Giáo trình Enzyme

Enzyme - 3 -
MỞ ĐẦU 
Enzyme là các chất xúc tác của các hệ thống sinh học. Chúng có khả 
năng xúc tác đặc biệt, thường là mạnh hơn nhiều so với các chất xúc tác tổng 
hợp. Tác dụng xúc tác của chúng mang tính đặc hiệu cao đối với cơ chất, làm 
tăng đáng kể tốc độ các phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường nước ở 
điều kiện nhiệt độ và pH êm dịu. 
Enzyme là một trong các chìa khóa để hiểu biết quá trình hoạt động 
sống của tế bào. Hoạt động trong những trật tự có tính tổ chức cao, chúng xúc 
tác hàng trăm phản ứng theo trật tự xác định trong các con đường trao đổi 
chất mà nhờ đó các chất dinh dưỡng bị phân hủy, năng lượng hóa học được 
lưu giữ và biến đổi, các đại phân tử sinh học được tạo ra từ các chất tiền thân 
đơn giản. Một số enzyme tham gia trong quá trình trao đổi chất là những 
enzyme điều hòa, chịu trách nhiệm đối với các tín hiệu trao đổi chất khác 
nhau bằng cách thay đổi hoạt tính xúc tác của chúng một cách thích hợp. 
Thông qua hoạt động của các enzyme điều hòa các hệ thống enzyme phối 
hợp chặt chẽ với nhau để tạo ra mối quan hệ hài hòa giữa các hoạt tính trao 
đổi chất cần thiết cho việc duy trì sự sống. 
Nghiên cứu enzyme còn có ý nghĩa thực tiển rất quan trọng. Đối với 
một số bệnh, đặc biệt là các rối loạn mang tính di truyền, có thể là do thiếu 
hay mất hẵn một hoặc một số enzyme trong các mô. Các điều kiện không 
bình thường cũng có thể xuất hiện do hoạt tính dư thừa của một số enzyme 
đặc hiệu. Xác định hoạt tính của một số enzyme xác định trong huyết tương, 
hồng cầu hoặc trong các mô là rất quan trọng trong việc chẩn đoán bệnh. 
Enzyme đã trở thành các công cụ thực tế quan trọng không nhữ.ng trong y 
học mà cả trong công nghệ hóa học, trong chế biến thức ăn và trong nông 
nghiệp. Enzyme có vai trò thậm chí trong hoạt động hàng ngày của gia đình, 
ví dụ như trong việc lau chùi chỗ bẫn hoặc trong công việc chế biến thức ăn. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 4 -
I. BẢN CHẤT PROTEIN CỦA ENZYME. 
Phần lớn lịch sử hoá sinh học là lịch sử nghiên cứu enzyme. Các chất 
xúc tác sinh học lần đầu tiên được phát hiện và mô tả vào những năm 1800 
trong các nghiên cứu về tiêu hóa thịt bằng các chất tiết của dạ dày và sự biến 
đổi tinh bột thành đường bởi nước bọt và bởi các dịch chiết thực vật khác 
nhau. Trong những năm 1850 Louis Pasteur kết luận rằng quá trình lên men 
đường thành rượu bởi nấm men được xúc tác bởi “ferment”. Ông cho rằng 
những men này, mà về sau được gọi là enzyme, là những chất không tách rời 
khỏi cấu trúc của tế bào nấm men sống, một quan điểm tồn tại trong nhiều 
năm. Cho đến năm 1897 Eduard Buchner đã xác định rằng các dịch chiết 
nấm men có thể lên men đường thành rượu ngay cả khi chúng được tách khỏi 
cấu trúc của tế bào nấm men. Phát hiện này đã thúc đẩy các nhà sinh hóa tìm 
cách tách chiết nhiều enzyme khác nhau và nghiên cứu hoạt tính xúc tác của 
chúng. 
Công trình tách chiết và tinh chế urease của James Sumner năm 1926 
đã thúc đẩy các nghiên cứu đầu tiên tính chất của các enzyme đặc hiệu. 
Sumner đã phát hiện được rằng các tinh thể urease được cấu tạo hoàn toàn từ 
protein và từ đó ông cho rằng tất cả enzyme là protein. Ý tưởng này qua các 
ví dụ khác đã tiếp tục được tranh cải thêm nhiều năm sau đó. Chỉ đến những 
năm cuối của thập kỷ 1930, sau khi John Northrop và các cộng tác viên của 
ông kết tinh được pepsin và trypsin và cũng xác định được chúng cũng là 
protein thì quan niệm của Sumner về enzyme mới được công nhận rộng rãi. 
