Bài 3 xúc tác SINH học

tập hợp các phản ứng hóa sinh nó sẽ tạo thành quá trình chuyển hóa các chất, đáp ứng 2 yêu cầu trên + tạo các chất xây dựng cơ bản cơ thể đại phân tử ==> tạo hình + tạo năng lượng ==>

Bài giảng hóa sinh

XÚC TÁC SINH HỌC

DSCKII Nguyễn văn Ảnh

trong phòng thí nghiệm ( in vitro ),

tập hợp các phản ứng hóa sinh nó sẽ tạo thành quá trình chuyển hóa các chất,

đáp ứng 2 yêu cầu trên

+ tạo các chất xây dựng cơ bản cơ thể

( đại phân tử ) ==> tạo hình

+ tạo năng lượng ==>Tạo thân nhiệt

để tạo công đảm bảo hoạt động sống (co cơ )

* Động hóa học : thì phản ứng chia làm 2 loại :

- Phản ứng một chiều không thuận nghịch :A > B

- Phản ứng 2 chiều thuận nghịch :

A B ( phần lớn phản ứng hóa sinh là phản ứng thuận nghịch )

k1 thuận

A + B C + D

k2 nghịchk1 , k2 : hằng số tốc độ ( hoặc hệ số tốc độ ) của phản ứng

thuận nghịch

Ta có : tốc độ phản ứng : v1 = k1 [A] [B]

v2 = k2 [ C] [D]

Mới đầu chỉ có A và B chưa có C và D, nồng độ A và B lớn nhất nên v1 cực đại, mặt khác nồng độ C và D bằng 0 nên v2 cũng bằng 0.

Khi A và B phản ứng với nhau tạo thành C và D thì nồng độ A và B giảm dần, nồng độ C và D tăng dần, do đó v1 giảm dần, và v2 tăng dần Đến một lúc nào đó thì v1 = v2 , đó là trạng thái cân bằng động, trong đó phản ứng vẫn tiếp tục xảy ra theo hai chiều nhưng tốc độ phản ứng theo chiều thuận bằng tốc độ phản ứng theo chiều nghịch Ta có : v1 = v2 <=>

k1 [C] [D]

k1 [A] [B] = k2 [C] [D] <=> = - = Kcb (hằng số cân bằng) k2 [A] [B]

Mỗi phản ứng thuận nghịch có hằng số cân bằng riêng.

* Về mặt nhiệt động học: có 2 loại

- Phản ứng phát năng (về nhiệt độ có phản ứng nhiệt)

- Phản ứng thu năng ( về nhiệt độ có phản ứng thu nhiệt)

Năng lượng tự do là : phần năng lượng có thể biến thành

công ( tức là phần năng lượng có thể sử dụng được).

Ví dụ: xét phản ứng từ A -> B thì năng lượng tự do của

A, B là GA và GB ( Gibbs)

* Biến thiên năng lượng tự do: ∆ G = GB - GA ( phần thể hiện

ra, làm bật ra năng lượng, sinh công, năng lượng để sử

- Nếu GB > GA -> ∆G > 0 : phản ứng thu năng Phản ứng này không

tự xảy ra được theo chiều A -> B, chỉ xảy ra khi đưa đủ năng lượng vào : phản ứng tổng hợp trong hóa sinh

- Nếu GB < GA -> ∆G < 0 : phản ứng phát năng Phản ứng này có thể tự xảy ra theo chiều A -> B Gọi là phản ứng thoái hóa trong cơ thể

* Biến thiên năng lượng tự do chuẩn ∆G0 : phản ứng xảy ra trong điều kiện chuẩn khi [A] = [B] = 1 mol/lít T0 = 25C pH = 0

Ta xét phản ứng hóa sinh trong cơ thể với pH = 7 thì ta gọi biến thiên năng lượng tự do là ∆Go’

2 CHẤT XÚC TÁC SINH HỌC :

- Phần lớn các phản ứng trong cơ thể đều có chất xúc tác

- Chất xúc tác sinh học là sản phảm sinh vật, lượng nhỏ nhưng có khả năng làm tăng nhanh phản ứng, cuối cùng giữ nguyên sau phản ứng

Có 3 loại chất xúc tác sinh học là Vitamin, Enzym, Hormon (ống tiêu hóa) Trong 3 chất nầy, enzym quan trọng nhất, nó là trung tâm trực tiếp tham gia các phản ứng hoá sinh

Ví dụ : xét phản ứng

(cơ chất) A B (sản phẩm)

E E

- Gọi phản ứng enzym vì có enzym xúc tác.

