chuong3.ENZYME

Slide 1 NỘI DUNG CHÍNH 3 1 Đại cương về Enzyme 3 2 Bản chất, cấu trúc của Enzyme 3 3 Trung tâm hoạt động của Enzyme 3 4 Chất phối hợp của Enzyme 3 5 Cơ chế xúc tác của Enzyme 3 6 Đặc tính của Enzyme 3[.]

NỘI DUNG CHÍNH

3.1 Đại cương về Enzyme

3.2 Bản chất, cấu trúc của Enzyme

3.3 Trung tâm hoạt động của Enzyme 3.4 Chất phối hợp của Enzyme

3.5 Cơ chế xúc tác của Enzyme

3.6 Đặc tính của Enzyme

3.7 Tên gọi và phân loại Enzyme

=> Enzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong cơ thể sống, có

bản chất là protein, xúc tác các phản ứng sinh hóa trong điều kiện bình thường của cơ thể sống Enzyme chỉ làm tăng tốc độ phản ứng mà không

bị biến đổi sau phản ứng.

Enzim là gì?

3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ ENZYME

100 g tinh bột

Enzim giống và khác chất xúc tác vô cơ ở những điểm nào?

 Giống nhau: Làm tăng tốc độ phản ứng, không mất đi, không tăng lên trong QT phản ứng Giúp phản ứng nhanh chóng đạt trạng thái CB động, không quyết định chiều hướng của phản ứng

 Khác nhau: E là chất xt có hiệu suất cao nhất (1,6g amylase =>

TP được 175 kg tinh bột trong 1 h)

-E có tính đặc hiệu cao, thg mỗi E chỉ xt cho 1 loại P/u hay 1 Cchất

- E gia tăng tốc độ P/U tới 10 6 – 10 7 lần với tính đặc hiệu cao (NT ổ-chìa khóa) E hoạt động trong ĐK sinh lý bình thường của cơ thể.

3.1.2 Đặc điểm của Enzyme

•Hoạt tính x/t có thể được điều khiển

- Nhược điểm:

• Mẫn cảm với nhiều y/tố

• Luôn bị ph/giải và tái t/hợp trở lại

E giống các protein khác:

• E tan trong nước hoặc trong d/dịch muối loãng.

• E cũng không qua được màng bán thấm

• Tất cả các y/tố làm b/tính protein (acid đặc, kiềm đặc, muối

KL nặng, t o cao, …) đều làm E b/tính và mất h/tính x/t

3.1.3 Đơn vị hoạt lực của enzyme

- Năm 1961, IUB (International Union of Biochemistry) đưa ra đơn vị hoạt lực enzyme chuẩn: U (1U) là lượng enzyme cần thiết để b/đổi 1 mol cơ chất trong th/gian

1 phút ở đ/k chuẩn (30 o C, pH tối ưu, bão hoà cơ chất).

- Năm 1972, IUB đưa ra đơn vị mới là katal (kat): 1kat là lượng chất x/t làm biến đổi 1 mol cơ chất trong th/gian

1 giây ở đ/k chuẩn.

kat = 10 -6 kat; ηkat = 10 -9 kat

- Liên hệ giữa U và kat: 1U = 16,67 ηkat

Cấu trúc của enzim

•B/C: Proten (Ngoại trừ một nhóm nhỏ RNA có hoạt tính XT)3.2 Bản chất, cấu trúc của Enzyme

=> TTHĐ của E: nơi tiếp

xúc giữa E và cơ chất, nơi

E thực hiện phản ứng

=> TTHĐ được hình

thành thông qua cấu trúc

bậc III của Pro E

Trung tâm hoạt động

Cơ chất (S)

Quan sát hình, cho biết cấu tạo và chức năng trung tâm hoạt

3.3 Trung tâm hoạt động của enzyme

- TTHĐ là vùng kh/gian gi/hạn nhỏ, chứa các nhóm c/n được ph.bố, định hướng một cách chính xác Các nhóm c/n này là th.phần của các gốc aa xa nhau trên chuỗi polypep., song gần nhau trong kh.gian nhờ sự gấp cuộn của chuỗi (nhờ ctb 3).

Các nhóm c/n:

• :OH của Ser

• :SH của Cys

• COOH của Glu và Asp

• Vòng imidazol của His

E có thể có 1; 2 hay nhiều TTHĐ Các TTHĐ của 1 p.tử E có thể giống nhau, song có thể khác nhau về c/tạo và c/n, do đó 1 p.tử

E có thể xt nhiều p.ứ h.học khác nhau.