Ngày nay hoá sinh học đã xác định được rằng tất cả enzyme là protein. 
Hoạt tính xúc tác của chúng phụ thuộc vào tính nguyên vẹn của cấu trúc 
nguyên thủy của protein. Nếu một enzyme bị biến tính hoặc bị phân ly thành 
các phần dưới đơn vị thì hoạt tính xúc tác của nó thường bị mất. Khi một 
enzyme bị phân giải thành aminoacid thì hoạt tính xúc tác của nó hoàn toàn 
không còn. Như vậy, cấu trúc bậc một, bậc hai, bậc ba và bậc bốn của 
protein enzyme là những yếu tố rất quan trọng đối với hoạt tính xúc tác của 
chúng. 
Enzyme, cũng như các protein khác, có trọng lượng phân tử từ khoảng 
12.000 đến hơn 1.000.000. Một số enzyme không cần các nhóm hóa học 
không phải aminoacid cho hoạt tính xúc tác của mình. Một số khác cần có 
các nhóm bổ sung gọi là cofactor (bảng 1) Những cofactor này có thể là một 
hoặc một số ion kim loại như Fe2+, Mg2+, Mn2+,hoặc Zn2+ hoặc một phân tử 
hữu cơ hay hữu cơ chứa lim loại phức tạp được gọi là coenzyme (bảng 2). Một 
số enzyme đòi hỏi cả coenzyme và một vài ion kim loại cho hoạt tính của 
mình. Một coenzyme hoặc ion kim loại liên kết cộng hóa trị với protein 
enzyme được gọi là nhóm thêm hay nhóm prosthetic. Một enzyme trọn vẹn 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 5 -
có hoạt tính xúc tác cùng với coenzyme và (hoặc) ion kim loại hợp lại được 
gọi là holoenzyme. Phần protein của loại enzyme này được gọi là apoenzyme 
hay apoprotein. Coenzyme hoạt động như vật mang các nhóm chức đặc hiệu. 
Nhiều vitamin và các chất hữu cơ với hàm lượng nhỏ có trong thức ăn là các 
chất tiền thân của coenzyme. 
Bảng 1. Một số enzyme có chứa hoặc cần các nguyên tố vô cơ để làm 
cofactor. 
Cofactor Enzyme 
Fe2+ hoặc Fe3+ Cytochrome Oxydase Catalase, Peroxydase 
Cu2+ Cytochrome Oxydase 
Zn2+ Carbonic Anhydrase, Alcohol Dehydrogenase 
Mg2+ Hexokinase, Glucoso-6-phosphatase, Pyruvate Kinase 
Mn2+ Arginase, Ribonucleotide reductase 
K+ Pyruvate kinase 
Ni2+ Urease 
Mo Dinitrogenase 
Se Glutathione peroxidase 
Bảng 2. Một số coenzyme làm vật trung chuyển các nguyên tử hoặc các 
nhóm nguyên tử đặc hiệu.. 
COENZYME Nhóm được vận 
chuyển 
Chất tiền thân trong thức 
ăn của động vật có vú 
Thiamine pyrophosphate Aldehyde Thiamine (Vitamine B1) 
Flavine adenine 
dinucleotide 
Điện tử Riboflavine (Vitamine B2) 
Nicotinamide dinuclotide Điện tử Nicotinic acid (Niacin) 
Coenzyme A Nhóm acyl Acid pantothenic 
Pyridoxal phosphate Nhóm amine Pyridoxine (Vitamine B6) 
5’-
Deoxyadenosylcobalamine 
(Coenzyme B12) 
Các nguyên tử H và 
nhóm alkyl 
Vitamine B12
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 6 -
Biocytin
CO2
Biotin
Tetrahydrofolate
Nhóm một carbon Folate 
Acid lipoic
Điện tử và nhóm acyl Không cần có trong thức 
ăn 
II. DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI ENZYME 
Tên gọi của enzyme thường là tên gọi của cơ chất hay của kiểu phản 
ứng mà nó xúc tác cộng với đuôi “ase”, ví dụ urease,, hydrolase v.v... Ngoài 
ra còn có những tên gọi truyền thống theo thói quen, không cho thấy bản 
chất hóa học của phản ứng do enzyme xúc tác, ví dụ pepsin, trypsin ... cả hai 
kiểu gọi tên nêu trên đều thiếu chính xác. 
