BG-ENZYMES

Thuật ngữ liên quan đến Enzyme • Vị trí hoạt động active site – vùng trên phân tử enzyme tham gia vào hoạt động xúc tác bao gồm những amino acids khác nhau, được xác định bởi cấu trúc b

ENZYMES

Phức hợp Enzyme – Cơ chất

Phức hợp trạng thái chuyển tíêp

Liên kết phụ

Sản phẩm

Enzyme gốc

Thuật ngữ liên quan đến Enzyme

• Vị trí hoạt động (active site) – vùng trên phân tử enzyme tham gia vào hoạt

động xúc tác (bao gồm những amino acids khác nhau, được xác định bởi cấu trúc bậc 3 và 4)

• Cơ chất (substrate) – phân tử được sử dụng và/hoặc được biến đổi bởi một

enzyme đặc biệt tại vị trí hoạt động

• co-factor – phân tử chất vô cơ hay hữu cơ cần thiết cho hoạt động của enzyme

Vd: Mg2+, Fe2+, Zn2+ hay những phân tử lớn hơn, được gọi là co-enzymes như nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), coenzyme A, và các loại vitamins

• Nhóm prosthetic – phân tử kim loại hay co-enzyme liên kết cộng hóa trị với

enzyme

• holoenzyme – một enzyme hoàn thiện, có hoạt tính xúc tác, bao gồm tất cả các

co-factors

• apoenzyme – phần protein của một holoenzyme trừ phần co-factors

• isozyme - (hay iso-enzyme) một enzyme thực hiện cùng chức năng hay có chức

năng tương tự một enzyme khác Do các gene tương tự (có khác biệt) mã hóa và thường có tính chuyên biệt ở mức độ mô hay tùy thuộc vào sự phát triển hay trạng thái phát triển của sinh vật

Thuật ngữ liên quan đến Enzyme

Phân loại enzyme theo loại phản ứng xúc tác

Oxidoreductase Chuyển electrons (e-, H)

Transferase Chuyển nhóm chức năng: acyl, amino, phosphate,

methyl Hydrolase Bẻ gãy nối C-O, C-N, C-S Thêm vào phân tử H2O Lyase Thêm các nhóm vào nối đôi hay tạo nối đôi

Isomerase Chuyển nhóm trong cùng phân tử

Ligase Hình thành nối C-C, C-S, C-O, C-N cùng với bẻ gãy

liên kết cao phân tử, như ATP

Ứng dụng lâm sàng

• Hoạt tính enzyme trong dịch cơ thể phản ánh trạng thái cơ quan :

• Tế bào chết chất nội bàohuyết thanh: tăng hoạt tính enzyme huyết thanh có thể liên quan đến số lượng hay mức độ nghiêm trọng của mô bị tổn thương Vd: creatine kinase – nhồi máu cơ tim

• Gia tăng hoạt động tổng hợp enzymetăng lượng enzyme ở huyết thanh : trạng thái kích thích của mô Vd: alkaline phosphatase - gan

• Hoạt tính enzyme phản ánh sự hiện diện của chất ức chế hay chất hoạt hóa

• Hoạt tính enzyme huyết thanh giảm khi có chất ức chế Vd: thuốc trừ sâu - cholinesterases

• Xác định khiếm khuyết co-factor (vitamin)

Ứng dụng lâm sàng

• Hoạt tính enzyme có thể bị thay đổi do yếu tố gene

• Đột biến gene  thay đổi cấu trúc enzyme thay đổi ái lực với cơ chất, khả năng liên kết cofactor…

• Mất enzyme: gia tăng lượng cơ chất hay giảm sản phẩm phản ứng

• Phân tích bằng Kỹ thuật PCR

Ứng dụng lâm sàng

1) Hoạt động như là chất xúc tác : làm giảm năng lượng hoạt hóa

2) Làm tăng tốc độ phản ứng về phía cân bằng (tỉ lệ cơ chất/sản phẩm) nhưng

không quyết định sự cân bằng tổng thể của phản ứng

• Trạng thái chuyển tiếp: trạng thái năng lượng cực đại, phản ứng có thể theo một trong hai

