SINH HÓA HỌC TĨNH chương 5 ENZYME

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt lực xúc tác của enzyme 5.. ENZYME VÀ HIỆN TƯỢNG XÚC TÁC SINH HỌC mà các p ư SHH cần thiết cho sự sống và sự sinh sản của tế bào xẩy ra với.. TRUNG TÂM HOẠT

BÀI GIẢNG SINH HĨA HỌC

PHẦN I – SINH HĨA HỌC TĨNH

Chương V- ENZYME

TP.HCM-2008

2

Chương V- ENZYME

1 Enzyme và hiện tượng xúc tác sinh học

2 Cấu tạo

3 Cơ chế hoạt động xúc tác

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt lực xúc tác của enzyme

5 Danh pháp và phân loại

3

1 Bản chất hóa họccủa enzyme? Những đặc điểm

cấu trúc chung của enzyme, trung tâm hoạt động

của enzyme

2 Giải thíchcơ chế xúc tácchung của enzyme

3 Tính đặc hiệu của enzyme vàcác điều kiện môi

trườngảnh hưởng đến khả năng xúc tác của

enzyme ?

4 Danh pháp và phân loại enzyme theo6 lớp

Thành phần cấu tạo và hoạt động xúc tác của

mỗi lớp

MỤC TIÊU

4

1 ENZYME VÀ HIỆN TƯỢNG XÚC TÁC SINH HỌC

mà các p ư SHH cần thiết cho sự sống và sự sinh sản của tế bào xẩy ra với

tốc độ cao, cĩ tính đặc hiệu cao, tiết kiệm NL

Xúc tác là hiện tượng làm

tăng tốc độphản ứng,

bằng độngbằng những chất đưa từ ngồi vào

tác”,chúng chỉ tham gia trong các SP trung

cuối cùng của p ư

6

2 CẤU TẠO CỦA ENZYME

hoặcbậc bốn

• E một cấu tử– protein đ g : TP bao gồm các

AA, chỉ 1 chuỗi hoặc 2 hay nhiều chuỗi polypeptide giống nhau hay khác nhau

• E nhị cấu tử- protein phức tạp :

Protein đ/g + nhĩm ghép (cofactor)

7

• Trường hợp apoenzyme liên kết chặt chẽ với

prosthetic group

• Trường hợp apoenzyme liên kết lỏng lẻo với

coenzyme, khi hoạt động xúc tác CoE tách

8

2.2 TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME

substrate) trên phân tử E, là nơi xẩy raqúa trình xúc tác

TTHĐ hình thành do sự sắp xếp của một số AA chuyên biệt, nằm xa nhau trên polypeptide nhưng gần nhau trong cấu trúc khơng gian :

- Histidine –

NH

N

TTHĐ cĩ 2 đặc điểm quan trọng :

– hình dạng TTHĐ phù hợp với hình dạng phân tử

– điện tích TTHĐ tương ứng nhưng trái dấu với

điện tích phân tử cơ chất.

Các điều kiện mơi trường (nhiệt độ, pH …)

ảnh hưởng đến cấu trúc bậc ba của phân tử

protein enzyme đều ảnh hưởng tới hình dạng

lực xúc tác của enzyme

10

Fischer's lock and key hypothesis of enzyme action.

Diagrams to show Koshland's induced fit hypothesis of

enzyme action.

3 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG XÚC TÁC

cơ chất lên bề mặt chúng →tập trung

S , tăng nồng độ S → t→ ăng vận tốc p/ư

(hệ thống p/ư dị thể : chất xúc tác thể

rắn, S thể lỏng, khí).