Để khắc phục tình trạng đó, Hội Hóa sinh học quốc tế đề nghị sử dụng 
một hệ thống danh pháp và phân loại trên cơ sở bản chất của phản ứng được 
xúc tác. Theo hệ thống này toàn bộ enzyme được gọi tên theo bản chất của 
phản ứng được xúc tác và bản chất của các chất cho, chất nhận trong phản 
ứng và được chia thành 6 nhóm lớn; mỗi nhóm lớn này lại được chia thành 
nhiều phân nhóm; mỗi phân nhóm này lại được chia thành nhiều phân nhóm 
nhỏ hơn, trong đó bao gồm những enzyme có cơ chất tác dụng giống nhau. 
Mỗi nhóm, mỗi phân nhóm và mỗi enzyme được ký hiệu bằng một mã số 
đặc trưng gồm tương ứng một, hai, ba hoặc bốn con số cách nhau bằng các 
dấu chấm. 
Tên gọi của 6 nhóm enzyme và các phân nhóm quan trọng được giới 
thiệu trong bảng 3 cùng với bản chất của các phản ứng được xúc tác. 
Các phân nhóm nhỏ hơn thuộc mỗi phân nhóm trong bảng 3 được ký 
hiệu bằng những mã số gồm 2 hoặc 3 con số. Ví dụ phân nhóm thứ nhất của 
enzyme nhóm 1 (ký hiệu là phân nhóm 1.1) có ba phân nhóm nhỏ đầu tiên là 
1.1.1, 1.1.2 và 1.1.3 đặc trưng cho các trường hợp mà chất nhận điện tử là 
NAD, NADP và cytochrome. 
Mã số của mỗi enzyme gồm 4 con số, ví dụ: 
1.1.1.29 – Glycerophosphate dehydrogenase; 2.7.1.1 – Hexokinase 
3.2.1.20 – α- Glucosidase; 4.1.1.1 – Pyruvate decarboxylase; 
5.3.1.1 – Triosophosphate isomerase; 6.3.1.2 – Glutamin 
synthetase 
Bảng 3. Danh mục mã số của 6 nhóm enzyme và các phân nhóm chính 
của chúng 
Nhóm Phân nhóm Phản ứng được xúc tác 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 7 -
1. Oxydoreductase 
1.1 
1.2 
1.3 
1.4 
1.5 
1.6 
Hydrogen hóa và dehydrogen hóa 
=CH–OH 
=C=O 
–CH=CH– 
–CH–NH2
=CH–NH– 
NADH, NADPH 
2. Transferase 
2.1 
2.2 
2.3 
2.4 
2.5 
2.6 
2.7 
2.8 
Vận chuyển các nhóm chức 
Các gốc 1 carbon 
Nhóm aldehyde hoặc cetone 
Acyl 
Liên kết glycoside 
Nhóm methylalkyl hoặc aryl 
Nhóm chứa nitơ 
Nhóm chứa phosphore 
Nhóm chứa lưu huỳnh 
3. Hydrolase 
3.1 
3.2 
3.3 
3.4 
3.5 
3.6 
Các phản ứng thủy phân 
Ester 
Glycoside 
Eter 
Peptide 
Các liên kết C-N khác 
Các anhydrit acid 
4. Liase 
4.1 
4.2 
4.3 
Tạo liên kết đôi 
=C=C= 
=C=O 
=C=N– 
5. Isomerase 
5.1 
5.2 
5.3 
5.4 
Đồng phân hóa 
Rasemase và epimerase 
Xis-trans-isomerase 
Oxy hóa nội phân tử 
Transferase nội phân tử 
6. Ligase 
6.1 
6.2 
6.3 
6.4 
Tạo ra liên kết nhờ ATP 
–C=O ≡C–S– 
=C=N– ≡C–C≡ 
Khi tên hệ thống của enzyme quá dài hoặc sử dụng không thuận tiện, 
người ta có thể dùng tên gọi thông dụng của chúng, ví dụ tên hệ 
thống của enzyme xúc tác phản ứng ATP + D-Glucose ⎯⎯⎯→ 
ADP + D-Glucoso-6-phosphate 
là ATP:glucose phosphotransferase; tên gọi này cho thấy enzyme xúc tác sự 
vận chuyển nhóm phosphate từ ATP đến glucose. Mã số của enzyme là 
2.7.1.1: số 2 cho biết enzyme thuộc nhóm thứ 2; con số 7 cho biết enzyme 
thuộc phân nhóm phosphotransferase; số 1 tiếp theo cho biết chất nhận 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 8 -
