Bài giảng sinh hoá cơ sở enzyme pgs ts ngô đại nghiệp và ts nguyễn thị hồng thương

Khái niệm chung Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein  Enzyme có trong mọi cơ thể sinh vật  Enzym xúc tác đặc hiệu cho các phản ứng hóa học nhất định trong cơ thể si

www.themegallery.com

Chương 7:

1 Khái niệm chung

 Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein

 Enzyme có trong mọi cơ thể sinh vật

 Enzym xúc tác đặc hiệu cho các phản ứng hóa học nhất định trong

cơ thể sinh vật (invivo) và ngoài tế bào (invitro).

 Vì có nguồn gốc từ sinh vật do đó enzym thường được gọi là xúc tác sinh học.

 Cơ thể thiếu enzym thì mọi quá trình chuyển hóa sẽ bị đình chỉ, sinh vật không thể sống, sinh sản và phát triển bình thường

được, sự sống của sinh vật sẽ không tồn tại.

 Hiện nay hơn 2000 enzym đã được khám phá, trong đó hơn

200 enzym thu được ở dạng tinh thể

 Hiện nay người ta đã thu được nhiều loại chế phẩm enzyme

khác nhau và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y học , nông nghiệp, công nghiệp…

2 Cấu tạo

chỉ có protein (Urease, pepsin, amylase…)

ngoài protein còn có phần phi protein (nhóm

ngoại – prostetic)

 Phần protein – apoenzyme

 Phần nhóm ngoại – coenzyme (Thông thường nhóm ngoại enzym là các dẫn xuất của vitamin, các kim loại, nucleotit…)

Ví dụ: catalase, peroxydase, Cytochrom, polyphenol

oxydase…Trong nhóm ngoại có chứa Cu, Fe

(metalloenzym) Có enzym trong nhóm ngoại có dẫn xuất Vit như :

– Pyruvatdecarboxylase nhóm ngoại là dẫn xuất Vit B1 – Amino-transferase nhóm ngoại là Vit B6.

 Trung tâm hoạt động

(TTHĐ):

 Là một phần nhỏ trong

phân tử enzym tham gia

trực tiếp liên kết với cơ

Một số nhóm định chức thường tham

gia hoạt động enzym như:

 -SH của Cystein

 -OH của Serin

 Vòng imidazol của histidin

 ε-NH2 của Lys

 ω- COOH của Asp và Glu

 α-COOH của acid amin (cuối mạch)

 Nhiều enzym có số trung tâm hoạt động khá lớn như:

 Alcoldehydrogenase của gan, M=84.000 có 2 TTHĐ

 Alcoldehydrogenase của nấm men, M=150.000 có 4 TTHĐ

3 Phân loại và danh pháp

 Tên thông dụng: có từ lâu và quen dùng như: pepsin,

trypsin, renin, amylase… không nói lên bản chất xúc tác

 Tên hệ thống: Hội nghị hóa sinh quốc tế quy định

 Phần 1: tên cơ chất – Phần 2: tên kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác, thêm đuôi “ase”

 VD: Pyruvat-decacboxylase (khử CO2 của acid pyruvic)

 Mỗi enzyme có mã số gồm 4 chữ số trước có chữ EC

3 Phân loại và danh pháp

3.2 Phân loại: chia thành 6 nhóm chính

4 Tính chất

 Enzym không thẩm tích qua màng bán thấm.

 Enzym có tính chất lưỡng tính.

 Tan trong nước, dung môi hữu cơ có cực khác,

dung dịch muối loãng, glycerin.

 Dễ bị biến tính bởi nhiệt độ cao và mất hoạt tính

xúc tác.

 Về hình dạng đa số enzym là hình cầu

4.1 Tính chất lý hóa chung

4 Tính chất

 Chất có tác dụng thúc đẩy tốc độ phản ứng hóa học

đựơc gọi là chất xúc tác

 Enzyme không làm lệch vị trí cân bằng mà nó chỉ làm

phản ứng nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng

Enzym có cường lực xúc tác lớn

 Năng lượng hoạt hóa là mức năng lượng cần thiết để

chuyển các phân tử chất tham gia phản ứng từ trạng thái bình thường sang trạng thái hoạt động- để phản ứng xảy.

