nhö: cheá bieán thöïc phaåm, y sinh hoïc vaø nghieân cöùu khoa hoïc. Tuy nhieân hieän nay vieäc nghieân cöùu vaø öùng duïng enzyme coá ñònh ôû Vie ät Nam chöa ñöôïc phoå bieán laém vaø vaãn coøn laø höôùng phaùt trieån môùi meû. Ñeå goùp phaàn vaøo nhöõng nghieân cöùu veà enzyme coá ñònh ñoàng thôøi ñöôïc söï chaáp thuaän cuûa boä moân coâng ngheä sinh hoïc tröôøng Ñaïi Hoïc Noâng Laâm Tp. Hoà Chí Minh vaø boä moân coâng ngheä sinh hoïc tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Tp. Hoà Chí Minh, döôùi söï höôùng daãn cuûa Th.S Huyønh Ngoïc Oanh, toâi thöïc hieän ñeà taøi “ Coá ñònh enzyme – amylase baèng gel alginate” taïi phoøng thí nghieäm Coâng ngheä Sinh hoïc thuoäc tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Tp. Hoà Chí Minh.
2 Phaàn 2. TOÅNG QUAN TAØI LIEÄU 2.1. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ ENZYME [2 ] 2.1.1 Khaùi nieäm veà enzyme Trong caùc phaûn öùng hoùa hoïc neáu ta cho theâm vaøo phaûn öùng moät chaát naøo ñoù phaûn öùng seõ xaûy ra vôùi toác ñoä taêng haøng chuïc laàn. Chaát cho theâm vaøo naøy goïi laø chaát xuùc taùc. Chaát xuùc taùc coù hai ñaëc ñieåm quan troïng  Laøm taêng phaûn öùng hoùa hoïc.  Baûn thaân chaát xuùc taùc khoâng coù söï thay ñoåi naøo sau phaûn öùng. Chaát xuùc taùc hoùa hoïc chæ laøm thay ñoåi toác ñoä phaûn öùng, chöù khoâng tham gia laøm thay ñoåi chieàu höôùng phaûn öùng, traïng thaùi phaûn öùng hay naêng löôïng söû duïng trong phaûn öùng. Trong caùc phaûn öùng sinh hoïc xaûy ra trong cô th eå sinh vaät cuõng coù caùc chaát laøm taêng phaûn öùng. Chaát ñoù döôïc goïi laø enzyme. Enzyme ñöôïc caùc cô theå sinh vaät toång hôïp neân vaø tham gia vaøo caùc phaûn öùng hoùa hoïc trong cô theå. Enzyme laø moät chaát höõu cô, trong khi caùc chaát xuù c taùc hoùa hoïc thöôøng laø chaát voâ cô. Sau naøy caùc nhaø khoa hoïc xaùc ñònh baûn chaát cuûa enzyme laø protein. Nhö vaäy enzyme laø moät protein coù khaû naêng tham gia xuùc taùc caùc phaûn öùng hoùa hoïc trong vaø ngoaøi cô theå. Ñieåm raát khaùc bieät cuûa enzyme laø chuùng hoaït ñoäng trong ñieàu kieän nhieät ñoä oân hoøa gioáng nhö nhieät ñoä oân hoøa trong cô theå sinh vaät. Trong khi ñoù, caùc chaát hoùa hoïc caàn phaûi coù nhieät ñoä caàn thieát cho phaûn öùng. Nhöõng öu ñieåm cô baûn cuûa enzyme coù theå toùm taét nhö sau :