hướng

∆ Go <0  cân bằng theo hướng tạo sản phẩm

Nguyên lý của phản ứng

enzyme

Trạng thái chuyển tiếp

Mức năng lượng của trạng thái chuyển tiếp Năng lượng hoạt hóa

Chênh lệch năng lượng Trạng thái ban đầu

Trạng thái cuối Sản phẩmChất phản ứng

Trạng thái chuyển tiếp II

Mức năng lượng phản ứng không xúc tác

Năng lượng loại

Trạng thái chuyển tiếp I

Dạng trung gian acyl- enzyme

Năng lượng thay đổi do liên kết enzyme-cơ chất

Chất phản ứng

Nguyên lý của phản ứng

enzyme

Năng lượng liên kết

• Do tính chuyên biệt enzyme-cơ chất cao, liên kết enzyme-cơ chất (thông qua các tương tác yếu, không cộng hóa trị) là thuận lợi về năng lượng – Năng lượng liên kết :

• Liên kết hydrogen, tương tác kỵ nước, ion, van der Waals: cũng liên quan đến liên kết ổn định của enzyme-cơ chất

Năng lượng liên kết và Trạng

thái chuyển tiếp

• Năng lượng liên kết ES ở trạng thái chuyển tiếp: nguồn năng lượng tự do làm giảm năng lượng họat hóa phản ứng

Vd: NLTD của một tương tác yếu: 4-30 kJ/mol

NLTD của nhiều tương tác yếu: 60-80 kJ/mol

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt làm bất họat enzyme

Kích ứng tương thích

Ổ khóa và chìa khóa

Vị trí hoạt động của Hexokinase : Liên kết Glucose vs Galactose

Xúc tác bằng cơ chế Base

Acid-Xúc tác bằng năng lượng liên kết

1) hạn chế tạm thời sự vận động của enzyme-cơ chất (giảm entropy

2) Phá hủy sự solvat hóa

3) Thay đổi cấu hình enzyme-cơ chất

Ion kim lọai

• Ion kim lọai: Zn, Fe, Cu, Mn, Mg hình thành phức hợp với enzyme-cơ chất: điều tiết phản ứng oxy hóa khử, hướng cơ chất ở vị trí họat động…

Một số nhóm chức năng ở vị trí họat động của enzyme

Túi liên kết cơ chất của Chymotrypsin và Trypsin

Cơ chế xúc tác của Chymotrypsin Liên kết cơ chất

Histidine họat hóa serine

Trạng thái trung gian oxyanion tetrahedral ổn định nhờ liên kết hydro

Cắt đứt liên kết peptide

Cơ chế xúc tác của Chymotrypsin

Trạng thái trung gian đồng hóa trị acyl-enzyme

Nước tấn công carbonyl carbon

Trạng thái trung gian oxyanion tetrahedral thứ hai

Xúc tác acid bẻ gãy liên kết cộng hóa trị acyl-enzyme

Chymotrypsin, bước cuối cùng

và sự tái tạo họat tính enzyme

Sản phẩm tách ra

Các dạng cấu trúc của phân tử enzym

• Enzym đơn chuỗi và đa chuỗi:

- Đơn chuỗi (monomer): chỉ có 1 chuỗi polypeptid, ví dụ ribonuclease, lipase, pepsin…

- Đa chuỗi (polymer): AST 2 chuỗi, CK 2 chuỗi, LDH 4 chuỗi, RNA polymerase 5 chuỗi, GLDH 40 chuỗi

• Enzym dị lập thể (allosteric enzyme): ngoài TTHĐ còn có trung tâm dị lập thể.

- TT dị lập thể dương: gắn chất hoạt hóa, làm tăng hoạt tính enzym

- TT dị lập thể âm: gắn chất ức chế, làm giảm hoạt tính enzym

Các dạng cấu trúc của phân tử enzym

• Các dạng phân tử của enzym (isoenzym hay isozym):

- Cùng xúc tác một phản ứng hóa học nhưng tồn tại dưới các dạng phân tử khác nhau, có tính chất vật lý và hóa học khác nhau.

• Các tiền chất của enzym:

- Dạng chưa hoạt động (proenzym hay zymogen)

- Khi bị cắt đi 1 đoạn peptid che lấp TTHĐ thì trở nên có hoạt tính

- Có tiếp vĩ ngữ -ogen hoặc tiếp đầu ngữ pro- Ví dụ: pepsinogen, prothrombin

Các dạng cấu trúc của phân tử enzym

• Phức hợp đa enzym

- Gồm nhiều enzym khác nhau nhưng có liên quan trong 1 quá trình chuyển hóa, kết lại thành 1 khối

- Tách riêng các enzym mất hoạt tính

- Tăng hiệu lực và hiệu quả xúc tác

- Ví dụ: Phức hợp pyruvat dehydrogenase gồm: pyruvat

dehydrogenase, dihydrolipoyl transacetylase, dihydrolipoyl

dehydrogenase

CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC COENZYM

-Một số coenzym gắn lỏng lẻo hoặc tạm thời với enzym, hoạt động như cơ chất thứ hai.

