Bµi gi¶ng E n z y m TS. Phan h¶I nam

Bµi gi¶ng E n z y m TS Phan h¶I nam Bµi gi¶ngBµi gi¶ng E n z y m E n z y m TS Phan h¶I nam B¶n chÊt ho¸ häc & cÊu tróc ph©n tö cña enzymB¶n chÊt ho¸ häc & cÊu tróc ph©n tö cña enzym  B¶n chÊt ho¸ häc[.]

Bµi gi¶ng

E n z y m

TS Phan h¶I nam

Bản chất hoá học & cấu trúc phân tử của enzym

 Bản chất hoá học và một số đặc tính của enzym.

Enzym là các protein đặc hiệu có tác dụng xúc tác các phản ứng trong cơ thể.

Đặc tính quan trọng nhất của E: k/năng xúc tác rất lớn và tính đặc hiệu cao

Enzym là chất xúc tác, nên nó cũng có 2 đặc tr ng chung:

- không bị thay đổi sau khi xúc tác

- làm tăng tốc độ f/ để nhanh đạt đến trạng thái cân bằng,

mà không làm thay đổi hằng số cân bằng.

Enzym là protein cho nên nó có đủ các tính chất và cấu trúc của protein nh :

- có KLPT lớn, có cấu trúc phức tạp, không qua đ ợc màng bán thấm

- Dễ bị biến tính bởi các yếu tố nhau: t - Dễ bị biến tính bởi các yếu tố nhau: t ≠ ≠ O , pH, muối kim loại nặng, acid

tuỳ theo pH của môi tr ờng, dễ tan/ n ớc muối loãng

Cấu trúc phân tử của enzym

+ E có KLPT lớn có thể từ 103- 106, VD Ribonuclease có KLPT=

12000

+ Hình dạng: phần lớn E là hình cầu Có loại E chỉ có một chuỗi polypeptid tạo nên (1 subunit) nh ng có nhiều E do nhiều subunit tạo nên

+ Thành phần cấu tạo: chia = 2 loại E nh sau :

là E mà khi thuỷ phân cho SP là các aminoacid, đa số các E loại này

là hydrolase (K/n này chỉ là t ơng đối vì nhiều E ngoài a.a còn có ion kim loại VD Zn/ Carbonic anhydrase - cần thiết cho hoạt động xúc tác của CA)

Đặc điểm và thành phần cấu tạo

+ một phần là protein đơn thuần (TP cho a.a) gọi là apoenzym, + phần thứ 2: ko phải là protein (phi protein) mà là những chất

hữu cơ/ vô cơ đặc hiệu có tác dụng cộng tác với E trong quá trình xúc tác

Apoenzym quyết định những t/c cơ bản của E, nh ng nếu thiếu phần phi protein thì E cũng không hoạt động Phần phi protein có thể gắn chặt vào phần protein (là nhóm ngoại= prosthetic) hoặc có thể liên kết lỏng lẻo (coE hay cofactor)

+ Phân loại CoE: Có nhiều loại, chia theo kiểu f/ thì chia 2 loại:

- CoE vận chuyển nhóm: ATP, các nucleozid triphosphat,

pyridoxalphosphat, CoA, thyaminpyrophosphat (B1), acid folic

- CoE v/c hydro gồm: NAD, NADP, FMN, FAD, CoQ, acid lipoic

Trung tâm hoạt động (TTHĐ) của enzym

Định nghĩa :

- Là 1 phần nhỏ của E, nó tham gia trực tiếp vào hoạt động xúc tác của E

- Là rãnh đ ợc tạo nên bởi sự gấp khúc của chuỗi polypeptid, nó bao gồm những a.a có nhóm hh có hoạt tính cao nh Ser (-OH), His (imidazol), Cys (-SH), Glu (-COOH) Lys (-NH2) Các a.a này có thể xa nhau ở CTB 1 nh ng lại gần nhau trong CT không gian (VD TTHĐ của chymotrypsin có His ở vị trí 57 và Serin ở vị trí 195)

Các nhóm chức năng của TTHĐ enzym gồm 3 loại:

(1) Nhóm tiếp xúc (contact) có tác dụng liên kết với cơ chất (S) để giữ S ở TTHĐ Nhóm tiếp xúc quyết định tính đặc hiệu của enzym (2) Nhóm xúc tác (catalitic): phản ứng trực tiếp với S làm biến đổi cấu tạo S để tạo thành sản phẩm (P)

(3) Các nhóm tham gia duy trì hình dạng ko gian của TTHĐ

enzym để phù hợp với S trong khi gắn và phản ứng với S

Trung tâm hoạt động của enzym

S

Hình 2.1 Trung tâm hoạt động enzym

Nhóm tiếp xúc Nhóm xúc tác Nhóm duy trì cấu trúc không gian

1 Theo Fisher:

TTHĐ có tr ớc, cùng với khi tổng hợp E, có cấu trúc không gian nhất định.Cơ chất có cấu trúc phù hợp với cấu trúc TTHĐ của E để khớp hoàn toàn vào TTHĐ, t ơng tự

nh chìa khoá và ổ khoá (thuyết chìa khoá & ổ khoá).

