Chương 3 Enzym

Trung tâm hoạt động TTHĐEnzym 1 cấu tử Cấu trúc không gian của E bị biến đổi thì khả năng hoạt động của TTHĐ và hoạt tính của E cũng bị biến đổi Một Enzym có thể có 1 hay nhiều TTHĐ Cá

Trang 1

HÓA SINH THỰC PHẨM

CHƯƠNG 3

ENZYME

Trang 2

Enzym là chất xúc tác sinh học có bản chất protein

Enzym có tính chất của protein

M Enzym = 10.000 – 1.000.000 D

Ngắn nhất là ribonuclease 12.700 D

Dễ tan, có cấu trúc hình cầu

200 Enzym / 2000 Enzym đã thu được ở dạng tinh thể

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Định nghĩa Enzyme

Trang 3

Enzym một thành phần (Enzym 1 cấu tử, Enzym đơn giản)

chỉ cấu tạo từ các acid amin, từ chuỗi polypeptid (protein đơn giản)

Enzym 2 thành phần (Enzym 2 cấu tử, Enzym phức tạp)

ngoài chuỗi polypeptid còn có phần phi protein (protein phức tạp)

Chuỗi polypeptid: chất mang, Apoenzym, Apoferment

Phi protein: nhóm hoạt hóa, Coenzym – cofactor, Coferment

Coenzym: phần phi protein có liên kết lỏng lẻo với apoenzym,

dễ dàng tách ra khi dùng phương pháp thẩm tích (đa số là vitamin)

Cofactor: phần phi protein gắn với apoenzym bằng liên kết

đồng hóa trị bền vững không thể tách ra độc lập (ion kim loại)Phân loại Enzym

Trang 4

Trung tâm hoạt động (TTHĐ)

Phần cấu trúc mà nơi đó trực tiếp xảy ra các phản ứng xúc tác

Nhóm –COOH của acid glutamic, aspartic Vòng himidazol của histidin

Indol của tryptophan Cấu tạo Enzym

Trang 5

Enzym 1 cấu tử

Cấu trúc không gian của E bị biến đổi thì khả năng hoạt

động của TTHĐ và hoạt tính của E cũng bị biến đổi Một Enzym có thể có 1 hay nhiều TTHĐ

Các TTHĐ trên cùng một Enzym có thể giống nhau hoặc khác nhau về cấu tạo và chức năng

Cấu tạo Enzym

Enzym hai cấu tử

TTHĐ gồm nhóm ngoại (coenzym) và các nhóm chức của acid amin

Coenzym quyết định kiểu phản ứng hóa học

trực tiếp tham gia kết hợp với cơ chất (thủy phân, oxy hóa, tổng hợp, phân ly,…)

Apoenzym chọn lọc cơ chất (protein, glucid,…) ảnh hưởng đến cường độ phản ứng

Trang 6

Cấu tạo Enzym

Cơ chế ổ khóa, chìa khóa (mô hình Fisher)

TTHĐ của E có cấu tạo nhất định và chỉ cho phép cơ chất có cấu tạo tương ứng kết hợp vào, như chìa khóa tra vào ổ khóa

Trang 7

Cấu tạo Enzyme

Cơ chế Koshland (mô hình tiếp xúc cảm ứng)

TTHĐ hthành trong quá trình tiếp xúc giữa E và cơ chất Khi chưa có cơ chất, các nhóm chức năng của TTHĐ chưa ở tư thế sẵn sàng hoạt động

Khi tiếp xúc với cơ chất, cảm ứng không gian sẽ biến đổi hình dạng của TTHĐ phù hợp với cơ chất

Giải thích thỏa đáng được tính đặc hiệu nhóm

Trang 8

Trung tâm dị lập thể (TTDLT)

Có nhiệm vụ điều chỉnh hoạt tính của E

Gọi là trung tâm điều chỉnh hay trung tâm dị lập thể

TTHĐ và TTDLT là 2 cấu trúc riêng biệt, có tác dụng tương hỗ

TTDLT dương: khi kết hợp với chất dị lập thể có thể làm tăng hoạt tính Enzyme hoặc là Enzyme từ trạng thái không hoạt thành hoạt động

