VIỆN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP. HỒ CHÍ MINH
MÔN HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
“ Phản ứng oxy hóa khử sinh học, bản chất
ứng dụng trong xử lý chất thải”
Giảng viên : TS. MAI TUẤN ANH
Học viên : Lê Thị Trúc Phương
Đào Thanh Tùng
Nguyễn Thị Mai Trúc
Tháng 06 năm 2011
ĐẶT VẤN ĐỀ
ĐẶT VẤN ĐỀ

- Các phương pháp xử lý hoá học và sinh
- Các phương pháp xử lý hoá học và sinh
học thông thường ngày càng khó đạt được
học thông thường ngày càng khó đạt được
mức độ cần thiết để loại bỏ các chất ô
mức độ cần thiết để loại bỏ các chất ô
nhiễm.
nhiễm.

- Do đó, cần phải triển khai những phương
- Do đó, cần phải triển khai những phương
pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy
pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy
hơn và với những dụng cụ đơn giản hơn
hơn và với những dụng cụ đơn giản hơn
so với những hệ thống xử lý hiện hành.
so với những hệ thống xử lý hiện hành.


- Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được enzyme có
- Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được enzyme có
nhiều khả năng và triển vọng giải quyết vấn đề nêu
nhiều khả năng và triển vọng giải quyết vấn đề nêu
trên trong giám định và xử lý ô nhiễm môi trường.
trên trong giám định và xử lý ô nhiễm môi trường.

- Hầu hết những quy trình xử lý rác thải đều sử
- Hầu hết những quy trình xử lý rác thải đều sử
dụng một trong hai phương pháp hoá lý hoặc sinh
dụng một trong hai phương pháp hoá lý hoặc sinh
học hoặc kết hợp.
học hoặc kết hợp.

- Phương pháp xử lý bằng enzyme là trung gian
- Phương pháp xử lý bằng enzyme là trung gian
giữa hai phương pháp truyền thống, nó bao gồm
giữa hai phương pháp truyền thống, nó bao gồm
các quy trình hoá học trên cơ sở hoạt động của các
các quy trình hoá học trên cơ sở hoạt động của các
chất xúc tác có bản chất sinh học.
chất xúc tác có bản chất sinh học.
NỘI DUNG
NỘI DUNG
-
-
TỔNG QUAN
TỔNG QUAN



-
-
CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZIM
CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZIM
-
-
ỨNG DỤNG CỦA ENZYM
ỨNG DỤNG CỦA ENZYM
TRONG BẢO VỆ MÔI TRUỜNG
TRONG BẢO VỆ MÔI TRUỜNG
Tổng quan
Tổng quan
-
-
Tổng quan về phản ứng oxy hóa khử sinh
Tổng quan về phản ứng oxy hóa khử sinh
học
học
- Tổng quan về enzym
- Tổng quan về enzym




+ Cách gọi tên emzym
+ Cách gọi tên emzym


+ Phân loại enzym

+ Phân loại enzym


Phân loại theo bản chất hoá học
Phân loại theo bản chất hoá học


Phân loại theo cơ chế xúc tác của
Phân loại theo cơ chế xúc tác của
enzym
enzym
Tổng quan về phản ứng oxy
Tổng quan về phản ứng oxy
hóa khử sinh học
hóa khử sinh học
- Nguồn năng lượng cần thiết do cơ thể sinh
- Nguồn năng lượng cần thiết do cơ thể sinh
vật thu được từ ánh sáng mặt trời.
vật thu được từ ánh sáng mặt trời.