3 1. Enzyme coù theå tham gia haøng loaït caùc phaûn öùng trong chuoãi phaûn öùng sinh hoùa ñeå giaûi phoùng hoaøn toaøn naêng löôïng hoùa hoïc coù trong vaät chaát. 2. Enzyme coù theå tham gia nhöõng phaûn öùng ñoäc laäp nhôø khaû naêng chuyeån hoùa raát cao. 3. Enzyme coù theå taïo ra nhöõng phaûn öùng daây chuyeàn. Khi ñoù saûn phaåm cuûa phaûn öùng ñaàu seõ laø nguyeân lieäu hay cô chaát cho nhöõng phaûn öùng tieáp theo. 4. Trong caùc phaûn öùng enzyme, söï tieâu hao naêng löôïng thöôøng raát ít. 5. Enzyme luoân luoân ñöôïc toång hôïp trong teá baøo cuûa sinh vaät. 6. Coù nhieàu enzyme khoâng bò maát ñi sau phaûn öùng. Ngaøy nay, caùc nhaø khoa hoïc ñaõ tìm ra hôn 1000 loaïi enzyme khaùc nhau coù trong teá baøo sinh vaät, s oá löôïng naøy laø raát nhoû so vôùi soá löôïng thaät coù trong moãi teá baøo. Teá baøo Enzym Dò hoùa ngoaïi baøo ngoaøi teá baøo Vaät chaát coù kích thöôùc lôùn Enzym Dò hoùa Vaät chaát dò hoùa ra noäi baøo trong teá khoûi teá baøo baøo Vaät chaát Vaät chaát toång hôïp Quaù trình toång hôïp coù kích thöôùc nhoû ra khoûi teá baøo Moâi tröôøng Sinh khoái Saûn phaåm baäc 2 (saûn phaåm baäc 1) Hình 2.1 : Heä thoáng toång hôïp enzyme trong teá baøo sinh vaät
4 2.1.2 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hoaït tính cuûa enzyme a. AÛnh höôûng cuûa noàng ñoä cô chaát ñeán hoaït tính enzyme Cô cheá taùc ñoäng cuûa enzyme vaøo cô chaát qua ba giai ñoaïn Giai ñoaïn 1 : Enzyme töông taùc vôùi cô chaát taïo thaønh phöùc enzyme cô chaát E S. Giai ñoaïn 2 : Phöùc enzyme cô chaát seõ ñöôïc taùch ra. Giai ñoaïn 3 : Enzyme seõ ñöôïc giaûi phoùng, cô chaát seõ chuyeån thaønh saûn phaåm. Nhö vaäy ôû giai ñoaïn ñaàu, neáu cô chaát coù noàng ñoä thaáp thì toác ñoä phaûn öùng enzyme seõ phuï thuoäc tuyeán tính vôùi noàng ñoä cô chaát. Toác ñoä phaûn öùng Noàng ñoä cô chaát Km Hình 2.2 AÛnh höôûng cuûa noàng ñoä cô chaát ñeán toác ñoä phaûn öùng cuûa enzyme Vaän toác phaûn öùng ñöôïc tính nhö sau : S V Vmax Km S Phöông trình treân goïi laø phöông trình Michealis Menten Trong giai ñoaïn ñaàu khi noàng ñoä cô chaát taêng, toác ñoä phaûn öùng seõ taêng. Nhöng khi toác ñoá phaûn öùng ñaït giaù trò cöïc ñaïi, cho duø coù taêng noàng ñoä cô chaát, toác ñoä phaûn öùng cuõng seõ hoaøn toaøn khoâng coù khaû naêng taêng theo.