TTDLT âm: khi kết hợp với chất dị lập thể, Enzyme sẽ

giảm hay mất hoạt tính

Trang 9

Phức hợp Enzyme

Nhiều chu trình chuyển hóa trong cơ thể sinh vật gồm nhiều phản ứng liên tiếp nhau, sản phẩm của phản ứng này lại là cơ chất của phản ứng sau

Mỗi phản ứng được một Enzym xúc tác, vì vậy trong chu trình sẽ có nhiều loại Enzym hoạt động Các Enzym này hoặc hoạt động riêng lẻ, hoặc kết hợp với nhau thành phức hợp Enzym

Phức hợp Enzym là tổ hợp nhiều Enzym cùng xúc tác cho một quá trình sinh hóa

Trang 10

Phức hợp Enzyme

Trang 11

Tiền Enzyme (Proenzyme, zimogen)

 Phần lớn các E được tổng hợp trong cơ thể thành những

phân tử E có sẵn hoạt tính sinh học

 Tiền Enzyme (zimogen hay proenzyme): E được tổng hợp

ở dạng trung gian chưa có hoạt tính xúc tác

 Đa số Enzym một cấu tử, nhất là Enzym của hệ tiêu hóa

thường tồn tại ở trạng thái chưa hoạt động (Pepsinogen

tại bao tử, Trypsinogen tại thành ruột, Protrombin gây

đông tụ máu)

 Tác nhân hoạt hóa tiền Enzym thường là một Enzym

khác, hoặc pH.

Trang 12

Tieàn Enzyme (Proenzyme, zimogen)

Trang 13

Tên gọi Enzyme KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Tên thông dụng

Tên gọi không theo quy ước nào, không nói lên kiểu phản ứng

Pepsin, trypsin, catalase, amilase, rennin, bromelin, papain, …

Tên hệ thống

Được Hội nghị Sinh Hóa Quốc tế lần thứ 5 (1961) qui định

Tên cơ chất + tên phản ứng + ase (aza, az)

Pyruvat decarboxylase - khử CO 2 của acid pyruvic

Nếu phản ứng bao gồm hai sự chuyển hóa tương hỗ thì người ta còn thêm vào sau phần thứ hai của tên gọi một dấu ngoặc

Trang 14

Tên gọi Enzyme KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME Tên hệ thống

Mỗi Enzym có 1 mã số E C X X X X

(1) (2) (3) (4)

4 chữ X là 4 số

(1): nhóm chính (lớp)

(2): nhóm phụ (phân lớp)

(3): phân nhóm phụ (tổ) (4): tên Enzym, thứ tự của E trong phân nhóm phụ

I : oxihóa khử oxydoreductase

II : chuyển hóa dạng đồng phân, isomerase III : phản ứng thủy phân, hydrolase

IV : phân cắt tạo nối đôi, liase

V : quá trình chuyển nhóm chức, transferase

VI : tổng hợp từ các chất đơn giản, ligase (synthetase)

EC.2.7.7.16 - ribonuclease

EC 3.1.1.3 - thủy phân chất béo

Trang 15

Cơ chế tác dụng của Enzym

VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

GĐ 1: tạo phức ES

Xảy ra nhanh chóng và cần năng lượng hoạt hóa thấp

Phức ES không bền, chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn

GĐ 2: hoạt hóa cơ chất S

Mức năng lượng hoạt hóa không cao

Sự chuyển hóa của cơ chất: sự phân bố lại nội năng

Sự chuyển vị electron, Phá vỡ các liên kết đồng hóa trị, Hình thành các liên kết mới trong phân tử cơ chất,

Cơ chất bị kích thích - sẵn sàng chuyển hóa tạo sản phẩm

Trang 16

Cơ chế tác dụng của Enzym

GĐ 3: tạo sản phẩm protein

Cơ chất sau khi được hoạt hóa sẽ biến đổi về chất để hình

thành chất mới và phân ly khỏi Enzym tạo thành sản phẩm

Enzym thủy phân thường có 2 trung tâm hoạt động

Trang 17

So sánh với chất xúc tác hóa học

Cellulose acid đặc, nhiệt độ cao, áp suất, thiết bị

hiệu suất thấp

E cellulaseVài giờ, điều kiện bình thường (bao tử bò nhai lại)