nhóm phosphate là nhó –OH; Số 1 cuối cùng cho biết chất nhận nhóm 
phosphate là D-glucose. Khi tên hệ thống của enzyme quá dài có thể dùng 
tên thông dụng của nó, trong trường hợp này có thể gọi tên enzyme là 
hesokinase 
III. ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG ENZYME. 
Bất kỳ phản ứng hóa học nào, ví dụ phản ứng A ⎯→ P, sở dĩ xảy ra 
được là nhờ một phần năng lượng trong số các phân tử A chứa năng lượng lớn 
hơn số phân tử còn lại, làm cho chúng tồn tại ở trạng thái hoạt động. Ở trạng 
thái này dễ dàng phá vỡ một liên kết hóa học hoặc tạo ra một liên kết mới để 
làm xuất hiện sản phẩm P. Năng lượng cần để chuyển toàn bộ số phân tử của 
một mol vật chất ở điều kiện nhất định sang trạng thái kích động được gọi là 
năng lượng hoạt hóa. Năng lượng này cần thiết để chuyển các phân tử tham 
gia phản ứng sang một trạng thái trung gian giàu năng lượng tương ứng với 
đỉnh của hàng rào hoạt hóa (hình 1). Tốc độ của phản ứng tỉ lệ với nồng độ 
của phân tử ở trạng thái trung gian này. 
 Năng lượng hoạt hóa được đo bằng năng lượng cần thiết để chuyển 
các phân tử lên trạng thái hoạt động. Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt 
hóa vốn cần để phản ứng có thể xảy ra tự phát. Bảng 4 cho biết năng lượng 
hoạt hóa đối với một số phản ứng. Phản ứng phân hủy peroxide hydro đòi hỏi 
18.000 KCal/mol nhưng sẽ giảm xuống còn 11.700 khi có platin xúc tác và 
còn giảm thấp hơn nữa khi chất xúc tác là enzyme catalase. Rõ ràng, 
catalase có hiệu quả hơn nhiều so với chất xúc tác vô cơ đối với phản ứng 
này. Trên thực tế catalase có hiệu qủa đến mức chỉ cần một giá trị năng 
lượng hoạt hóa rất nhỏ cho phản ứng. Vì vậy mà phân giải H2O2 bằng 
catalase xảy ra hầu như ngay tức khắc với tốc độ nhanh nhất trong số các 
phản ứng enzyme đã biết. Bảng 4. còn cho thấy các enzyme khác cũng giảm 
năng lượng hoạt hóa xuống mức thấp hơn đáng kể so với các chất xúc tác vô 
cơ. Vì lý do đó mà các phản ứng enzyme có thể xảy ra với tốc độ cao ở điều 
kiện nhiệt độ sinh lý. 
 Bảng 4 . Năng lượng hoạt hóa đối với các phản ứng 
 xúc tác bằng enzyme và bằng các chất xúc tác khác. 
Phản ứng Chất xúc tác Ea (Kcal/mol) 
Phân giải peroxide hydro 
không 
platin 
catalase 
18.000 
11.700 
< 2.000 
Thủy phân ethyl butyrate 
ion hydro 
ion hydroxyl 
lipase tuyến tụy 
16.800 
10.200 
 4.500 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 9 -
Thủy phân casein 
ion hydro 
trypsin 
20.600 
12.000 
Thủy phân saccharose ion hydro 
invertase nấm men 
25.000 
8.000 -10.000 
Thủy phân 
 β-methylglucoside 
ion hydro 
β- glucosidase 
32.600 
12.200 
Khi tăng nhiệt độ năng lượng chuyển động nhiệt của phân tử tăng lên, 
làm cho số phân tử có khả năng đạt trạng thái trung gian tăng lên. Vì thế khi 
tăng nhiệt độ lên 10o, tốc độ của phu hóa học tăng lên khoảng hai lần (Q10 = 
2). 
Khác với tác dụng của nhiệt độ, chất xúc tác làm tăng tốc độ của 
phản ứng bằng cách làm giảm năng lượng hoạt hóa. 
 Hình 1. Biến thiên năng lượng tự do 
 trong các phản ứng hóa học.
Sự kết hợp 
giữa chất phản ứng 
và chất xúc tác 
làm xuất hiện 
trạng thái trung 
gian mới với mức 
năng lượng hoạt 
hóa thấp hơn. Khi 
sản phẩm hình 
thành, chất xúc tác 
lại được giải phóng 
ở trạng thái tự do. 
Các phản ứng enzyme cũng tuân theo những nguyên tắc chung của 
động học các phản ứng hóa học. Tuy nhiên, chúng còn có những đặc điểm 
riêng. Một trong những đặc điểm đó là hiện tượng bão hòa cơ chất. Ở nồng 
độ cơ chất thấp tốc độ của phản ứng enzyme tỉ lệ thuận với nồng độ cơ 
chất. 