- Năng lượng mặt trời được tàng trữ trong
- Năng lượng mặt trời được tàng trữ trong
các liên kết hóa học của hợp chất hữu cơ
các liên kết hóa học của hợp chất hữu cơ
do thực vật tạo nên từ CO
do thực vật tạo nên từ CO
2
2
và H

và H
2
2
O trong
O trong
quá trình quang hợp
quá trình quang hợp
- Năng lượng mặt trời chuyển thành năng
- Năng lượng mặt trời chuyển thành năng
lượng hóa học, nước bị phân giải thành
lượng hóa học, nước bị phân giải thành
hydro và oxy
hydro và oxy
- Oxy được thải vào không khí, còn hydro liên
- Oxy được thải vào không khí, còn hydro liên
hợp với carbon (trong CO
hợp với carbon (trong CO
2
2
) để tạo ra chất
) để tạo ra chất
hữu cơ của thực vật.
hữu cơ của thực vật.
-
-
Cơ thể sinh vật “đốt cháy” các sản phẩm
Cơ thể sinh vật “đốt cháy” các sản phẩm
dinh dưỡng chất hữu cơ bằng oxy, và chuyển
dinh dưỡng chất hữu cơ bằng oxy, và chuyển
hóa chúng thành CO

hóa chúng thành CO
2
2
và H
và H
2
2
O đồng thời sử
O đồng thời sử
dụng năng lượng được giải phóng ra để đáp
dụng năng lượng được giải phóng ra để đáp
ứng các nhu cầu hoạt động sống.
ứng các nhu cầu hoạt động sống.


Tổng quan (tt)
Tổng quan (tt)
Tổng quan (tt)
Như vậy: Những phản ứng phân hủy (biến
Như vậy: Những phản ứng phân hủy (biến
đổi dị hóa) này có kèm theo giải phóng
đổi dị hóa) này có kèm theo giải phóng
năng lượng được tiến hành trong tế bào
năng lượng được tiến hành trong tế bào
sống với sự tham gia của những hệ
sống với sự tham gia của những hệ
enzyme đặc biệt chính là quá trình oxy
enzyme đặc biệt chính là quá trình oxy
hóa khử sinh học.
hóa khử sinh học.



Tổng quan về enzym
Tổng quan về enzym
Cách gọi tên enzym
Cách gọi tên enzym


Năm 1898 Duy-cơ-lô đã đề ra qui tắc gọi
Năm 1898 Duy-cơ-lô đã đề ra qui tắc gọi
enzym theo tên La tinh của cơ chất hoặc
enzym theo tên La tinh của cơ chất hoặc
của phản ứng sau khi thêm vĩ ngữ "ase"
của phản ứng sau khi thêm vĩ ngữ "ase"
vào gốc chữ.
vào gốc chữ.
Phân loại enzym
Phân loại enzym


Phân loại theo bản chất hoá học: dựa vào
Phân loại theo bản chất hoá học: dựa vào
bản chất hoá học người ta chia enzym ra
bản chất hoá học người ta chia enzym ra
làm 2 lớp: lớp enzym đơn giản và lớp
làm 2 lớp: lớp enzym đơn giản và lớp
enzym phức tạp
enzym phức tạp
Lớp enzym đơn giản
Lớp enzym đơn giản

:
:
-
Có thành phần thuần tuý là acid amin.
Có thành phần thuần tuý là acid amin.
-
Và tính xúc tác sinh học của chúng được
Và tính xúc tác sinh học của chúng được
qui định bởi cấu trúc của phân tử protein.
qui định bởi cấu trúc của phân tử protein.
Ví dụ enzym: pepsin, trypsin, urease
Ví dụ enzym: pepsin, trypsin, urease
- Lớp enzym phức tạp, tương ứng với một
- Lớp enzym phức tạp, tương ứng với một
enzim phức tạp, trong phân tử có 2
enzim phức tạp, trong phân tử có 2
phần: phần protein và phần nhóm ghép
phần: phần protein và phần nhóm ghép
không phải bản chất protein.
không phải bản chất protein.
Phân loại theo cơ chế xúc tác của enzym
Phân loại theo cơ chế xúc tác của enzym
:
:
Tại Hội nghị sinh hoá học Quốc tế cuối
Tại Hội nghị sinh hoá học Quốc tế cuối
năm 1961 họp tại Moscow đã đề ra một
năm 1961 họp tại Moscow đã đề ra một
bảng phân loại mới, trong đó enzym
bảng phân loại mới, trong đó enzym