-Một số coenzym gắn chặt với protein

enzym được gọi là nhóm ngoại, có chức năng hoặc gần như vị trí hoạt động trong quá trình xúc tác.

Các coenzym oxy hóa khử

Các coenzym niacin:

nicotinamid-adenin dinucleotid (NAD+),

nicotinamid-adenin dinucleotid phosphat (NADP+)

- Phản ứng oxy hóa khử có

vận chuyển H

(xúc tác bởi dehydrogenase)

-vitamin = niacin hay B3 = niacin

nicotinamid& nicotinic acid

-Thiếu hụt B3:

pellagra, các tổn

thương da, sưng lưỡi,

các rối loạn thần kinh, tinh thần

P

Các coenzym flavin:

flavin mononucleotide(FMN),

flavin adenine dinucleotide (FAD)

- Cả 2 hoạt động như nhóm ngoại

- Phản ứng oxy hóa khử trao đổi 2 e và 2 H+

-vitamin riboflavin hay B2: dị vòng riboflavin

isoalloxazin nối với ribitol qua N10

riboflavin

Các porphyrin Fe 2+ (coenzym hem)

• Là coenzym của hệ thống cytochrom, catalase, peroxidase, monooxygenase

và dioxygenase

• 2CytbFe2+ + 2Cytc Fe3+ → 2CytbFe3+ + 2Cytc Fe2+

• 2H2O2 → 2H2O + O2

• 2H2O2 + AH2 → 2H2O + A

• RH + NADPH + H+ + O2 → ROH + NADP+ + H2O

• RH + O2 → R-O-OH

Coenzym acid lipoic (6,8-dithio octanoic acid)

- Phức hợp enzym pyruvat dehydrogenase và α -cetoglutarat

dehydrogenase

- Phản ứng oxy hóa khử

-vitamin = acid lipoic

(người có khả năng tổng hợp đủ nên đôi khi không xem như vitamin)

Dạng oxy hóa

Dạng khử

Các coenzym vận chuyển nhóm

T hiamine pyrophosphate (TPP)

♦ Phản ứng khử carboxyl (decarboxylation) và transcetolase

♦ Thiamine hay vitamin B1, chứa pyrimidin và thiazol Thiamine

♦ Thiếu hụt gây: bệnh beri-beri, tổn thương thần kinh ngoại biên, beri-beri, t chuột rút…

Coenzym A (CoA SH)

-Gồm acid panthotenic nối với thioethanolamin

- Hoạt hóa nhóm carbonyl và vận chuyển acyl (acetyl- CoA), tổng hợp chất béo và steroid

- pantothenic acid (vitamin B5)

-Thiếu hụt B5: rối loạn tiêu hóa, cảm xúc không ổn định, cảm giác rát bỏng đầu chi

acetyl

Acetyl CoA

Folat hay tetrahydrofolat (dạng khử) tetrahydrofolat

-vận chuyển 1carbon hay format

-vitamin = folic acid

-Thiếu hụt: thiếu máu nguyên hồng cầu khổng lồ

- Nhóm ngoại của enzym carboxylase

- Phản ứng carboxyl hóa

-vitamin = biotin

P yrodoxal phosphat

-Phản ứng decarboxyl, transaminationvà racemase

-vitamin pyridoxin hay vitamin B6 pyridoxin hay

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG ENZYM

Cơ chế phân tử của ức chế cạnh tranh

vị trí gắn cơ chất (cạnh tranh)

cơ chất

không thể gắn với cơ chất và phản ứng không xảy ra

♦ Nhiều thuốc là các chất ức chế

cạnh tranh nên rất độc

C ch phân t : C ch phân t : ơ ơ ế ế ử ử

với vị trí gắn cơ chất.

vị trí hoạt động, phản ứng không xảy ra

E●I và E●S●I không sinh sản phẩm

ứ ứ c chê không thu n ngh ch c chê không thu n ngh ch ậ ậ ị ị

enzym

hoạt động của enzym và khóa trung tâm

hoạt động