5 b. AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hoaït tính enzyme Trong caùc phaûn öùng hoùa hoïc, nhieät ñoä caøng taêng, toác ñoä phaûn öùng xuùc taùc caøng taêng. Trong caùc phaûn öùng sinh hoïc, nhieät ñoä taêng khaû naêng xuùc taùc cuûa enzyme seõ taêng. Nhöng khaû naêng taêng cuûa toác ñoä phaûn öùng coù moät giôùi haïn nhaát ñònh. Quaù giôùi haïn nhieät ñoä ñoù, phaûn öùng enzyme seõ giaûm vaø giaûm raát nhanh. Toác ñoä phaûn öùng Nhieät ñoä Hình 2.3: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toác ñoä phaûn öùng cuûa enzyme Hieän töôïng ñaëc bieät naøy ôû enzyme coù lieân quan ñeán baûn chaát hoùa hoïc cuûa enzyme. Caùc enzyme laø nhöõng protein thöôøng khoâng beàn nhieät. Tröôøng hôïp ta taêng nhieät ñoä trong giai ñoaïn ñaàu cuûa phaûn öùng enzyme seõ laøm taêng khaû naêng taïo caáu truùc khoâng gian cuûa enzyme cho phuø hôïp vôùi caáu truùc khoâng gian cuûa cô chaát. Khi vöôït quaù giôùi haïn veà nhieät ñoä, caáu truùc khoâng gian cuûa trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme khoâng coøn phuø hôïp vôùi caáu truùc khoâng gian cuûa cô chaát nöõa, khi ñoù hoaït tính enzyme seõ maát daàn vaø ñi ñeán choã trieät tieâu. c. AÛnh höôûng cuûa pH ñeán hoaït tính cuûa enzyme Trong nhöõng nghieân cöùu thí nghieäm veà aûnh höôûng cuûa pH ñeán hoaït tính cuûa enzyme, caùc nhaø khoa hoïc cho thaáy hieän töôïng : neáu taêng hoaëc giaûm giaù trò pH tôùi moät ñieåm xaùc ñònh naøo ñoù, vaän toác phaûn öùng enzyme seõ taêng daàn vaø ñaït tôùi ñieåm cöïc ñaïi giaù trò pH, maø ôû ñoù vaän toác phaûn öùng enzyme ñaït giaù trò cöïc ñaïi goïi laø pH toái öu cho hoaït ñoäng cuûa enzyme. Vöôït quaù giaù trò pH naøy hoaït ñoäng enzyme seõ giaûm.
6 Vaän toác phaûn öùng pH pH op Hình 2.4: AÛnh höôûng pH ñeán hoaït tính enzyme Moãi loaïi enzyme seõ coù khoaûng pH toái öu vaø ñieåm pH toái öu. pH coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán traïng thaùi ion hoùa cuûa caùc nhoùm chöùc trong trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme, traïng thaùi ion hoùa cuûa cô chaát vaø phöùc chaát ES. d. AÛnh höôûng cuûa caùc chaát kìm haõm caùc hoaït tính enzyme Hoaït tính cuûa enzyme coù theå bò aûnh höôûng bôûi nhöõng chaát kìm haõm. Nhöõng chaát kìm haõm laø nhöõng chaát hoa hoïc coù khaû naêng laøm giaûm hoaït tính hoaëc laøm ngöng hoaït tính cuûa enzyme. Caùc chaát kìm haõm thöôøng laø nhöõng ion, caùc phaân töû voâ cô, höõu cô vaø caû protein. Caùc chaát chia ra laøm 2 loaïi : Chaát kìm haõm caïnh tranh. Chaát kìm haõm khoâng caïnh tranh. Chaát kìm haõm caïnh tranh : Caùc chaát kìm haõm caïnh tranh coù caáu truùc khoâng gian töông töï caáu truùc khoâng gian cuûa cô chaát. Do ñoù, chuùng coù khaû naêng keát hôïp vôùi enzym, keát quaû laø enzym khoâng theå keát hôïp ñöôïc vôùi cô chaát ñeå taïo thaønh phöùc chaát ES.