- Trong quá trình phản ứng, enzym có thể thay đổi nhưng cuối cùng vẫn là enzym.

Chú ý :

+ Khả năng xúc tác của enzym rất lớn, có thể làm tăng nhanh phản ứng hàng triệu lần.

Ví dụ : CO2 + H2O H2CO3

Enzym là carbonic anhydrataz (mất nước của CO2)

Một phân tử enzym nầy có thể hydrat hóa 105 phân tử CO2 trong 1 giây > làm phản ứng nhanh hơn 10 triệu

+ Enzym không làm thay đổi hệ số cân bằng mà chỉ làm cho phản ứng mau đạt đến trạng thái cân bằng.

+ Enzym có tính đặc hiệu (chuyên biệt) rất cao, nghĩa là xúc tác những phản ứng nhất định với những cơ chất nhất định.

H2O Tinh bột - > Maltoz, Glucoz

α Amylaz ↓ Maltaz

Glucoz, Glucoz

3 ĐẶC ĐIỂM CỦA VITAMIN, ENZYM, HORMON :

3.1 VITAMIN :

- Người và động vật nói chung không tạo ra được mà phải đưa vào từ thức ăn vi sinh vật, thực vật (cá biệt dầu gan cá trong con cá, người vitamin D tự sản xuất được).

- Có bản chất hoá học khác nhau

- Có 2 nhóm vitamin :

+ vitamin tan trong lipid : A,D,E,K

+ vitamin tan trong nước : gồm các

Vitamin thuộc nhóm B, Vitamin C , Vitamin PP

- Nhiều Vitamin tan trong nước tham gia cấu tạo và hoạt động của nhiều Enzym, cụ thể là chúng tham gia cấu tạo phần Coenzym của một số enzym có coenzym.

- Enzym không cần cộng tố ( cofactor) đó là các enzym có

bản chất là protein thuần, chúng gồm các enzym thủy phân Ví

dụ : pepsin, trypsin, cathepsin

- Enzym cần cộng tố: đó là các enzym protein tạp gồm 2

phần : protein thuần + cộng tố (cofactor)

Khi đó phần protein thuần gọi là Apoenzym (ApoE) Cộng

tố có thể là :

Kim loại : ion Zn ++, Mn ++

Chất hữu cơ = CoEnzym

Kim loại + chất hữu cơNhững Enzym nầy muốn hoạt động được cần phải có

cộng tố Phần lớn enzym là loại có CoEnzym CoEnzym chia làm 2 loại :

CoEnzym gắn chặt vào phần ApoE (không thẩm tích được)

CoEnzym gắn lỏng lẻo vào phần ApoE (lúc gắn vào, lúc có thể tách ra và thẩm tích được)

ApoE + Cộng tố = Enzym đầy đủ (Holoenzym)

- Các vitamin tan trong nước thường tham gia cấu tạo và hoạt động của CoE

- CoE là phân tử hữu cơ tương đối nhỏ có thể thẩm tích được, chịu được nhiệt, trực tiếp tham gia vận chuyển điện tử, hydro, các nhóm hóa học

- Mỗi Enzym có một ApoE tương ứng, nhiều enzym

có thể có CoE giống nhau

Ví dụ : - 2H

AH2 -> A Enzym 1 = Apo1 - CoE

-2H BH2 -> B Enzym 2 = Apo2 - CoE

3.3 HORMON :

Bản chất : - ∆’ của AA

- Peptid, protein

- SteroidChức năng, điều hòa chuyển hóa thông qua enzym

Do các tế bào chuyên biệt sản xuất

ENZYM :

1.DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI :

- Dựa vào tên phản ứng + az

Phản ứng Enzyme

Khử carboxyl DE carboxylaz

Khử hydro DE hydrogenaz

Tổng hợp Synthetaz

- Dựa vào tên cơ chất + tên phản ứng + az (cách

1.2 PHÂN LOẠI : Có 6 loại Enzym

(1) Oxydoreductaz : Xúc tác phản ứng Oxy hóa - khử

- Phản ứng oxy hóa - tách e-, hoặc tách 2H

- Phản ứng khử nhận e- , hoặc + 2H(2) Transferaz :

Xúc tác phản ứng chuyển nhóm AB + CD == AC + BD

H-OH

(3) Hydrolaz :