xúc tác tạo hợp chất trung gian với S,

p/ư đi theo đường vòng →giảm NL đòi

hỏi để hoạt hóa cơ chất→→ tăng vận tốc

p/ư (hệ thống p/ư đồng thể : chất xúc

hơn nhiều so với chất vô cơ

không xúc tác

bt platin

catalase

15

Năng lượng hoạt hóa cần cung cấp cho một phản ứng

16

4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬN TỐC

PHẢN ỨNG ENZYME

Đơn vị hoạt lưc của enzyme

khối lượng enzyme thường rất thấp so với khối lượng cơ chất mà nó xúc tác

nhiều

Đơn vị quốc tế hoạt độ của enzyme IU (international unit): là lng enzyme xúc tác

bin đi 1 mmol cơ ch!thayt"o ra 1 mmol s/p

Mỗi phòng thí nghiệm thường biểu thị đơn vị

hoạt lực enzyme theo p/p xét nghiệm riêng

chuẩn quốc tế SI (International System of

Units) bằng cách nhân với hệ số chuyển đổi

18

HỆ SỐ CHUYỂN ĐỔI MỘT SỐ ĐƠN VỊ HOẠT LỰC ENZYME SANG ĐƠN VỊ HỆ THỐNG QUỐC TẾ

U/lit Glutamic pyruvic

transaminase

U/lit 0.48

Sigma-Frankel unit (SFU); Kamen unit (KU) Wroblewski-LaDue unit (WLU); Reitman-Frankel unit (RFU) – 0.001 OD/phút/ml

Glutamic oxaloacetic transaminase (SGOT, AST)

U/lit 1.85

Somogyi unit (SU)

-mg G/30 phút Amylase (AMYL)

U/lit 0.75

Sibley-Lehninger unit (SLU)-mgDNP/hour/ml Aldolase (ALD)

Đơn v6 qu8c t

H* s8 ch/đi

Đơn v6 không h* th8ng

Các enzyme huyt thanh

19

U/lit 7.10

5.40

King Amstrong unit (KAU)

-mg phenol P/30phút Bodansky unit (BU) - mg P/giờ

Phosphatase

kiềm (AlP)

U/lit 1.85 King Amstrong unit (KAU)

-mg phenol P/30phút

Phosphatase

acid (AcP)

U/lit 16.7 Roe-Byler unit (RBU) –

(µmol/giờ/ml) Lipase

U/lit 0.0167 Volfson-Williams-Ashman unit

(WWAU) – nmol/giờ/ml

Isocitrate

dehydrogenas

e (ICD)

U/lit 0.48

Sigma-Frankel unit (SFU);

Kamen unit (KU); Wroblewski-LaDue unit (WLU); Reitman-Frankel unit (RFU)

– 0.001 OD/phút/ml

Glutamic

pyruvic

transaminase

(SGPT, ALT)

20

Ghi chú :

• U = 1 international unit = 1µmol/phút = 16.67 nkat/giây = 0.0167 µkat/giây

4.1 VẬN TỐC BAN ĐẤU CỦA PHẢN ỨNG

22

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

• Điều kiện in vitro: 0 – 400C: totăng →→→ tốc độ p/ứ tăng, đơn thuần nhiệt độ c/c NL cho p ư

>450C: vận tốc p/ư bắt đầu giảm do nhiệt

toàn

Một số VSV chịu nhiệt, sống trong suối nước

• Điều kiện in vivo: nhiệt độ cơ thể tăng 1-20C →→ p/ư đốt cháy chất hữu cơ trong mô bào tăng

cơ thể

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA pH

• pH môi trường thay đổi ảnh hưởng đến sự

phân ly của các nhóm chứctrên chuỗi

• Mỗi E chỉ hoạt động tốt trong một giới hạn pH nhất định, ngoài khoảng pH tối ưu đó thì vận tốc p/ư rất thấp

• Bảng 5.2 (T.112) : khoảng pH tối ưu của một số enzyme

pH tối ưu của một số enzyme

4,6 – 5,0 Sucrase

(nấm men)

7,0 – 8,0 Lipase

(tụy tạng)

9,0 - 10 Phosphatase

(huyết tương)

7,8 – 9,5 Trypsin

(tụy tạng)

4,5 – 5,0 Cathepsin

(cơ)

1,5 – 2,5 Pepsin

(dạ dày)

5,2 β

β-Amylase (mạch nha)