Nhưng nếu tiếp tục tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng tăng chậm 
dần, và khi nồng độ cơ chất đạt một giá trị nào đó, tốc độ của phản ứng 
không tăng nữa. Trong những điều kiện đó nồng độ enzyme là yếu tố quyết 
định tốc độ phản ứng. 
Mặc dù hiện tượng bão hòa cơ chất đặc trưng cho mọi enzyme, nhưng 
giá trị cụ thể của nồng độ cơ chất  ... e, nhóm β-SH của 
cysteine, vòng phenol của tyrosine, nhân imidasol của histidine, các nhóm 
OH của serine, threonine, nhóm guanidine của arginine và imidasol của 
tryptophan. 
Quá trình kết hợp enzyme sẽ xảy ra một cách trực tiếp khi chất mang 
có chứa các nhóm chức có khả năng liên kết trực tiếp nói trên trong phân tử 
protein enzyme. Ví dụ gốc anhydride maleic liên kết với nhóm ε-NH2 của 
lysine. 
Trong các trường hợp khác sự liên kết giữa chất mang và protein 
enzyme chỉ xảy ra sau khi chất mang đã được hoạt hóa . 
Việc hoạt hóa sơ bộ chất mang có thể được thực hiện bằng nhiều cách. 
Ví dụ, các nhóm hydroxyl của dextran hoặc các polyoside khác có thể được 
hoạt hóa bằng bromur cyan (BrCN). Sau đó chất mang đã được hoạt hóa mới 
liên kết với enzyme (hình 19). 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 71 -
Các chất mang có chứa nhóm amin như aminobenzoylcellulose, 
polyaminostyrol có thể được hoạt hóa bằng phản ứng diazo. 
Hình 19. Gắn enzyme với vật mang đã được hoạt hóa bằng bromur cyan (BrCN).
Ví dụ, polyaminostyrol trước hết được diazo hóa bằng natri nitrit trong 
môi trường acid thành muối diazo, sau đó mới kết hợp với enzyme: 
NaNO /HCl 2
R – NH2 R – N2+X 
R: Gốc alkyl, aryl Muối diazo của chất mang 
 X: Gốc acid 
 OH 
R – N2+X + Enzyme OH RN=N 
 Enzyme 
 Enzyme liên kết với chất mang Enzyme liên kết với 
chất mang 
 chưa được hoạt hóa đãđược hoạt 
hóa 
Phản ứng kết hợp enzyme được tiến hành nhanh chóng trong điều kiện 
nhiệt độ thường và dung dịch nước trung tính. 
 Nếu chất mang có chứa nhóm amin có thể hoạt hóa bằng cách cho tác 
dụng với phosgen hoặc tiophosgen để tạo thành dẫn xuất isosianat hoặc 
izothyosianat. Các nhóm isosianat hoặc izothyosianat ở pH trung tính sẽ liên 
kết dễ dàng với nhóm ε-NH2 của lysine. 
 Cl 
 O = C R – N = C = O + HCL 
R – NH2 + Cl 
 Cl 
 S = C R – N = C = S + HCl 
 Cl 
R – N = C = O + H2N - E R – NH – CO – NH - E 
Bằng phương pháp này người ta đã điều chế được các dẫn xuất enzyme 
cố định như trypsin, chimotrypsin, α-, β-amylase, glucoamylase. 
Nếu chất mang có chứa nhóm –COOH như CM-cellulose hoặc nhựa 
tổng hợp thì cần được hoạt hóa trước khi gắn kết với enzyme bằng các 
phương pháp azit, carbodiimit. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 72 -
- Hoạt hóa bằng phương pháp azit: 
 O H2N – NH2 O 
- O – CH2 – C – O – CH3 O – CH2 – C –NH– NH2 
 CM-cellulose Hydrazin Hydrazit 
 NaNO2 O E – NH2 O 
 - O – CH2 – C – N = N+- NH - O – CH2 – C – NH – 
E 
 Azit Enzyme cố 
định 
Các enzyme như trypsin, DNA-ase, chimotrypsin, bromelin đã được cố 
định bằng phương pháp này. 
- Hoạt hóa bằng phương pháp carbodiimit: 
- O – CH2 – COOH + N = C = N - + H2N – E 
 -OH 
 CM-Cellucose N,N’-Dicyclohexylcarbodiimide Enzyme 
- O – CH2 – CO-NH – E + NH - C O NH 
 - OH Dixyclohexylure 
 Vì phản ứng xảy ra trong môi trường acid yếu (pH=5) nên phương 
pháp này đặc biệt thuận lợi đối với các enzyme có tính acid như pepsin. 