7 Hình 2.5 : AÛnh höôûng cuûa chaát kìm haõm caïnh tranh ñeán hoaït tính enzyme Chaát kìm haõm khoâng caïnh tranh : Caùc chaát kìm haõm khoâng caïnh tranh tham gia keát hôïp vôùi enzym khoâng phaûi ôû trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym maø laø ôû moät vò trí ngoaøi tr ung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym. Ngöôøi ta coøn goïi vò trí naøy laø trung taâm kìm haõm cuûa enzym. Khi chaát kìm haõm keát hôïp vôùi enzym ôû ngoaøi trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym seõ laøm thay ñoåi caáu truùc khoâng gian cuûa trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym. Nhôø vaäy, chuùng seõ laøm giaûm toác ñoä phaûn öùng cuûa enzym. Trong raát nhieàu tröôøng hôïp, saûn phaåm cuoái cuûa chuoãi phaûn öùng hay cuûa moät phaûn öùng thöôøng laø chaát kìm haõm khoâng caïnh tranh. Hình 2.6 : AÛnh höôûng cuûa chaát kìm haõm khoâng caïnh tranh ñeán hoaït tính enzyme
8 e. AÛnh höôûng cuûa chaát hoaït hoùa ñeán hoaït tính cuûa enzym Caùc chaát hoaït hoùa (activator) laø nhöõng chaát laøm taêng khaû naêng xuùc taùc cuûa enzym. Caùc chaát hoaït hoùa coù baûn chaát hoùa hoïc khaùc nhau. Caùc amin, caùc chaát höõu cô coù caáu truùc hoùa hoïc khaùc nhau. Khaû naêng laøm taêng hoaït tính cuûa enzym cuûa nhöõng chaát hoaït hoùa cuõng coù moät giôùi haïn nhaát ñònh, vöôït quaù giôùi haïn naøy raát coù theå laïi laøm gia ûm hoaït tính cuûa enzym. 2.2. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ ENZYM COÁ ÑÒNH 2.2.1. Khaùi nieäm, ñaëc ñieåm cuûa enzym coá ñònh a. Khaùi nieäm enzym coá ñònh Enzym coá ñònh (immobilised enzym) hay enzym khoâng hoøa tan (insolube enzym) ñöôïc hieåu theo caû nghóa heïp vaø nghóa roäng. Theo nghóa heïp : ñöôïc hieåu theo Michael Trevan: thuaät ngöõ enzyme coá ñònh laø nhöõng enzyme ñöôïc ñöa vaøo nhöõng pha rieâng reõ, pha naøy ñöôïc taùch rieâng vôùi pha dung dòch töï do. Pha enzyme thöôøng khoâng tan trong nöôùc vaø ñöôïc gaén vôùi nhöõng polymer öa nöôùc coù troïng löôïng phaân töû lôùn. Pha enzyme // Pha dung dòch töï do Hình 2.7 : Moâ hình heä thoáng hai pha cuûa enzym coá ñònh Theo nghóa roäng : Theo Kkaus Mosbach : Caùc chaát xuùc taùc coá ñònh laø caùc enzyme, teá baøo, cô theå soáng ôû traïng thaùi cho pheùp söû duïng laïi. Nhö vaäy theo nghóa roäng, enzyme khoâng hoøa tan bao goàm caû enzyme ñaõ ñöôïc coá ñònh vaø moät
9 chaát mang, bao goàm caû enzyme coù trong teá baøo soáng ñöôïc coá ñònh trong caùc bình phaûn öùng sinh hoïc coù söï gaén keát vaøo moät chaát mang cho pheùp ta söû duïng nhieàu laàn. Enzyme coá ñònh thöôøng laø nhöõng enzyme hoøa tan ñöôïc gaén vaøo moät chaát mang baèng nhieàu kyõ thuaät khaùc nhau. Nhôø quaù trình gaén na øy enzyme chuyeån töø traïng thaùi hoøa tan sang traïng thaùi khoâng hoøa tan. b. Ñaëc ñieåm cuûa enzyme coá ñònh Nhôø nhöõng tính chaát öu vieät do ñoù ngaøy nay enzyme coá ñònh ñang ngaøy caøng söû duïng roäng raõi trong caùc lónh vöïc coâng ngheä : Nhö õng öu ñieåm noåi baät cuûa enzyme coá ñònh. Enzyme laø nhöõng cheá phaåm sinh hoïc ñaét tieàn, neáu söû duïng ôû daïng hoøa tan thì chæ söû duïng ñöôïc