6,8 – 7,0 α

α-Amylase

(nước bọt)

pH Enzyme

pH Enzyme

26

27

4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ENZYME

Vận tốc p/ư tăng tỷ lệ thuận với sự tăng nồng độ

enzyme trong hệ thống p/ư

Lư ợợợợng cơ chấấấất biếếếến đổổổổi

3x 2x 1x

E3

E2

E1

t0 t1 t2

V ậậậận tốốốốc ban đầầầầu tỷỷỷỷ lệệệệ

thu ậậậận vớớớới nồồồồng độộộộ E

28

4.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CƠ CHẤT

29 30

4.6 SỰ HOẠT HĨA VÀ ỨC CHẾ ENZYME

 HOẠT HĨA ENZYME

Trong mơ bào E khi mới được tiết ra thường ở trạng thái chưa hoạt động (tiền E, tiếp đầu ngữ “pre” hay

“pro”enzyme, tiếp vị ngữ “ ogen”.

 Cắt bỏ một đoạn polypeptidecủa tiền enzyme

(proenzyme hay zymogen) làm bôc lộ trung tâm hoạt động Ví dụ :

 Thành lậpcầu nối disulfur(-S – S-)để hoàn chỉnh trung tâm hoạt động :

Pepsin + HCl

Enterokinase

31

 Thành lậpphức hợp với các ion kim loại, các ion

này có vai trò làm cầu nối trung gian, gắn cơ chất

lên trung tâm hoạt động bằng các cầu nối phụ Vai

trị này thường thuộc về các ng/tố vi lượng

 Hoạt hóa nhờhiện tượng cảm ứngbởi chất gây

hiệu ứng dị không gian

 Sự hoạt hĩa (hay ức chế) E thường được kiểm

phosphoryl:

HH b=ng phosphoryl hĩa b?i kinase + ATP

Bc ch b=ng khC phosphoryl b?i phosphatase – H3PO4

32

 ỨC CHẾ ENZYME

hoạt động của trung tâm hoạt độngcủa enzyme

 Ức chế cạnh tranh (H.5.8, T.119) : (-CHI– COOH) cạnh tranh với gốc (- CH2– SH)

 Ức chế khơng cạnh tranh : chất ức chế làm biến đổi cấu hình phân tử E để làm thay đổi khả năng xúc tác của E

Competitive inhibitors bind reversibly to the enzyme, preventing the

binding of substrate On the other hand, binding of substrate prevents

binding of the inhibitor Substrate and inhibitor compete for the enzyme.

34

35

5 DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI

DANH PHÁP

 Nhóm E tiêu hóa được gọi tên tùy tiện

 Quy tắc gọi tên : theo tên Latin của cơ chất + kiểu

PHÂN LOẠI

6 lớp Phụ lớp Phụ của phụ lớp Enzyme

Thí dụ : Enzyme mang chỉ số E.C 2.7.1.1

 Chỉ số “2”: E thuộc lớp 2 - Transferase, vận

chuyểncác nhóm chức

 Chỉ số “7” : phụ lớp 7, vận chuyển nhóm

phosphate(-H2PO3)

 Chỉ số “1” : phụ phụ lớp 1- chất nhận nhóm

(-H2PO3) là mộtalcohol

Tóm lại, enzyme mang chỉ số E.C 2.7.1.1 là E có

hexose-6-phospho-transferase, xúc tác phản ứng vận chuyển nhóm

(-H2PO3) từ ATP sang nhóm hydroxyl ở C6 của

glucose

38

Thành lập các liên kết cần sự dụng các nối ∼P cao năng Ligase

VI

V/c các nhĩm ng/tử và gốc p/t trong nội bộ p/t để thành lập các đồng phân

Isomerase V

Thành lập hoặc phân giải các nối đơi

Liase IV

Thủy phân (E một cấu tử) Hydrolase

III

V/c các nhĩm nguyên tử và gốc p/t từ chất này sang chất khác Transferase

II

khử hydrogen (oxy hĩa), hydrogen hĩa (khử)

oxydo-reductase I

Xúc tác phLn Mng L'p

39

CÁC ENZYME THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG

CHẨN ĐỐN

2.7.3.2 Creatine kinase

CK (DPK)