Chỉ S đ/hiệu, có c/trúc p.tử thích hợp với TTHĐ của E mới tạo ra được ph/hợp E-S và q/trình xt chỉ xảy ra khi S được gắn vào

TTHĐ của E

Theo Ficher (1890), TTHĐ của E được hình thành sẵn với một

c/tạo nhất định và chỉ kết hợp với S có c/trúc b/sung thích hợp

Sự thích ứng này như “ổ khoá” và “chìa khoá” Điều này phần nào gi/thích được tính đ/hiệu của E

Nhiều người khác cho rằng TTHĐ không được h/thành sẵn trên p.tử E mà nó chỉ được h/thành khi có t/động t/hỗ giữa E và S.

Các yếu tố ảnh hưởng đến TTHĐ

1 Nhiệt độ: tối thích 37 – 400c

 Nhiệt độ quá cao => phá vỡ các lK =>

phá cấu trúc Pro bậc III => E bị tê liệt,

phá hủy

 Nhiệt độ quá thấp => Sự va chạm giưa E

và S giảm => E giảm hoặc mất hoạt tính

 T/đ chưa sâu sắc => biến tính tạm thời

Các yếu tố ảnh hưởng đến TTHĐ

2 Độ PH: Mỗi E hoạt động tốt trong một

vùng PH nhất định

b/c: [H+] => a/h đến sự phân ly của các gốc

LK trong cấu trúc bậc III của TTHĐ.

- a/h đến sự phân ly,phân cực của E và S VD: Chymotrypsin 8,0; Trypsin 2,0

Các yếu tố ảnh hưởng đến TTHĐ

3 Nồng độ Enzyme (E), nồng độ cơ chất (S)

* [E]: Với một lượng cơ chất xác định nồng độ enzim càng cao thì tốc độ phản ứng xảy ra nhanh

* [S]: Với một lượng E xác định nếu tăng dần lượng cơ

chất S => ban đầu hoạt tính ezim tăng dần => đến một giới hạn => tăng nồng độ cơ chất => không làm tăng

hoạt tính enzim

 VD: Tác dụng của các Hormone

Enzyme dị lập thể

Chất ức chế làm mất k/n xt của E

3.4 Chất phối hợp của Enzyme - Các cofactor

-Khái niệm: Những chất hữu cơ đặc hiệu và các ion kim loại là thành phần cấu tạo và bổ sung khả năng phản ứng, khả năng xúc tác cho E, thiếu chúng thì E không hoạt động được => gọi là chất phối hợp hay chất cộng tác (cofactor)

•Đặc điểm:

-C/trúc nhỏ, không được c/tạo từ các aa;

- Th/phần của các E ph/tạp, làm nh/vụ v/c các ng/tử hay e

-trong các p/ứ h/học mà E của nó xt.

3.4 Chất phối hợp của Enzyme - Các cofactor

Hai loại cofactor:

- Nhóm gép (prosthetic group) gắn chặt với

apoenzyme , là th/phần cố định của ph/tử E.

VD: FMN; FAD của dehydrogenase;

PLP của aminotransferase; Hem của các cyt.

- Coenzyme gắn lỏng lẻo với apoenzyme , dễ tách ra

và nhập lại, chạy giữa các apoenzyme.

VD: NAD + ; NADP + của các dehydrogenase

Nhóm ghép Coenzyme

g tác

Sơ đồ mô tả cơ chế tác động của enzim saccaraza phân hủy đường saccarôzơ thành glucôzơ và fructôzơ

Sucrase thủy phân sucrose thành glucose và fructose

3.5 Cơ chế hoạt động của enzim:

Trình bày cơ chế tác động của

enzim?

E + S

Enzim Cơ chất

E – S Phức hợp trung gian

P + E Sản phẩm Enzim

- Enzim liên kết với cơ chất

tại trung tâm hoạt động tạo

phức hợp enzim - cơ chất,

sau đó enzim tác động lên cơ

chất tạo ra sản phẩm và giải

phóng enzim tự do.

