CƠ CHẾ DIỆT KHUẨN CỦA OZONE (PHẦN 2): PHÁ HỦY PROTEIN & THÀNH TẾ BÀO

Tóm tắt nội dung: Bài viết phân tích sâu cơ chế ozone tiêu diệt vi khuẩn thông qua: (1) Phá vỡ cấu trúc protein bằng oxy hóa và suy biến, (2) Tấn công thành tế bào phospholipid, (3) Các phản ứng ozonolysis đặc trưng. Kèm minh họa từ nghiên cứu quốc tế và ứng dụng thực tế.

1. Sơ đồ nguyên lý quá trình diệt khuẩn bằng ozone

Quá trình diệt khuẩn bằng ozone là chuỗi phản ứng oxy hóa phức tạp nhắm vào 3 mục tiêu chính:

  • Thành tế bào: Phá hủy lớp phospholipid kép
  • Protein nội bào: Oxy hóa enzyme và bào quan
  • Vật liệu di truyền: Phân hủy DNA/RNA
Sơ đồ phá hủy tế bào vi khuẩn bằng ozone

Hình 8.6. Cơ chế ozone phá hủy vi khuẩn: (1) Thành tế bào, (2) Protein nội bào, (3) DNA/RNA

1.1 Phương trình hóa học tổng quát

Với công thức gần đúng của vi khuẩn: C5H7O2N, quá trình khoáng hóa bằng ozone diễn ra theo sơ đồ:

C5H7O2N (vi khuẩn) + O3 + O2 + •OH → CO2 + H2O + NHy + NOx + năng lượng

2. Cơ chế suy biến protein (Denaturation)

2.1 Quá trình hình thành protein

Protein được tổng hợp qua 4 bậc cấu trúc:

  1. Sơ cấp: Chuỗi polypeptide thẳng
  2. Thứ cấp: Xoắn α hoặc gấp nếp β
  3. Bậc ba: Cấu trúc 3D nhờ liên kết hydro, tương tác kỵ nước
  4. Bậc bốn: Tổ hợp nhiều protein con

2.2 Tác động của ozone lên protein

Ozone phá vỡ các tương tác yếu (liên kết hydro, lực van der Waals) nhưng không ảnh hưởng liên kết peptide, dẫn đến:

  • Mất cấu trúc bậc 4 → bậc 2
  • Bảo toàn trình tự axit amin (cấu trúc sơ cấp)
  • Mất chức năng sinh học của protein
Quá trình suy biến protein

Hình 8.10. Cồn, ozone phá hủy cấu trúc 3D protein thành dạng sơ cấp

3. Phá hủy thành tế bào vi khuẩn

3.1 Cấu trúc thành tế bào

Thành tế bào gồm:

  • Lớp kép phospholipid
  • Đầu phosphat ưa nước
  • Đuôi axit béo kỵ nước (chứa liên kết C=C)
Cấu trúc thành tế bào

Hình 8.11. Thành tế bào với lớp phospholipid kép và liên kết C=C mục tiêu của ozone

3.2 Cơ chế per-oxidation

Ozone tấn công liên kết C=C trong axit béo không no theo chuỗi phản ứng:

  1. Chất béo + •OH → Gốc tự do lipid
  2. Gốc lipid + O2 → Gốc peroxyl (•OO)
  3. Gốc peroxyl + Chất béo → Lipid peroxide (-OOH)
Phản ứng ozone với axit béo

Hình 8.12. Ozone tạo lipid peroxide phá hủy thành tế bào

4. Phản ứng ozone với axit amin

4.1 Độ nhạy theo pH

Tốc độ phản ứng ozone tăng 1 triệu lần khi pH thay đổi từ acid sang kiềm:

Trạng thái axit amin Hằng số phản ứng k (dm3mol−1s−1)
Protonated (pH acid) 101
Trung hòa 103
Deprotonated (pH kiềm) 106
Ảnh hưởng pH lên phản ứng ozone

Hình 8.13. Cơ chế mất proton của axit amin theo pH

5. Phản ứng ozonolysis đặc trưng

5.1 Cơ chế dipole cộng vòng

Ozone (dipole điện) phản ứng với liên kết C=C tạo ozonid qua 3 giai đoạn:

  1. Ozone + Alkene → Molozonid
  2. Molozonid → Trioxolane
  3. Trioxolane → Sản phẩm carbonyl
Phản ứng ozonolysis

Hình 8.14. Chuyển hóa nhóm alkene thành carbonyl

5.2 Ứng dụng thực tế

Hiện tượng ozone cracking trong cao su do phá vỡ liên kết C=C tại polybutadiene.

Bài viết liên quan