Glucose

Điều kiện phản ứng

Aùp suất cao, nhiệt độ cao,

thời gian dài, nồng độ xúc

tác cao, hiệu suất thấp

Aùp suất thường, nhiệt độ thường, thời gian ngắn, nồng độ xúc tác nhỏ, hiệu suất triệt để

Trang 18

Tiêu tốn năng lượng

Trang 19

Cường độ phản ứng

2H2O2 1 mol Fe3+ xúc tác phân ly 10-6 mol/phút

1 phân tử catalase có 1 nguyên tử Fe phân ly 5.106 mol/phút

2H2O + O2

Trang 20

Vận tốc phản ứng

Trang 21

Không có tính chọn lọc

1 chất xúc tác có thể xúc tác

cho rất nhiều phản ứng

Chọn lọc cơ chất Một Enzym chỉ xúc tác cho một vài phản ứng hay chỉ một phản

ứng duy nhất

Tính đặc hiệu

Trang 22

Hoạt tính xúc tác

Hợp chất hóa học Chỉ có khả năng tác dụng

giống nhau

Hợp chất sinh học Thay đổi hoạt tính dưới tác động của các yếu tố môi trường, t 0 , pH,

yếu tố hóa học,…

Có thể tách ra từ cơ thể sinh vật và bảo toàn hoạt tính của nó ở ngoài

cơ thể

Trang 23

HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Định nghĩa

Hoạt tính của Enzym là khả năng chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm

Hoạt tính càng cao thì lượng sản phẩm tạo thành trong một đơn vị thời gian càng nhiều, tốc độ phản ứng càng nhanh

Xác định hoạt tính của Enzym

[1] Xác định vận tốc chuyển hóa cơ chất: lượng cơ chất S mất

đi trong một đơn vị thời gian

[2] Xác định vận tốc tạo thành sản phẩm: lượng sản phẩm tạo

thành trong một đơn vị thời gian

[3] Xác định nồng độ thấp nhất của E để chuyển hóa hết một

lượng cơ chất xác định

E + S [ES] E + P

Trang 24

HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Xác định hoạt tính của Enzym

Hoạt tính của Enzym

Số đơn vị hoạt động trong một đơn vị chế phẩm Enzyme

Đơn vị hoạt động của Enzym (UI)

Lượng E tối thiểu cần thiết để chuyển hóa 1µmol cơ chất sau 1 phút ở điều kiện tiêu chuẩn (là điều kiện t0, pH,…thích hợp nhất để E hđộng

Hoạt tính riêng (hoạt độ riêng)

Số đvị hoạt động trong một đơn vị khối lượng hay thể tích chế phẩm

Hoạt độ riêng càng cao, chế phẩm Enzym càng tinh sạch

Enzym papain trong vỏ đu đủ

1g chế phẩm I (đã loại tạp chất lần I) 3000 UI/g

1g chế phẩm II (loại tạp chất lần II) 300000 UI/g

Trang 25

HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Xác định hoạt tính của Enzym

Hoạt tính phân tử

Số đơn vị hoạt động trong 1 mol Enzym

Đơn vị này chỉ dùng E đã được tinh chế đến dạng tinh khiết

và có thể xác định được phân tử lượng của nó

Urease có M = 480000

Hoạt tính toàn phần

Tổng số hoạt độ của toàn bộ chế phẩm Enzym

Dùng để tính hiệu suất tinh chế

1kg vỏ đu đủ 30 UI/g TA = 30000 đv

5g chế phẩm I 3000 UI/g TA = 15000 đv

0.03g chế phẩm II 300000 UI/g TA = 9000 đv

Trang 26

HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzym

Nồng độ Enzyme

Thừa cơ chất S: vận tốc phản ứng sẽ tăng tuyến tính đến

khi toàn bộ E đều tham gia phản ứng Nồng độ E lớn: vận tốc phản ứng sẽ tăng đến khi hết cơ chất S

Nồng độ cơ chất S

Phương trình Michaelis – Menten: biểu diễn mối quan hệ giữa vận

tốc phản ứng và nồng độ cơ chất [S]

K+1 hằng số tốc độ của phản ứng tạo phức [ES]