2.Theo Koshland (mô hình "tiếp xúc cảm ứng").

- TTHĐ ko có tr ớc,mà rất linh động

- Chỉ khi tiếp xúc với [S] thì chính S gây ra cảm ứng k o

gian làm bién đổi hình dạng phân tử E và => làm cho các nhóm chức năng của TTHĐ di chuyển vá định h ớng một cách thích hợp để hình thành TTHĐ có cấu trúc k O gian t

ơng tự S Nh vậy TTHĐ enzym chỉ đ ợc hình thành trong quá trình tiếp xúc giữa E và S Vì vậy ng ời ta gọi là mô hình

"tiếp xúc cảm ứng".

giả thuyết về sự hình thành TTHĐ enzym

Tính đặc hiệu của enzym

K/niệm:

Tính đặc hiệu của E là tính chất xúc tác chọn lọc của E đối với

một S nhất định hoặc đối với một loại f/ứ nhất định Đó là một trong những tính chất cơ bản nhất của E Tính chất này do cấu trúc của E đặc biệt là do cấu trúc của TTHĐ quyết định.

o Đặc hiệu cơ chất:

Có 4, gồm ĐH tuyệt đối, t ơng đối, không gian và đh kép

o Đặc hiệu phản ứng:

+ Phần lớn mỗi E đều có tính đặc hiệu với một loại f/ nhất định, VD:f/ khử carboxyl do E decarboxylase xúc tác.

+ Cũng có E có khả năng xúc tác nhiều f/ Vd isoxitrat DH xúc tác 2 f/ :

NADP NADPH CO 2

isocitrat oxalosuccinat -cetoglutarat 

Tác dụng và cơ chế tác dụng của enzym

Năng l ợng hoạt hoá:

Trong hoá học có hệ thống có đủ điều kiện cho phép f/ tự xảy ra

nh ng p/ vẫn không xảy ra Muốn cho f/ xảy ra - phải cung cấp NL

từ ngoài vào để làm nội năng/ động năng của các phân tử trong hệ

thống,do đó làm thế năng của chúng làm cho chúng có hoạt tính hoá

học cao, năng l ợng đó gọi là NL hoạt hoá (NLHH) của f/ hoá học

Tác dụng và cơ chế tác dụng của enzym

làm giảm rất mạnh NLHH.Ví dụ f/ :

2H 2 O 2  2H 2 O + O 2 Nếu: - ko có E xúc tác: NLHH - 18000 calo/mol.

- xúc tác là bạch kim: NLHH - 11700 calo/mol.

- xúc tác là E catalase thì: NLHH - chỉ còn 5500 calo/mol.

* Cơ chế tác dụng của E:

E có tác dụng làm giảm mạnh NLHH vì trong quá trình xúc

tác, E đã kết hợp với S tạo thành phức hợp trung gian E-S Do

sự kết hợp ấy làm thay đổi cấu tạo điện tử S, làm cho S thay đổi

bền vững và dễ dàng phân ly thành sản phẩm (P).

Cơ chất liên kết vào TTHĐ enzym theo bằng các liên kết: kỵ n

ớc, LK ion, LK hydro, Lliên kết đồng hoá trị ái lực của E-S

phụ thuộc vào sự t ơng ứng về cấu trúc phân tử đặc biệt phụ

thuộc vào lực liên kết giữa E và S

Động học của enzym Khái niệm:

N.C động học E để xác định tốc độ f/ E Tộc độ f/ E đ ợc tính =

số l ợng [S] bị biến đổi/số l ợng SP tạo thành /một đơn vị thời gian.

thuộc vào

nồng độ [S] và nồng độ E.

Khi nồng độ E giữ ở 1nồng hằng định thì tốc độ f/ E chỉ phụ thuộc

vào n.độ [S]

- ở n.độ S thấp thì V  tuyến tính với sự  n.độ S,

- ở n.độ S cao hơn: V ko tuyến tính với sự  nồng độ S nữa - tức là

n.độ S càng  thì tốc độ f  chậm lại

- Khi n.độ S  đến một mức độ nào đó thì V ko  nữa dù có  S và

đạt đến tốc độ tối đa (vmax) Vì khi đó tất cả TTHĐ của E đã đ ợc gắn

hết với S (hay bão hoà cơ chất)

Muốn đạt -> vmax thì n.độ S phải rất lớn >> nhiều lần nồng độ E- gọi

Sự thay đổi tốc độ f/ phụ thuộc nồng độ cơ chất có đặc tr ng:

Ph ơng trình Michaelis-Menten

Điểm chủ yếu của mô hình về đặc tính động học xúc tác của E là

sự hình thành E-S Tốc độ biến đổi của S đ ợc quyết định bởi tốc

độ biến đổi ES = sản phẩm(P) & E tự do.