4.2 Cường lực xúc tác và cơ chế tác dụng

4 Tính chất

 Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hóa

4.2 Cường lực xúc tác và cơ chế tác dụng

4 Tính chất

 Cơ chế xúc tác:

 Quá trình tạo phức chất enzym-cơ chất và biến đổi phức này thành sản phẩm, giải phóng enzym tự do thường trải qua 3 giai đoạn:

 GĐ1: enzym kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức enzym-cơ chất (không bền), năng lượng hoạt hoá cho phản ứng này rất thấp

 GĐ2: xảy ra sự biến đổi cơ chất, phá vỡ các liên kết

đồng hoá trị tham gia phản ứng

 GĐ3: tạo thành sản phẩm còn enzym giải phóng dưới dạng tự do

4.2 Cường lực xúc tác và cơ chế tác dụng

a Thuyết của Fisher (“chìa khóa với ổ khóa”)

b Thuyết của Koshland (“tiếp xúc cảm ứng”)Giải thích cơ chế tác dụng của nhiều enzym: ribonuclease, hexokinase, alpha

amylase…v.v.

4 Tính chất

 Khác với xúc tác vô cơ, enzym chỉ tác dụng lên một

số chất nhất định hoặc chỉ một cơ chất duy nhất hoặc chỉ xúc tác một kiểu phản ứng hoá học nhất định- gọi

là tính đặc hiệu của enzym.

 ĐẶC HIỆU ĐỒNG PHÂN QUANG HỌC

 ĐẶC HIỆU TƯƠNG ĐỐI

 ĐẶC HIỆU NHÓM

 ĐẶC HIỆU TUYỆT ĐỐI

4.3 Đặc hiệu xúc tác

COOH Fumarathydratase

L – malic Acid fumaric

Đặc hiệu đồng phân quang học

ĐẶC HIỆU TƯƠNG ĐỐI

H2O

H2O

O

Cần 2 đk, E phải có khả năng tác dụng lên 1 kiểu

nối hóa học nhất định và A hoặc B phải xác định

Urea CO 2 + 2NH 3

Urease

H 2 O

Ureas e

H 2 O ĐẶC HIỆU TUYỆT ĐỐI

4 Tính chất

4.4.1 Nhiệt độ

 Trong phạm vi biên độ sinh lý tốc độ của phản ứng enzyme tăng theo nhiệt độ với hệ số Q10 bằng 2 Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn nhất định, do protein enzyme bị biến tính, tốc

độ của phản ứng enzyme

 Nhiệt độ tối thích (to

opt) của phản ứng enzyme thường nằm trong khoảng 40-50oC và có thể biến đổi phụ thuộc vào: độ sạch của enzyme, thời gian phản ứng…

 Mỗi enzyme chịu ảnh huởng của nhiệt độ một cách khác

nhau Đặc điểm đó được lợi dụng để tách chiết và nghiên cứu hoạt tính của từng loại enzyme trong tế bào

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng vận tốc phản ứng

4 Tính chất

4.4.2 pH:

 Mỗi enzyme có 1 giá trị pH tối thích này (pHopt) ví dụ:

1,5-2,5 đối với pepsin, 8-9 đối với trypsin Trong mọi nghiên

cứu enzyme pH cần được giữ vững bằng dung dịch đệm

thích hợp

 pH cũng ảnh hưởng đến mức độ ion hóa của các nhóm

chức trong TTHĐ hoặc cấu trúc không gian của cơ chất

và phức chất trung gian ES

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng vận tốc phản ứng

4.4.3 Nồng độ cơ chất

 Gọi E0 là nồng độ ban đầu:

Phương trình Michaelis- Menten và đồ thị của pt Michaelis

 Trong giai đoạn đầu [S] nhỏ thì

Lineweaver và Burk, nghịch đảo để biến thành

dạng đường thẳng y = ax+b

4 Tính chất

4.4.4 Ảnh hưởng của chất kìm hãm

 Là chất có tác dụng làm giảm hoạt độ hay làm enzyme

không còn khả năng xúc tác biến cơ chất thành sản phẩm Kìm hãm enzyme có thể thực hiện bằng nhiều cách khác

nhau (thuận nghịch hay không thuận nghịch) Thuận

nghịch có:

 Kìm hãm thuận nghịch cạnh tranh

 Kìm hãm thuận nghịch không cạnh tranh

 Kìm hãm thuận nghịch: có mặt chất kìm hãm, hoạt tính sẽ yếu đi, nhưng khi tách bỏ chúng thì hoạt tính E hoạt động trở lại

 Kìm hãm bất thuận nghịch: loại bỏ chất kìm hãm thì E vẫn không trở lại được hoạt tính ban đầu

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng vận tốc phản ứng

4 Tính chất

4.4.4 Ảnh hưởng của chất kìm hãm

 Kìm hãm cạnh tranh (competitive inhibition)

 Chất kìm hãm có cấu trúc gần giống cơ chất, nó kết hợp

với trung tâm hoạt động của Enzyme do đó chiếm chỗ của

cơ chất và làm giảm hoạt tính Enzyme

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng vận tốc phản ứng

4 Tính chất

4.4.4 Ảnh hưởng của chất kìm hãm

 Kìm hãm cạnh tranh (competitive inhibition)