K-1 hằng số tốc độ của phản ứng phân ly phức [ES] ngược lại

K+2 hằng số tốc độ của phản ứng phân ly phức thành sản phẩm+ S K+1 [ES] K +

+2

Trang 27

Nồng độ cơ chất S

Km hằng số ái lực của Enzym đối với cơ chất S

Nếu có cùng một lúc nhiều E cùng tác động lên cơ chất, E

nào có Km nhỏ nhất thì E đó sẽ tác động xúc tác chuyển

hóa cơ chất đó

Trang 28

Nhiệt độ

Nhiệt độ tăng - vận tốc phản ứng tăng

T0opt = 40-600C (VSV > TV > ĐV)

Nhiệt độ tăng cao - mất hoạt tính xúc tác (bị biến tính)

T0 = 700C E bắt đầu mất hoạt tính

T0 = 1000C E hoàn toàn mất hoạt tính

Enzym chịu t 0 cao: papain T0opt = 800C,

termamyl T0opt = 900C

Ứng dụng của yếu tố nhiệt độ

T0opt tốc độ phản ứng cao nhất, thu sản phẩm p.ứng

T0 thấp bảo quản E, Vpư = 0, Enzym không biến tính

T0 > 40-50 vô hoạt Enzym, nhiệt độ thanh trùng

Trang 29

pH

Vùng pHopt

pHopt - acid yếu, kiềm yếu, gần vùng trung tính (đa số) Một số E có pHopt ở vùng rất acid hay rất kiềm

(Pepsin - pHopt = 2; Trypsin - pHopt = 8 – 9)

Vùng pH biến tính thuận nghịch: có thể khôi phục lại hoạt tính

Vùng pH bất thuận nghịch: không thể khôi phục lại hoat tính

Phản ứng E thuận nghịch - pHopt (T) ≠ pHopt(N)

E lactat dehydrogenase (coE NAD  NADH2)

Trang 30

pH

+ S K+1 [ES] K+2 +

Cơ chất thay đổi - pHopt của E thay đổi

Pepsin: hemoglobin pHopt = 1,8

casein pHopt = 2,2

Ứùng dụng của yếu tố pH

Tăng tốc độ phản ứng pHopt Tách chiết E, tinh sạch E pH thuận nghịch Vô hoạt E pH bất thuận nghịch

Trang 31

Chất kích thích (chất hoạt hóa)

K+1

K-1

K+2

Chất có khả năng làm tăng thêm tốc độ phản ứng E, hoặc biến

E từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động

Các chất hoạt hóa có bản chất rất khác nhau

Ion kim loại: hoạt hóa trực tiếp

tham gia vào thành phần của TTHĐ cầu nối giữa E và S

Ca 2+ hoạt hóa E amylase, trypsin,…

K+, Na+, Mg2+,Fe2+, Fe3+, Mo4+

Cu là TTHĐ của Ascorbat oxydase

Trang 32

Chất kìm hãm (chất ức chế)

+ S K+1 [ES] K+2 +

Chất bổ sung vào phản ứng làm giảm tốc độ phản ứng E,

hoặc là vô hoạt E Ký hiệu - I (Inhibitor)

Kìm hãm thuận nghịch Loại bỏ I, hoạt tính E trở lại như cũ

Kìm hãm bất thuận nghịch Loại bỏ I, E không khôi phục hoạt tính ban đầu

Trang 33

Kìm hãm cạnh tranh

I có cấu tạo hóa học gần giống cơ chất, Tranh giành kết hợp với TTHĐ của E Lượng S phản ứng với E giảm - Tốc độ phản ứng giảm

Nồng độ I càng cao, vận tốc phản ứng càng giảm, Cần tăng nồng độ cơ chất S để loại bỏ tác dụng của I

CH2COOH

COOH

acid malonic

CH2

CH2COOH

COOH acid succinic

E.Succinat dehydrogenase CH

CH COOH

COOH acid fumaric

I = a malonic

Trang 34

Kìm hãm không cạnh tranh

I có cấu tạo hóa học khác với cơ chất S

Không liên kết với E ở TTHĐ Làm thay đổi cấu trúc không gian của TTHĐ

E không tác dụng được với cơ chất

Vận tốc phản ứng E chỉ tùy thuộc vào nồng độ I

Thuốc Sulphamid trị tiêu chảy: thế chỗ p-aminobenzoic tại TTHĐ của Evsv đường ruột – vô hoạt E – VSV chết