được chia ra làm 6 lớp.
được chia ra làm 6 lớp.
- Oxydoreductase (Lớp enzym oxy hoá hoàn nguyên
- Oxydoreductase (Lớp enzym oxy hoá hoàn nguyên
sinh học)
sinh học)
- Hydrolase (Lớp enzym thuỷ phân)
- Hydrolase (Lớp enzym thuỷ phân)
- Lia se (Lớp enzym phân giải chất không theo con
- Lia se (Lớp enzym phân giải chất không theo con
đường thuỷ phân)
đường thuỷ phân)
- Ligase hay Syntetase (Lớp enzym tổng hợp chất)
- Ligase hay Syntetase (Lớp enzym tổng hợp chất)
- Transferase (Lớp enzym vận chuyển)
- Transferase (Lớp enzym vận chuyển)
- Isomerase hay Mutase (Lớp enzym đồng phân hoá)
- Isomerase hay Mutase (Lớp enzym đồng phân hoá)
cơ chế hoạt hóa Enzym
cơ chế hoạt hóa Enzym


Trong cơ thể enzym được sản sinh ở các cơ
Trong cơ thể enzym được sản sinh ở các cơ
quan hay các tuyến. Những enzym này ban
quan hay các tuyến. Những enzym này ban
đầu thường ở dạng chưa hoạt động gọi là
đầu thường ở dạng chưa hoạt động gọi là
chuẩn enzym (proferenzyme) muốn hoạt
chuẩn enzym (proferenzyme) muốn hoạt

động được enzym phải nhờ chất hoạt hoá.
động được enzym phải nhờ chất hoạt hoá.
Có 3 kiểu hoạt hoá:
Có 3 kiểu hoạt hoá:
- Các ion kim loại hoá trị 2 tham gia vào cấu
- Các ion kim loại hoá trị 2 tham gia vào cấu
tạo trung tâm hoạt động để vận chuyển điện
tạo trung tâm hoạt động để vận chuyển điện
tử hoặc làm cầu nối để gắn cơ chất vào
tử hoặc làm cầu nối để gắn cơ chất vào
enzym
enzym


- Cắt một đoạn enzym tạo trung tâm hoạt
- Cắt một đoạn enzym tạo trung tâm hoạt
động của enzym
động của enzym


-
Cơ chế ức chế của enzym: là quá trình
Cơ chế ức chế của enzym: là quá trình
trung tâm hoạt động bị phong bế.
trung tâm hoạt động bị phong bế.


-
Hiện tượng ức chế của enzym là hiện
Hiện tượng ức chế của enzym là hiện

tượng rất phổ biến trong đời sống sinh
tượng rất phổ biến trong đời sống sinh
vật, 90% ngộ độc là do enzym bị ức chế.
vật, 90% ngộ độc là do enzym bị ức chế.
-
Những chất thường gây ra hiện tượng
Những chất thường gây ra hiện tượng
ức chế enzym là kim loại nặng, hợp chất
ức chế enzym là kim loại nặng, hợp chất
hữu cơ và vô cơ.
hữu cơ và vô cơ.
Cơ chế ức chế của enzym
Tính đặc hiệu của enzym
Tính đặc hiệu của enzym


- Đa số các enzym có tính chọn lọc đối
- Đa số các enzym có tính chọn lọc đối
tượng tác động một cách rõ rệt, mỗi một
tượng tác động một cách rõ rệt, mỗi một
enzym chỉ tác động lên một cơ chất, một
enzym chỉ tác động lên một cơ chất, một
kiểu phản ứng hoặc một loại phản ứng,
kiểu phản ứng hoặc một loại phản ứng,
có nghĩa là tác dụng của enzym có tính
có nghĩa là tác dụng của enzym có tính
đặc hiệu. Hiện tượng này có liên quan
đặc hiệu. Hiện tượng này có liên quan
đến cấu trúc phân tử và trung tâm hoạt
đến cấu trúc phân tử và trung tâm hoạt

động của enzym.
động của enzym.
Có 4 kiểu đặc hiệu của enzym:
- Đặc hiệu tuyệt đối
- Đặc hiệu tương đối
- Đặc hiệu theo kiểu phản ứng
- Đặc hiệu theo kiểu hình học không gian
Điều kiện hoạt động của enzym
Điều kiện hoạt động của enzym