3.6 TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME

• E có b.chất là protein  sự xt của E có tính đ.h

• Là sự t.động riêng của từng E với 1 S, 1nhóm S nh/định

và theo 1 kiểu p.ứ nh/định

3.6.1 Tính đặc hiệu phản ứng

- Đ hiệu theo kiểu p.ứ được xt

- Một S được ch/hoá nhờ các E có t/dụng đ/hiệu  nhau thành những SP  nhau VD, 1 aa có thể được ch/hoá theo kiểu p ư khử nhóm amin, chuyển amin hay khử

carboxyl là nhờ xt của các E đ.hiệu tương ứng là

oxidase, transaminase hay decarboxylase

3.6.2 Đặc hiệu cơ chất

a Đặc hiệu cơ chất tuyệt đối

Xt cho 1 S duy nhất VD: urease chỉ xt sự th/phân urê (thành NH3 và CO2)

b Đặc hiệu tương đối (theo nhóm)

- Xt 1 p.ứ nh/định cho 1 nhóm S cùng loại

- VD: alcol deh x.t sự ÔXH của nhiều rượu,

hexokinase chuyển phosphoryl từ ATP tới các hexose khác nhau

- Tính đ.h S do phần protein E q/định

- Tính đ.h p.ứ ở E ph.tạp do cả apoenzyme và cofactor

q/định Một cofactor có thể th.gia các p.ứ  nhau, tuỳ được gắn vào protein nào VD: PLP trong transaminase th.gia p.ư chuyển amin, trong decarboxylase th.gia khử carboxyl và

trong racemase th.gia pứ đ/phân hoá của aa

Cái gì quyết định tính đặc hiệu của enzyme ?

Nhờ tính xt đ.hiệu của E, các pứ h.sinh xảy ra theo một

trật tự nhất định, không hỗn loạn; tuỳ từng lúc, từng đk mà diễn ra qt ph.giải, hoặc là t/hợp

Tính đặc hiệu của enzyme có ý nghĩa gì?

Tổng hợp

S1

Enzim

S1 S2

Enzim

3.7 CÁCH GỌI TÊN VÀ PHÂN LOẠI ENZYME

3.7.1 Cách gọi tên

- Thời kỳ đầu, tên E thường có đuôi "in".

Đến nay một số vẫn được dùng, VD pepsin,

trypsin, vv…

- Sau đó các E được chọn đuôi "ase“; tên gọi theo

S (VD: amylase, protease, lipase) hay theo kiểu pứ (VD: oxidase, hydrolase, transaminase)

E xt cho chất A nhờ dạng pứ R có tên là ARase VD: Glyceraldehyd-3-phosphate-hydrolase

E xt pứ của chất A với B (hay cofactor B) nhờ p.ứ dạng R, có tên A:B-Rase

- Tên hệ thống:

3.7.2 Phân loại loại theo kiểu phản ứng

Amino transfera se

R1- CO - COOH R2-CH NH2-COOH Ketoacid mới Acid amin

mới +

Enzyme vận chuyển

VD:

Lớp 3: Hydrolase

- thuỷ phân các liênkết vốn hình thành nhờ sự ngưng tụ như peptid, glycosid, ester … (sự ph.giải có nước th.gia)

enzyme thuỷ phân

Lớp 4: Isomerase, Mutase Đồng phân hoá

Isomer = chất đồng phân

- V/c các ng/tử hay nhóm ng/tử trong nội bộ 1 p.tử

- lớp nhỏ nhất, phần lớn b/chất protein

đ/giản

Isomerase

Lớp 5: Liase (synthase)

Xt các ph.ứng:

- ph/giải hoặc tổng hợp nên các LK đôi

Lớp 6: Ligase (Kinase, Synthetase)

- Xt cho các q.trình STH (synthesis = tổng hợp)

- Hình thành nên các lk nhờ tiêu tốn NL (ATP)

3.8 Các tổ hợp đa enzyme và các enzyme dị lập

thể

a Các tổ hợp đa enzyme (multienzyme complex)

- Nhiều p.tử E chỉ là một chuỗi polypep (đơn nguyên)

- Nhiều E có ctb4, do nhiều chuỗi tổ hợp lại Đây là những

E đa nguyên (oligomer) Các E này thay đổi h.tính xt khi các chuỗi tách rời nhau

- Phần lớn các E hđ trong 1 dây chuyền p.ứ của tổ hợp

đa E (SP của 1 p.ư E là S cho p.ứ của E tiếp theo VD:

• Tổ hợp pyruvate dehydrogenase

• Tổ hợp đa enzyme t/hợp acid béo

Các tổ hợp đa enzyme có ý nghĩa gì?