moät laàn vaø khoù thu hoài trôû laïi. Ngöôïc laïi khi enzyme ñöôïc coá ñònh treân giaù theå polymer neân coù theå söû duïng lieân tuïc trong nhieàu ngaøy, thaäm chí haøng thaùng maø khoâng maát hoaëc chæ giaûm hoaït tính, vì vaäy raát kinh teá. Do ñöôïc coá ñònh ôû moät pha rieâng, do ñoù deã daøng taùch saûn phaåm ra khoûi enzyme, vì vaäy saûn phaåm deã tinh saïch hôn do khoâng troän laãn vôùi enzyme. Ñieàu naøy ñaëc bieät coù yù nghóa khi öùng duïng enzyme coá ñònh trong döôïc hoïc, trong coâng ngheä saûn xuaát hoùa chaát vaø trong phaân tích. Coù theå döøng hoùa trình chuyeån hoùa ôû baát kyø giai ñoaïn naøo caàn thieát khi deã daøng taùch enzyme coá ñònh ra khoûi cô chaát trong tröôøng hôïp yeâu caàu saûn phaåm chæ laø caùc saûn phaåm trung gian cuûa quaù trình chuyeån hoùa. – Khi ñöôïc coá ñònh treân giaù theå enzyme coù khaû naêng beàn vöõng hôn, hoaït tính oån ñònh hôn khi coù nhöõng thay ñoåi cuûa moâi tröôøng nhö nhieät ñoä, pH,… so vôùi enzyme töï do. Nhôø ñöôïc coá ñònh treân giaù theå neân enzyme ít bò bieán tính hôn khi moâi tröôøng thay ñoåi. Söû duïng cheá phaåm enzyme coá ñònh, ñaëc bieät thích hôïp vôùi caùc qui trình coâng ngheä lieân tuïc, töï ñoäng hoùa ngaøy nay. Thöôøng thì enzyme coá ñònh ñöôïc nhoài
10 vaøo caùc coät, thaùp, fermentor, vôùi doøng cô chaát lieân tuïc ñöôïc chaûy vaøo vaø ñaàu ra laø saûn phaåm. Tuy nhieân enzyme coá ñònh cuõng coù nhöõng nhöôïc ñieåm nhaát ñònh laø vì ñöôïc coá ñònh neân ñaõ haïn cheá khaû naêng tieáp xuùc giöõa enzyme vaø cô chaát. Vì vaäy hoaït tính rieâng (specific activity) cuûa enzyme coá ñònh thöôøng thaáp hôn so vôùi enzyme töï do, ñaëc bieät laø trong tröôøng hôïp cô chaát laø caùc chaát coù troïng löôïng phaân töû lôùn nhö : protein, tinh boät, chitosan. Trong tröôøng hôïp enzyme ñöôïc coá ñònh baèng phöông phaùp nhoát (entrapment method) trong khuoân gel thì chæ moät phaàn enzyme naèm ôû lôùp voû ngoaøi cuûa gel laø hoaït ñoäng. Ñaëc bieät khi enzyme ñöôïc coá ñònh baèng phöông phaùp coäng hoùa trò thì moät löôïng ñaùng keå enzyme bò maát hoaït tính do chaát hoaït hoùa vaø coù theå do lieân keát khoâng ñaëc hieäu xaûy ra ôû trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme. 2.2.2. Chaát mang duøng ñeå coá ñònh enzyme  Theo Michael Trevan, moät chaát mang lyù töôûng caàn coù nhöõng tính chaát sau ñaây : + Chaát mang lyù töôûng trong söû duïng coá ñònh enzyme ñieàu tröôùc heát laø caàn phaûi reû. Ñieàu naøy lieân quan ñeán hieäu quaû kinh teá cuûa qui trình coâng ngheä. + Chaát mang phaûi coù tính chaát cô lyù beàn vöõng, oån ñònh. + Veà maët hoùa hoïc, chaát mang phaûi beàn vöõng, khoâng tan trong moâi tröôøng phaûn öùng. Chaát mang khoâng ñöôïc laøm maát hoaït tính enzyme. + Chaát mang phaûi coù tính khaùng khuaån cao, beàn vöõng vôùi söï taán coâng cuûa vi sinh vaät. + Chaát mang phaûi coù ñoä tröông toát, coù dieän tích beà maët tieáp xuùc lôùn. Tính chaát naøy cuûa chaát mang vöøa taêng khaû naêng coá ñònh enzyme vöøa taêng khaû naêng tieáp xuùc cuûa cô chaát vôùi enzyme, nhôø ñoù laøm taêng hoaït tính enzyme coá ñònh vaø soá laàn taùi söû duïng.