Ảnh hưởng của nhiệt độ
Ảnh hưởng của nhiệt độ


-
Ở nhiệt độ cao (> 70 - 80
Ở nhiệt độ cao (> 70 - 80
0
0
C) enzym bị tê
C) enzym bị tê
liệt và phá huỷ do rối loạn về cấu trúc
liệt và phá huỷ do rối loạn về cấu trúc
phân tử bậc 2, 3 làm hỏng trung tâm
phân tử bậc 2, 3 làm hỏng trung tâm
hoạt động được tạo nên từ các acid
hoạt động được tạo nên từ các acid
quan trọng và nhóm ghép
quan trọng và nhóm ghép

-
Những nhiệt độ quá thấp (gần hoặc dưới
Những nhiệt độ quá thấp (gần hoặc dưới
0
0
0
0
C) hoạt động của enzym yếu dần và
C) hoạt động của enzym yếu dần và
hầu như dừng hẳn lại nhưng enzym
hầu như dừng hẳn lại nhưng enzym
không bị phá huỷ
không bị phá huỷ
-
Ảnh hưởng của pH:
Ảnh hưởng của pH:
mỗi enzym có vùng
mỗi enzym có vùng
pH hoạt động tốt nhất riêng cho mình.
pH hoạt động tốt nhất riêng cho mình.
-
Sở dĩ như vậy là vì enzym có nguồn gốc
Sở dĩ như vậy là vì enzym có nguồn gốc
protein nên khi pH thay đổi sẽ ảnh
protein nên khi pH thay đổi sẽ ảnh
hưởng tới độ phân ly các nhóm chức cấu
hưởng tới độ phân ly các nhóm chức cấu
trao nên trung tâm hoạt động của enzym
trao nên trung tâm hoạt động của enzym
như OH, SH

như OH, SH
Ảnh hưởng của nồng độ enzym và cơ chất
Ảnh hưởng của nồng độ enzym và cơ chất
- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: nếu
- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: nếu
nồng độ đó thấp thì tốc độ enzym xúc tác
nồng độ đó thấp thì tốc độ enzym xúc tác
chậm dần, nhưng nếu nâng nồng độ lên
chậm dần, nhưng nếu nâng nồng độ lên
mãi thì đến một lúc tốc độ xúc tác thôi
mãi thì đến một lúc tốc độ xúc tác thôi
không tăng vì nó đã đạt được tối đa
không tăng vì nó đã đạt được tối đa
(Vmax) lúc này phản ứng lập hợp chất
(Vmax) lúc này phản ứng lập hợp chất
trung gian (ES) và giải phóng sản phẩm
trung gian (ES) và giải phóng sản phẩm
(ES → E + P) tiến hành nhanh nhất
(ES → E + P) tiến hành nhanh nhất
-
Ảnh hưởng của nồng độ enzym: trong
Ảnh hưởng của nồng độ enzym: trong
điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng
điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng
phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzym:
phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzym:


V=k [E] .
V=k [E] .

-
Trong đó:
Trong đó:
V là tốc độ phản ứng,
V là tốc độ phản ứng,
[E] là nồng độ enzym
[E] là nồng độ enzym
ng d ng c a enzym trong b o v Ứ ụ ủ ả ệ
ng d ng c a enzym trong b o v Ứ ụ ủ ả ệ
môi tr ngườ
môi tr ngườ
-
Các enzyme oxidoreductase trong xử lý
Các enzyme oxidoreductase trong xử lý
môi trường
môi trường


+ Các enzyme peroxidase phân lớp
+ Các enzyme peroxidase phân lớp
EC 1.11
EC 1.11
a) Catalase (ký hiệu EC 1.11.1.6) xúc tác
a) Catalase (ký hiệu EC 1.11.1.6) xúc tác
phản ứng đặc hiệu phân huỷ H
phản ứng đặc hiệu phân huỷ H
2
2
O
O

2
2
. Ngoài
. Ngoài
ra, catalase còn có thể phân huỷ
ra, catalase còn có thể phân huỷ
formaldehyde, formic acid và alcohol.
formaldehyde, formic acid và alcohol.