- C/trúc bậc cao của E tạo ra các t/chất mới mà các

b Các enzyme dị lập thể (allosteric enzyme)

- TTĐK = nơi gắn chất có k/n làm b.đổi c/n xt của E

- H/tính được đ.kh bởi các chất gây h/ứng dị lập thể (allosteric effectors) là chất có k/n b/đổi cấu hình E và ả/h tới h/tính xt của E

- Ngoài TTHĐ, có TTĐK (TT dị lập thể) để đ/chỉnh h/tính của

E Tuy có t.dụng t/hỗ, song 2 TT này có c.trúc khác biệt nhau

và định vị ở những kh/vực khác nhau trên ptử E

Chất ức chế làm mất k/n xt của E

3.7 Sự phân bố và các dạng enzyme

- Enzyme nội bào: chiếm số đông, có mặt và th.hiện c/n

bên trong TB nơi đã sinh ra nó

- Enzyme ngoại bào:

Được TB tiết ra bên ngoài, có mặt trong các dịch bào (t/hoá, não tuỷ, máu) Một số VSV tiết E (th/phân các chất dd) vào mt nuôi cấy

b Các zymogen hay proenzyme

• Dạng tiền chất, dạng chưa h/đ của E

• Có tiếp đầu ngữ "pro" hay đuôi “ogen" gắn với tên E,

VD: Procarboxypeptidase, pepsinogen, trypsinogen, …

a Enzyme nội bào và enzyme ngoại bào

Các zymogen được v/c nhờ dịch bào từ nơi hình thành đến nơi th/gia các hđ h/học

Cơ chế h/hoá các zymogen :

- Cắt đi 1 đoạn p/tử chưa hđ → bộc lộ TTHĐ

- Phá vỡ 1 hay một vài lk m/chốt để s/xếp lại c/trúc kh/gian, tạo TTHĐ (VD: chymotrypsinogen)

Qt h/ hoá th/hiện nhờ:

+ protease đ/hiệu

+ dạng hđ của chính E ấy (tự h/hoá).

Sự h/thành các protease h/đ từ zymogen t/ứng là cơ chế đ/hòa h/lượng E, đ/thời b/vệ cho TB đã sx ra E này

- Nhiều dạng  nhau của 1 E cùng xt cho 1 pứ nào

đó (cùng c/năng x/tác)

- Các isozyme của 1E khác nhau về ctb1 (có c/sở d/truyền  nhau, được mã bởi các gen khác nhau).

c Các isozyme hay isoenzyme

- Có thể là các dạng c nhau của 1 E được thay thế dần trong qt ph/t của cơ thể hay các dạng đảm nhiệm những v/trò giống nhau ở những m/bào khác nhau

- Chúng là SP của các gen độc lập (VD malate dehydrogenase của TLT và của TBC) hay có thể được đ/khiển bởi các đoạn ADN khác nhau

VD: lactate deh (LDH), ptử có 4 tiểu phần thuộc 2 dạng: H

và M Các t/phần này có thể k/hợp tạo ra 5 isozyme: H4,

H3M1, H2M2, H1M3 và M4; chiếm t/lệ khác nhau ở những mô khác nhau

Ý nghĩa của isozyme:

- Để cùng 1 p.ứ ph/vụ những m/đích khác nhau hay được đ/khiển theo 1 cách khác, đòi hỏi E khác đi một chút

- Sự t/tại các dạng E đ/hiệu trong m/bào với k/năng x/t được đ/hoà, biến đổi, làm SV có thể th/nghi với những ĐK thay đổi của MT VD: LDH dạng M4 có k/n biến pyruvate thành lactate rất mạnh, k/n này ở H4 lại thấp M/bào nào được c/cấp đ/đặn và đủ O2 (cơ tim), b/thường không tạo lactate, chứa nhiều LDH dạng H4 Ngược lại, cơ vân có thể bị thiếu O2, lại cần dạng M4 (M = muscle, cơ; H = heart, tim)

3.5 CÁC Y/TỐ Ả/HƯỞNG TỚI H/TÍNH X/T CỦA ENZYME

Km = hằng số Michaelis-Menten

- Khi S gắn với TTHĐ của E → ph/hợp E-S

T/độ h/thành ES = k1.[E].[S]

T/độ ph/ly ES = k2.[ES] +k3.[ES] = (k2 + k3).[ES]

Ở tr/thái c/bằng: k1.[E].[S] = (k2 + k3).[ES] * [E] tự do và [E] trong h/chất tr/gian ES thay đổi,

tổng của chúng luôn bằng n/độ ban đầu [Eo] →

[E] = [Eo] - [ES] **

Thay (**) vào (*), và b/đổi toán học, có:

nếu Km = [S] → v = Vmax/2

Km = [cơ chất] khi v/tốc pứ đạt 1/2 t/độ tối đa

Khi [S] cao, v không ph/thuộc [S], lượng P hình

thành b/đổi tuyến tính theo th/gian và hệ số góc của đường này t/đương với [E] (hay hoạt lực E)

Khác với Vmax, Km không phụ thuộc vào [E] mà phụ thuộc vào mt (pH, t°, các chất gây h/ứng, …), → sau

số liệu Km phải b/sung đk mà ở đó Km đã được x/lập

Km đ/trưng cho k/n x/tác của 1 E đ/với 1 S nhất định Đối với đa số E, Km khoảng 10-1 – 10-6 mol.dm-3

Km càng thấp, ái lực của E với S càng cao

Khi biết Km có thể ước đoán [S] khi pứ đạt Vmax, tính toán được v/tốc ban đầu của pứ ở [S] nhất định, hay

có thể tính [S] cần thiêt để pứ đạt v/tốc nào đó.