 Khi cơ chất dư thừa, nồng độ chất kìm hãm thấp thì có thể loại bỏ tác dụng của chất kìm hãm, còn nồng độ cơ chất

thấp và nồng độ chất kìm hãm cao thì lại có tác dụng kìm hãm hoàn toàn

1/v= (αKm/Vmax) 1/S +1/Vmax Với α = 1+[I]/KI

 Trường hợp đặc biệt của kìm hãm cạnh tranh là kìm hãm bằng sản phẩm Trường hợp này xẩy ra khi một sản phẩm phản ứng tác dụng trở lại enzyme và choán vị trí hoạt

động ở phân tử enzyme

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng vận tốc phản ứng

4 Tính chất 4.4 Các yếu tố ảnh hưởng vận tốc phản ứng

4.4.4 Ảnh hưởng của chất kìm hãm

 Kìm hãm không cạnh tranh (uncompetitive inhibition)

cấu trúc không gian

không giống với cơ chất

 Việc tạo EI và IES làm

4 Tính chất 4.4 Các yếu tố ảnh hưởng vận tốc phản ứng

4.4.4 Ảnh hưởng của chất kìm hãm

 Kìm hãm không cạnh tranh (noncompetitive inhibition)

4 Tính chất

 Ngoài TTHĐ quyết định hoạt tính E còn có “tâm dị khônggian” Khi được kết hợp với 1 phân tử khác làm biết đổicấu trúc bậc 3 của E TTHĐ bị biến đổi, E mất hoạt tính

 Chất kìm hãm I gắn vào E trùng với vị trí gắn S hay I gắnvào “tâm dị không gian” ảnh hưởng đến ái lực liên kếtgiữa S và TTHĐ của E

 Kìm hãm dị không gian (Alosteric)

4.4.5 Ảnh hưởng của chất kích thích hay chất hoạt hóa

 Làm cho E không hoạt động trở thành hoạt động, hay hoạtđộng yếu trở nên mạnh hơn

 Có thể là ion kim loại, dẫn xuất vitamin…

5 Ứng dụng

 Protease là nhóm enzym thuỷ phân protein thành các

sản phẩm đơn giản hơn peptid mạch ngắn, pepton, acid amin…

 Protease ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

 Protease còn ứng dụng trong công nghệ thuộc da, làmmềm da, làm sạch lông, bóng da…

• Protease còn ứng dụng trong hương liệu mỹ phẩm

• Trong công nghiệp sản xuất sữa các protease nhưrenin, pepsin có thể làm đông tụ sữa được dùng trongsản xuất phomai, sữa đông tụ

• Trong y học, protease dùng để sản xuất môi trườngdinh dưỡng nuôi vi sinh

5.1 Protease:

 amilase còn ứng dụng trong sản xuất bánh mì làm

cho bánh mì nở xốp thơm ngon hơn

 Trong công nghiệp dệt, chế phẩm amilase để rũ hồvải (tẩy lớp hồ bột trên mặt để vải mịn, mềm, dễ tẩytrắng, dễ bắt màu khi nhuộm…

5.2 Amylase:

5 Ứng dụng

 Pectinase là enzym thuỷ phân pectin có tác dụng làm trong các loại nước giải khát, nước quả, rượu vang…giúp cho quá trình lọc được dễ dàng hơn.

 Pectinase cũng được dùng trong sản xuất các sản phẩm từ quả, nước quả cô đặc, mức đông do tính tạo keo của nó khi có đường, sản xuất café

và café hoà tan

5.3 Pectinase:

5.4 Cellulase: Cellulase là enzym thuỷ phân Cellulose thành các đường đơn giản dễ tiêu hoá hơn.

Thêm chế phẩm enzym Cellulase vào thức ăn giàu Cellulose của động vật

sẽ làm thực phẩm mềm ra dễ tiêu hoá hơn … do vậy tăng chất lượng và độ hấp thu.

Cellulase làm tăng hiệu suất trích ly của các chất khác từ nguyên liệu thực vật.

Cellulase được ứng dụng trong thuỷ phân gỗ và các phế liệu của công nghiệp thành dịch đường làm thức ăn cho gia súc.

6 Phương pháp xác định hoạt độ

6.1 Đơn vị hoạt độ

 Đơn vị enzym quốc tế (UI) là lượng enzym có khả năng

xúc tác làm chuyển hoá được một micromol cơ chất sau

một phút ở điều kiện tiêu chuẩn

6.2 Hoạt độ riêng: của một chế phẩm enzym là số đơn vị UI ứng với 1ml dung dịch hoặc 1 mg protein của chế phẩm

 Đặc trưng cho mức độ tinh khiết của enzyme.