3.1.1.8 Cholinesterase

ChE

2.6.1.1 Aspartate aminotransferase

AST (GOT)

3.5.3.1 Arginase

ARG

3.2.1.1

α α-Amylase

Amyl

3.1.3.1 Alkaline phosphatase

AP

2.6.1.2 Alanine aminotransferase

ALT (GPT)

H* th8ng phân lo"i Tên th%ng gPi

Vit tRt

40

3.4.21.4 Trypsin

2.2.1.1 Transketolase

TK

2.7.1.40 Pyruvate kinase

PK

1.1.1.14 Sorbitol dehydrogenase

SDH

2.1.3.3 Ornithine carbamoyltransferase

OCT

3.1.1.3 Lipase (triacylglycerol lipase)

LIP

1.1.1.27 Lactate dehydrogenase

LDH

1.11.1.9 Glutathion peroxydase

GPx

2.3.2.2

γ -Glutamyl transferase GGT

H* th8ng phân lo"i Tên th%ng gPi

Vit tRt

(1) LỚP OXYDO-REDUCTASE

(Lớp enzyme oxy hóa-khử)

Xúc tác p/ oxy hóa-khC (trao đi e- hoSc trao

đi H = H++ e-).Các nhóm chính :

 Các dehydrogenase chứa nhân pyridine (dẫn

 Các dehydrogenase chứa nhân flavin (dẫn

xuất từ vitamin B2) : v/c 2H (2H++ 2e-)

-42

Dehydrogenase chứa nhân

pyridine :

- NAD+:

- NADP+:

N icotinamid

43

N

C N H2 O

H H

O H

O H

O

O P O C H 2

O

_

+

H

N

N H 2

N N

O P O C H2

N

H H

O H

O H

O

H H

O

O H

H

N

C N H2 O

H H

O H

O H O

O P O C H2 O _

+

H

N

N H 2

N N

O P O C H 2

N

H H O

O H

O

O

O H

H

P O H

H O O

N

C N H2 O

H H

O H

O H

O

O P O C H 2

O

_

+

H

N

N H 2

N N

O P O C H2

N

H H

O H

O H

O

H H

O

O H

H

44 Dehydrogenase NAD+ NADH + H+

- CO- NH2

N +

H

R

+( 2H + + 2e-)

- CO- NH2

N

H

R

+ H + H

- ( 2H++ 2e-)

(e-) (H + + e - )

FMN

Dehydrogenase

chứa nhân flavine:

-FMN:

Flavin

-FAD:

Flavin

46

CH3

C C C C

C C

H

CH3

H

N

N

C C C

N

NH C O

O

CH 2

HCOH HCOH HCOH

CH2 O P

_ O

CH 3

C C C C

C C

H

CH 3

H

N

N

C C C

N

NH C O

O

CH 2

HCOH HCOH HCOH

CH 2

O P

O O O _

P O

CH 2

O O _

H

O H OH H OH H N HC

N C C C

N

N CH

NH 2

1 2

3 4 10

9

5 6

1 10

A

Flavin

isoalloxazin

D-ribitol

47

NH N

N

CH3

-O C

10

1

R

NH

H N

N H

CH3

-O C

10

1

R

FMN (FAD)

FMNH2 (FAD.H2) +2H -2H

(H++ e-)

(H++ e-)

48

Hệ thống cytochrome: là các chromoprotein với

nhóm heme chứaFe3+ Có nhiều loại cytochrome, khác nhau về thế năng oxy hóa khử, chúngchỉ tham gia nhận và chuyển electron(không nhận proton H+)

•

chỉ chuyển điện tử cho oxygen)

+e

e

(2) LỚP TRANSFERASE (Các enzyme vận chuyển)

Xúc tác p/ vVn chuyWn các nhóm nguyên tC hay g8c phân tC tX ch!t này sang ch!t khác