• Kết hợp đồng hóa trị giữa các phân tử enzyme với chất mang. 
Cố định enzyme bằng cách liên kết đồng hóa trị được thực hiện bằng 
nhiều cách khác nhau: 
1/ Liên kết đồng hóa trị được tạo ra giữa các nhóm phản ứng của vật 
mang và enzyme; trong một số trường hợp vật mang cần được hoạt hóa sơ 
bộ; 
2/ Các phân tử enzyme sau khi được hấp phụ trên chất mang hoặc nằm 
trong lòng phân tử chất mang liên kết với nhau nhờ tính lưỡng chức hoặc tính 
đa chức của chất phản ứng. 
Người ta thường dùng aldehyde glutaric để gắn các nhóm amin của 
lysine ở các phân tử enzyme. Ví dụ, trypsin cố định trypsin được điều chế 
bằnh cách dùng aldehyde glutaric 2% để liên kết các phân tử enzyme và gắn 
chúng vào aminoethylcellulose. 
b/ Phương pháp “gói” enzyme trong khuôn gel. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 73 -
Để gói enzyme vào khuôn gel người ta tiến hành trùng hợp hóa học các 
gel khi có mặt đồng thời enzyme. Sau khi hoàn thành quá trình trùng hợp 
enzyme bị giữ chắc trong gel. Gel đã có enzyme có thể nghiền nhỏ bằng 
cách ép qua rây có lỗ nhỏ và sấy khô ở nhiệt độ thấp. 
Dẫn xuất enzyme loại này lần đầu tiên do Bernfeld (1933) thu được 
bằng cách trùng hợp acrylamide với N,N’-methylenbisacrylamide. Phương 
pháp này thường dùng do chất trùng hợp thu được dễ tạo thành dạng hạt và 
tùy thuộc điều kiện tiến hành mà gel có thể có độ xốp khác nhau. 
Sau đây là một số phương pháp “gói” enzyme. 
• Các gel có thể được hình thành từ các polymer tổng hợp như 
acrylamide, hydroxyethyl-2-metacrylate, tạo phức càng cua bằng 
ethyleneglycol-dimetacrylate, polyvinyl, polyuretan. 
 Enzyme được hòa tan hoặc phân tán trong một dung dịch monomer và 
sau đó trùng hợp trong sự có mặt của một hay nhiều tác nhân tạo phức càng 
cua. Gel có thể cắt thành màng đặt trên một giá thể rắn, hoặc cũng có thể 
nghiền thành bột sau khi loại trừ nước. 
Alginate và caraghenan lấy từ rong biển thường có khả năng tạo gel rất 
tốt và rất thuận lợi để bao gói các enzyme hoặc tế bào nguyên vẹn. 
• Các enzyme cũng có thể bị “nhôùt” trong các lỗ nhỏ của các sợi tổng 
hợp. 
Với cách này người ta cho dịch lỏng chảy bên trong sợi, do đó hạn chế 
được sự phân cực bề mặt và sự bịt lấp thường gặp với các màng. 
Một nhũ tương của cellulose triacetate trong methylene chlorua và 
enzyme trong dung dịch đệm có chứa glycerol được ép qua một khuôn lọc 
dưới áp suất nitơ. Các sợi đi ra khỏi khuôn được nhúng vào một cái bể đông 
tụ có chứa toluel, sau đó được làm khô trong chân không. 
Các sợi này bền với acid yếu hoặc kiềm yếu, lực ion cao và chịu được 
một số dung môi hữu cơ. Tuy nhiên phương pháp này chỉ thích hợp đối với 
những enzyme khó bị mất hoạt tính trong các dung môikhông hòa lẫn với 
nước. 
• Phương pháp gói enzyme trong các bao vi thể (microcapsul). 
Enzyme được gói trong các bao vi thể có màng bán thấm được tạo ra từ 
các polymer có kích thước lỗ đủ nhỏ để ngăn cản sự khuếch tán của enzyme 
ra ngoài và đủ lớn để cơ chất đi vào và sản phẩm phản ứng đi ra dễ dàng. 
Có nhiều phương pháp gói enzyme trong microcapsul. Sau đây là một 
trong các phương pháp đó. Cho một dung dịch loãng chứa enzyme và một 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 74 -
monomer ưa nước trong một dung môi hữu cơ không hòa lẫn trong nước để 
tạo nhũ tương, sau đó thêm một monomer kỵ nước để gây phản ứng trùng 
hợp tạo ra một màng bao quanh những giọt lỏng nhỏ. Thường phải thêm vào 
một tác nhân hoạt động bề mặt để làm bền nhũ tương cũng như để điều chỉnh 
các capsul có kích thước mong muốn từ 1 đến 100 µm. 