Động học của các pứ nhiều cơ chất:

E thường x/t cho pứ của 2 S (ví dụ A và B) và tạo ra 2

SP (P và Q) C/chế diễn ra hơi khác so với pứ 1S:

- Trước hết E k/hợp với A, nhờ sự th/hợp cảm ứng dẫn đến sự th/đổi cấu hình của tổ hợp EA→(EA)+, tạo

đk để ph/tử B gắn vào, (đối với E tự do, B có ái lực thấp) → h/thành tổ hợp EAB

- Sau đó tổ hợp EAB → EPQ (P và Q là SP), rồi P và

Q lần lượt được tách ra.

V của pứ  khi T°  Chừng nào

E chưa b/tính, khi 10°C, v của

pứ  2 lần

T°  có thể làm E mất h/tính (protein b/tính, cofactor có thể bị tách ra) Khi  T° lên 60-70°C, phần lớn E mất hẳn h/tính và

đây là nhiệt độ tới hạn

Vì 2 h/tượng trái ngược trên →

E h/đ tốt nhất ở T°tối ưu.

3.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Các E của đv máu nóng hđ tốt nhất x/q thân nhiệt Ở các VSV chịu nhiệt, E có Top cao Ở các VSV sống trong các suối nước nóng, Top có thể lên đến 90°C Nhiều E th/vật có Top cao (papain h/đ mạnh nhất ở 80°C)

E mẫn cảm với pH của mt ↔ pH ả/h đến ht xt của E

Ht xt của E ph/thuộc vào pH là do các nhóm chức có thể

bị ph/ly cho H+ (ở TTHĐ của E hay của S) qui định; pứ của E và S ph/thuộc k/n tách H+ của các nhóm chức này

→ các E có kn x/t cao ở 1 khoảng pH nh/định, ngoài khoảng này, t/độ x/t giảm E đạt t/độ x/tác cực đại ở

pHop

Đa số E có pHop 5 - 7 Một số E tiêu hoá h/đ tốt ngoài khoảng này, VD: pepsin pH = 1,5-2, trypsin và chymotrypsin pH = 8 -11, arginase pH = 9,5

3.5.4 Ảnh hưởng chất hoạt hóa và ức chế

H/quả x/t của E bị ả/h bởi nhiều chất Chất ả/h h/quả x/t của

E = chất gây hiệu ứng (effector) hay chất gây b/đổi

- Chất gây h/ứng ngoại sinh: thuốc, chất độc có t/d ức chế E

Để có thể hđ, nhiều E cần chất h/hoá (ion k/loại, các chất

h/cơ; các anion Cl-, -PO32-) Các chất h/hoá thường không gắn cố định với E (không là th/phần của E hay các nhóm

ghép cố định)

- Các chất ức chế:

Chất ức chế (inhibitor) là chất kìm hãm pứ E, có b/chất khác nhau (ion, các chất vô cơ hay h/cơ) Cơ chế ức chế:

• Làm th/đổi c/trúc p/t E, làm E mất k/n x/tác,

• Cạnh tranh với S về TTHHĐ làm giảm t/độ pứ

• Không làm E b/tính, song ES không tách ra thành P

và g/ph E

H/tượng ức chế E là c/cụ đ/hoà của TB và có nhiều ý/n th/tiễn: y học, vệ sinh (chống nhiễm trùng), trong n/nghiệp (s/d thuốc trừ sâu, diệt côn trùng) và trong ch/tranh (các

vũ khí h/học)

Ức chế E là h/tượng ph/biến trong đ/sống SV Trên 90% các h/tượng trúng độc là do sự ức chế hđ của các E, ng/nhân là do ph/bế TTHĐ của E

VD: Các cyt có nhóm hem với Fe có thể b/đổi hoá trị, th/xuyên cho và nhận e- trong qt vc e- Khi ngộ độc HCN,

CN- kết hợp Fe+3 → ph/hợp bền vững (Fe+3-CN) ↔ k/n tr/đổi e- của h/thống cyt bị trở ngại, gây h/tượng ngạt từ các mô bào