=>thiết lập một ph.trình: tốc độ f E là hàm số của nồng độ S

Ph ơng trình M-Menten đ ợc viết:

[S]

v = Vmax  (*) , Khi Km = [S], thì : v = Vmax/2

Km + [S]

Km là nồng độ S mà ở n.độ đó V = 1/2 tốc độ tối đa.

Ph.trình Michaelis-Menten dạng thẳng (p.t Lineweaver-Burk).

-Theo đồ thị hypecbol của M-M, việc xác định Vmax chỉ đ ợc giá trị , =>1/2Vmax và Km đều khó chính xác, muốn vẽ đ ợc ĐC ≈

trị , =>1/2Vmax và Km đều khó chính xác, muốn vẽ đ ợc ĐC ≈

cần phải làm nhiều thực nghiệm

- Ph trình đ ờng thẳng Lineweaver-Burk đ ợc viết ns:

[S] Km 1 1

v = Vmax -  1/v = - - +

Km +[S] Vmax [S] Vmax Ph.trình có dạng y = ax + b, là một đ ờng thẳng

1/v

1/Vmax

Các yếu tố ảnh h ởng đến hoạt tính E

* Nhiệt độ

- Từ 0 - 50 o C: khi t0 tốc độ f (v) cũng  ( tO  10oC -> V  2 - 3 lần)

- Nếu > 50o C: V theo sự : V theo sự ↓↓ tO, 60 – 800 C nhiều E mất hẳn hoạt tính do bị biến tính

- tO mà ở đó Vmax gọi là tO thích hợp

Đa số E có tO thích hợp ~ 35 - 40oC

- Tuy nhiên có E chịu đ ợc tO cao, papain hoạt động đ ợc ở tO sôi

* pH:

- Mỗi E có hoạt tính max ở 1pH nhất định, gọi là pH thích hợp

càng xa pH thích hợp hoạt tính E càng Đa số E có pH tối thích là càng xa pH thích hợp hoạt tính E càng Đa số E có pH tối thích là ↓↓ 7,35- 7,45

pH thay đổi=> ảnh h ởng đến hoạt tính E: vì pH ả.h ởng đến trạng thái ion hoá của E nhất là ở tr.thái ion hoá của TTHĐ pH làm ảnh h ởng đến tr.thái ion hoá của cơ chất

* Chất hoạt hoá

KN: Chất h.hoá là những chát có khả năng làm  hoạt tính E

Ví dụ: Cl- hoạt hoá amylase

ở một vị trí E => thay đổi cấu hình và TTHĐ E để [S] ko gắn vào ≠

ở một vị trí E => thay đổi cấu hình và TTHĐ E để [S] ko gắn vào ≠

TTHĐ hoặc làm ái lực của E & S ngăn cản hình thành ES.↓

TTHĐ hoặc làm ái lực của E & S ngăn cản hình thành ES.↓

+ Dựa vào tác dụng chất I với E chia chất I = 4: chủ yếu là I cạnh

tranh, I ko cạnh tranh; ngoài ra còn I kháng cạnh tranh, I hỗn hợp

Chất ức chế cạnh tranh

KN: là chất có cấu tạo t ơng tự nh [S], nó cạnh tranh với [S] kết hợp vào TTHĐ làm E hoạt động xúc tác.↓

vào TTHĐ làm E hoạt động xúc tác.↓

Đặc điểm:

+ Sự kết hợp của chất I vào TTHĐ là sự kết hợp TN giống nh S+ E Cho nên có sự cạnh tranh liên tục giữa chất I và [S] Do đó tốc độ f phụ thuộc vào nồng độ I và [S] Nếu ta nồng độ [S]>> nồng độ I thì có thể loại đ ợc tác dụng của chất I

+ Chất I cạnh tranh ko làm thay đổi Vmax -1/ Km thay đổi

ức chế không cạnh tranh

Chất I có cấu tạo với [S], kết hợp ko thuận nghịch vào TTHĐ hoặc ≠

Chất I có cấu tạo với [S], kết hợp ko thuận nghịch vào TTHĐ hoặc ≠

vào 1 vị trí nh ng gây ra sự biến dạng E và TTHĐ => làm E mất ≠

vào 1 vị trí nh ng gây ra sự biến dạng E và TTHĐ => làm E mất ≠

hoạt tính.

sự ức chế = cách  nồng độ [S] đơn thuần

+ Chất ức chế có thể kết hợp vào E cũng nh vào E-S

+ Chất c I ko cạnh tranh làm ↓ ↓ Vmax Vmax và ko làm thay đổi Km

1/v

có I

Mét sè d¹ng ph©n tö cña enzym ≠