Hợp chất CN: kết hợp với Fe của E citocromoxydase (E điều khiển sự hô hấp) E bị vô hoạt – sẽ bị ngạt thở và chết

Cơ chất S hoặc sản phẩm P thừa cũng có thể là chất kìm hãm

không cạnh tranh ức chế hoạt động của E

Trang 35

TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Định nghĩa

Tính đặc hiệu của E là khả năng lựa chọn xúc tác chuyển

hóa một hay một số chất nhất định theo một kiểu phản

ứng nhất định, tùy vào cấu tạo của TTHĐø

Trang 36

TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME

Có E xúc tác cho phản ứng chuyển hóa qua lại giữa

các dạng đồng phân quang học

Các kiểu đặc hiệu

Đặc hiệu quang học

Mỗi E chỉ xúc tác cho một dạng đồng phân quang học

COOH C

O

H CH

CH 2 COOH

COOH H

CH COOH

+H O -H O

Trang 37

TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Các kiểu đặc hiệu

Đặc hiệu kiểu phản ứng

Mỗi E chỉ có thể xúc tác cho 1 kiểu pứng chuyển hóa nhất định

E thủy phân – hydrolase

E oxy hóa khử – oxidoreductase

E tổng hợp – synthetase

E chuyển vị các nhóm chức – transmerase

E đồng phân hóa – isomerase

E phân cắt tạo nối đôi – Lyase

Trang 38

TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Các kiểu đặc hiệu

Đặc hiệu kiểu cơ chất

Đặc hiệu nhóm tương đối

Chỉ cần 1 điều kiện

bản chất của liên kết

(bromelin, lipase)

Đặc hiệu nhóm tương đối

Cần 2 điều kiện

liên kết + cấu tạo của 1 trong 2 cấu tử tạo thành liên kết

Aminopeptidase; Carboxylpeptidase;

Tripsin / lkết peptid, R1=Arg, Lys;

Chimotrypsin / lkết peptid, R1=Phe, Tryp, Tyr;

Pepsin / lkết peptid, R2=Phe, Leu)

Đặc hiệu tuyệt đối

Cần 3 điều kiện

liên kết + cấu tạo của cả 2 cấu tử tạo thành liên kết

(glucoxydase, ascorbat-oxydase, arginase, urease)

Trang 39

TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Phân loại Enzym theo tính đặc hiệu

1 Oxydoreductase (E xúc tác phản ứng oxy hóa khử)

Tên chất cho H+: tên chất nhận H+ + oxydoreductase

2 Transferase: (E xúc tác phản ứng chuyển vị)

Tên nhóm chuyển vị + transferase Acyltransferase: chuyển vị nhóm acyl qua CoA

Glucotransferase: chuyển vị nhóm đường (hexose)

Aminotransferase: chuyển vị nhóm NH2 (amin)

Phosphotransferase: chuyển vị gốc P

Metyltransferase: chuyển vị gốc –CH3

Carboxyltransferase: chuyển vị gốc –CO2

Hydrolase: (E xúc tác phản ứng thủy phân)

Peptihydrolase: thủy phân liên kết peptid

Esterase: xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ester

(lipase, phosphatase, lecithinase,…)

Glucosidase: thủy phân liên kết ester của gốc đường

Trang 40

TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME Phân loại Enzym theo tính đặc hiệu

4 Liase: (E xúc tác phản ứng phân cắt không có H 2 O)

Tên cơ chất + tên nhóm bị cắt + Liase Decarboxylase: cắt CO2

Hydratase: loại bỏ và kết hợp H2O

5 Isomerase: (E xúc tác phản ứng đồng phân hóa)

Glucophosphatisomerase

6 Ligase /synthetase: (E xúc tác phản ứng tổng hợp)

Asparagin synthetase: tổng hợp asparagin

Glutamin synthetase: tổng hợp glutamin

Trang 41

ỨNG DỤNG CỦA ENZYM

Phản ứng thủy phân

Đặc điểm của phản ứng thủy phân

Cơ chất: protein, glucid, lipid,…

Enzym: Enzym 1 cấu tử, có nhiều trung tâm hoạt động, cấu trúc bậc 4, số monomer bao giờ cũng chẵn

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	1,86 MB