• Phương pháp tiền polymer để gói các chất xúc tác sinh học. 
Cố định enzyme bằng phương pháp này có những ưu điểm như sau: 
- Quá trình gói rất đơn giản trong những điều kiện nhẹ nhàng; 
- Các chất tiền trùng hợp không chứa các monomer vốn có thể gây ảnh 
hưởng xấu đến enzyme đã được gói; 
- Cấu trúc lưới của gel có thể được điều chỉnh bằng cách dùng các tiền 
polymer có chiều dài chuỗi bất kỳ; 
- Các tính chất hóa lý của gel (như sự cân bằng giữa tính háo nườc và 
tính kỵ nước, bản chất ion) có thể định hướng trước bằng cách chọn các tiền 
polymer thích hợp vốn đã được tổng hợp hóa học trong điều kiện vắng mặt 
enzyme. 
Dưới đây là một ví dụ về phương pháp tiền polymer. Đó là phương pháp 
tạo liên kết chéo giữa các tiền polymer bằng cách chiếu tia cực tím để gói 
enzyme. 
Khi chiếu tia cực tím gần lên dung dịch có chứa chất tiền polymer và 
enzyme thì sẽ tạo ra các liên kết chéo giữa các gốc của tiền polymer và một 
gel được hình thành bao lấy enzyme. Sư gói enzyme bằng phương pháp này 
có thể tiến hành ở điều kiện nhẹ nhàng, tránh được các thay đổi pH quá kiềm 
hoặc quá acid, thời gian lại rất nhanh, chỉ trong vòng từ 3-5 phút. Với phương 
pháp này có thể gói enzyme, tế bào vi sinh vật hoặc các bào quan. 
c/ Cố định enzyme bằng phương pháp hấp phụ trên các chất mang có 
hoặc không có điện tích. 
Với phương pháp này enzyme được hấp phụ trên các chất có hoạt tính 
bề mặt như than hoạt tính, cellulose, tinh bột, dextran, collagen, albumin, 
agarose, chitin, polyacrylamide, nilon, polystyrol v.v...và một số nhựa trao 
đổi ion, silicagen, thủy tinh. 
Trong trường hợp chất mang không có lỗ enzyme được đính vào chất 
mang thành từng lớp trên bề mặt; khi chất mang có lỗ thì các phân tử enzyme 
sẽ xâm nhập vào trong các lỗ. 
3. Một số đặc tính của enzyme cố định. 
Việc cố định làm thay đổi đáng kể nhiều tính chất của enzyme như độ 
bền, tính đặc hiệu, đặc điểm động học. Thông thường việc cố định làm tăng 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 75 -
đáng kể độ bền của enzyme. Ví dụ, cố định protease làm tăng độ bền với 
nhiệt gấp chục nghìn lần. 
Sau khi được cố định không những độ bền với nhiệt của enzyme tăng 
lên mà phạm vi nhiệt độ tối thích của enzyme cũng được mở rộng. Nhiệt độ 
cao làm cho enzyme bị biến tính, cấu trúc bậc ba của enzyme bị phá vỡ và 
enzyme bị mất hoạt tính. Khi enzyme được cố định nhờ nhiều liên kết gắn 
với chất mang quá trình biến tính sẽ bị ngăn cản, làm cho enzyme chịu được 
nhiệt độ cao. 
Trong trương hợp đối với các enzyme thủy phân protein, ví dụ papain 
và trypsin sự cố định làm ngăn cản một phần hoặc hoàn toàn hiện tương tự 
phân. Điều này rất có ý nghĩa thực tế vì nó giúp làm tăng thời gian làm việc 
của enzyme. 
Sự biến đổi đặc điểm động học của enzyme do việc cố định gây ra có 
thể được minh họa qua ví dụ đối với enzyme glutamate dehydrogenase: đối 
với enzyme cố định trên màng collagen hằng số Michaelis dành cho acid 
glutamic tăng 6 lần, tác dụng hoạt hóa của ADP cũng tăng lên đáng kể. 
Một trong các nguyên nhân làm biến đổi tính chất của enzyme khi 
chúng được cố định là sự thay đổi của phản ứng môi trường. Enzyme thường 
được cố định trên các chất mang có điện tích. Ví dụ một chất trao đổi anion 
mang điện tích âm được bao quanh bởi một môi trường giàu proton, và vì thế 
pH trong các lớp nằm kế sát với enzyme được cố định sẽ thấp hơn so với pH 
của môi trường dung dịch. Điều đó làm cho đường cong phụ thuộc pH của 
hoạt tính enzyme cố định trên các chất mang anionit, cationit và trung tính 
sẽ khác nhau. 