 Phosphotransferase - v/c –H2PO3

 Aminotransferase– v/c nhóm –NH2

 Sulfurtransferase – v/c nhóm –SO3H

51

OH -CH2O – P=O

OH

HO-H3

C-N

H

C=O

OH -CH2O – P=O

OH

HO-H3

C-N

CH2-NH2

Pyridoxal phosphate Pyridoxamine phosphate

 Aminotransferase(Trans aminase) :

V/c nhóm amine trong phản ứng chuyển

amine để t/h amino acid trong mô bào động vật

vitamin B6)

52 SH

R-C = O

O

-CoA.SH

SH

Adenosine-3’- monophosphate

β β-alanine A.pantoic

A.panthothenic

Thioethylamine

O

- O- C-R

CoA.SH

Pirophosphate

Acyltransferase –hoạt tóa &v/c các acid béo

dẫn xuất từ panthotenic acid :

(3) LỚP HYDROLASE (Enzyme thủy phân)

Là những enzyme một cấu tử , gặp phổ biến trong ống

tiêu hóa, nhờ sự tham gia của nước chúng thực hiện

phản ứng phân giải các chất hữu cơ phức tạp của thức

ăn thành các đơn phân cơ thể có thể hấp thu được.

protein và peptide

54

(4) LớP LIASE

các liên kt trong phân tC không b=ng con đ%ng th,y phân, chúng có khả năng tách

CO2, H2O, NH3…

 Decarboxylase(tách CO2)

 Aldolase: cắt C6 →→→ 2 C3

 Dehydratase(tách H2O)

 Deaminase(tách NH3)

55

DECARBOXYLASE

• Decarboxylase của

α

α-ketoacid có CoE là

thiamin

piro-phosphate (TTP)

-thiamine)

• Decarboxylase của

α

α-amino acid có

CoE là

pyridoxalphosphate

56

C N C N

C CH

NH2

CH2 N

C

H S

C

+

_

CH3

Thiamine pirophosphate (TPP)

(5) LỚP ISOMERASE (Enzyme đồng phân hĩa)

tử hay gốc phân tử trongnội bộ phân tửđể tạo

 Racemase: chuyển nhĩm (-OH) các đường

• UDP-Glucose UDP-Galactose

• 3-phosphoglycerate 2- phosphoglycerate

Alanine racemase UDP-Glucose-1 -epimerase Phosphotriose isomerase

Phosphglycerate mutase

59

(6) LỚP LIGASE

Xúc tác p/ t/h ch!t cĩ sC d[ng năng lng tX

các n8i phosphate cao năng(∼∼∼P)

 Aminoacyl-t-RNA synthetaset/lậpLK C – Otrong

p/ư hoạt hóa amino acid của tiến trình sinh tổng

hợp protein

 Glutamine synthetasethành lập liên kết giữaC – N

trong phản ứng tổng hợp glutamine

 Ligase thành lập liên kết giữaC - Ntrong sinh tổng

 Acetyl CoA carboxylasethành lập l/kếtC - Ctrong

tiến trình tổng hợp acid béo (p/ư thành lập malonyl

Nguyên tử N hoạt động BIOTIN

Phân tử CO2

NH –lysine c ủa apoenzyme CARBOXYLASE : với CoE là biotin, cung cấp nhĩm

CO2trong p/ư tổng hợp acid béo.

(huyết tương)

7,8 – 9 ,5 Trypsin

(tụy tạng)

4 ,5 – 5, 0 Cathepsin

(cơ)

1 ,5 – 2 ,5 Pepsin

(dạ dày)

5, 2 β

β-Amylase (mạch nha)...

• Bảng 5. 2 (T.112) : khoảng pH tối ưu số enzyme

pH tối ưu số enzyme

4,6 – 5, 0 Sucrase...

Đơn vị hoạt lưc enzyme

khối lượng enzyme thường thấp so với khối lượng chất mà xúc tác

nhiều

Đơn vị quốc tế hoạt độ enzyme IU (international unit): lng enzyme xúc tác

bin