4. Ứng dụng của enzyme cố định. 
a/ Trong công nghiệp. 
- Từ năm 1969 Wilson đã xây dựng thành công một xưỡng thực nghiệm 
để sản xuất liên tục glucose bằng glucoamylase cố định; 
- Từ 1971 người ta đã thành công trong việc dùng chimotrypsin cố định 
trên carboxymethylcellulose để làm động tụ sữa thay cho renin đắt tiền; 
- Enzyme rasemase cố định đã được sử dụng để chuyển toàn bộ D-
aminoacid thành L- aminoacid tương tứng, làm tăng giá trị dinh dưỡng của 
sản phẩm lên gấp đôi. 
- Làm trong nước trái cây bằng cách xử lý enzyme phân giải pectin hay 
thủy phân protein trong bia bằng protease hoàn toàn có thể được thực hiện 
trong các cột chứa các enzyme cố định tương ứng. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 76 -
- Cố định enzyme glucoisomerase trong cột hoàn toàn có hiệu quả đối 
với việc ngăn ngừa sự chuyển hóa glucose thành fructose, làm cho độ ngọt 
của nước giải khát bị giảm. Nhờ cố định enzyme glucoisomerase việc thu 
nhận xirô gluco-fructose ngày nay đã trở thành một quy trình công nghiệp 
quan trọng và phổ biến. Độ chịu nhiệt cao của enzyme này cho phép thực 
hiện quá trình sản xuất ở nhiệt độ 60-70o, làm giảm đáng kể khả năng nhiễm 
khuẩn của thiết bị enzyme. 
b/ Trong y học. 
- Urease gắn trong vi tiểu cầu đã được sử dụng có hiệu quả để loại trừ 
urea của máu trong thận nhân tạo; 
- Vi tiểu cầu chứa catalase đã có thể thay thế một cách có hiệu quả số 
catalase bị thiếu trong cơ. 
- Đưa vi tiểu cầu có gắn enzyme L-asparaginase vào cơ thể có khả 
năng ức chế sự phát triển của một số u ác tính vì sự phát triển của những u 
này phụ thuộc vào sự có mặt của L-asparagin. 
c/ Trong phân tích hóa sinh. 
Glucoamylase gắn đồng hóa trị với polystyrol được dùng để xác định tự 
động glucose; 
Điện cực urease cố định dùng để xác định tự động urea trên dòng liên 
tục; 
Điện cực alcoholoxydoreductase cố định được dùng để xác định 
methanol, ethanol trong dung dịch nước. 
Cố định enzyme tạo ra khả năng nghiên cứu hàng loạt các vấn đề lý 
thuyết của enzyme học. Vi dụ cố định enzyme có thể được sử dụng để ngăn 
cản sự phối hợp ngẫu nhiên của các phần dưới đơn vị của các enzyme 
oligomer. Sử dụng việc cố định có thể giải quyết vấn đề liệu một enzyme ở 
dạng các phần dưới đơn vị có hoạt tính hay không. Nếu các phần dưới đơn vị 
ở trạng thái cố định có hoạt tính thì qua so sánh hoạt tính của enzyme với 
hoạt tính của các oligomer cố định sẽ thu được những thông tin có gía trị về 
vai trò của sự tương tác giữa các phần dưới đơn vị trong việc thực hiện chức 
năng của enzyme. 
 Ngày nay ta biết rõ rằng phần lớn enzyme nội bào hoạt động trong môi 
trường tương tự như gel hoặc chúng được “gói” trong màng ti thể, lục lạp 
hoặc các cơ quan tử khác. Vì vậy, các enzyme cố định có thể là mô hình tốt 
để nghiên cứu hoạt động của enzyme. 
Kỹ thuật cố định không chỉ dùng cho các chế phẩm enzyme mà có thể 
dùng cho các tế bào vi sinh vật nguyên vẹn. Để cố định các tế bào vi sinh vật 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Enzyme - 77 -
người ta thường dùng gel polyacrylamide, cellulose, caraganine và các vật 
liệu khác. Đáng lưu ý là trong nhiều trường hợp hoạt tính enzyme của các tế 
bào cố định cao hơn nhiều so với các enzyme tự do. Các tế bào cố định thậm 
chí có thể thực hiện được các quá trình sinh hóa tinh vi và phức tạp. Ví dụ 
các tế bào Rhisobium lupini của nốt sần cây lupin vàng giữ được rất lâu hoạt 
tính cố định đạm của chúng. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học