Enzym :thủy phân R1 – R2 -> R1H + R2OH

(4) Lyaz Enzym xúc tác phản ứng phân ly không thủy phân

AB > A + B

(5) Isomeraz : Xúc tác phản ứng đồng phân hoá, chuyển dạng đồng phân này sang dạng đồng phân khác

(6) Ligaz (Synthetaz)

Mỗi loại Enzym trên lại phân thành nhiều nhóm

Mỗi nhóm Enzym phân thành nhiều phân nhóm

Mỗi phân nhóm phân thành nhiều ENZYM

Mỗi Enzym được đánh dấu bằng 4 con số :

Số thứ 1 :chỉ số loại

Số thứ 2 : chỉ số nhóm

Số thứ 3 : chỉ số phân nhóm

Số thứ 4 : chỉ số thứ tự trong phân nhóm

Ví dụ : latat dehydrogenaz (LDH) : E.C.1.2.1.27

E.C : Enzym committee

2 MỘT SỐ ĐĂC ĐIỂM ENZYM :

2.1 Trung tâm hoạt động (TTHĐ) của enzym :

- Là bộ phận tương đối nhỏ so với thể tích toàn bộ của enzym đó là vùng kết hợp với cơ chất (S) (và với cộng số nếu có) gồm một số gốc AA gọi là nhóm xúc tác, trực tiếp tham gia tạo thành hay cắt đứt liên kết S Những AA tham gia TTHĐ

thường là Ser, His, Trp, Cys, Lys, Arg, Glu

(a) (b)

Hình: - Thứ tự các acid amin ( a) của TTHĐ trong chuỗi

polypeptid

Chuỗi polypeptid xoắn cuộn ( b), các acid amin trên trở nên gần nhau và tạo thành TTHĐ của enzym.

- Tính đặc hiệu của sự kết hợp ES ( enzym cơ chất) phụ

thuộc vào sự sắp xếp nhất định của các nguyên tử của TTHĐ

và có sự ăn khớp về cấu trúc giữa TTHĐ và cơ chất

- Mô hình “ ổ khóa chìa khóa “ Fischer

- Mô hình “ cảm ứng “ Koshland ( đúng hơn, được thừa nhận)

- Một enzym có thể có 1 hoặc nhiều TTHĐ

Cơ chế hoạt động của enzyme

Cơ chế

khóa và

chìa

Cơ chế khóa và chìa

Khoá và chìa

Cơ chế tương thích cảm ứng

Cơ chế cảm ứng

2.2 Dạng không hoạt động và dạng hoạt động của Enzym :

Các enzym thuỷ phân protein trong dịch tiêu hóa ở

(khi mới tạo thành ở dạng không hoạt

động)

Enterokinaz

Tụy tạng Trypsinogen -> Trypsin

2.3 Enzym dị lập thể (Allosteric E)

+ Cơ chế ức chế dị lập thể: chất tác dụng được gọi là chất

Cơ chế ức chế dị lập thể (Feed back inhibition)

Khi Z quá nhu cầu cơ thể quay lại ức chế E1

Ức chế ngược

- Nhận xét: sản phẩm của phản ứng 1 là cơ chất của E2

3 Cơ chế xúc tác chung của enzym:

3.1 Phức hợp enzym cơ chất và năng lượng hoạt hóa:

+ Phức hợp ES: hợp chất trung gian : trong phản ứng enzym có sự tạo thành phức hợp tạm thời

ES ; sau đó S ( Substance) -> sản phẩm P

( product) và enzym giải phóng tự do

E + S ES -> p + E + Năng lượng hoạt hóa: là năng lượng cần thiết đưa vào

để nâng phân tử lên trạng thái kết hợp hay hoạt hóa

N ng lượng hoạt hóa ă

Nhắc qua năng lượng hoạt hóa (NLHH):

• Mọi phản ứng kể cả phản ứng phát năng, đều cần cung cấp 1 năng lượng để đưa các phân

tử pư lên 1 trạng thái kích thích và pư xảy ra Năng lượng đó gọi là năng lượng hoạt hóa.

• năng lượng hoạt hóa càng thấp thì pư càng

dễ xảy ra vì năng lượng đó dễ cung cấp, thậm chí từ nhiệt lượng môi trường.

18.000 (Pt) 11.700 (Catalaz) 5.500 G: Glucose

F: Fructose

Năng lượng cần trong pư không có xúc tác và pư có xúc tác (calo/mol)

3.2 Động học của enzym: (Chỉ nêu một số điểm cần thiết )

Nghiên cứu về tốc độ phản ứng của enzym và yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ đó, dựa vào mô hình của Michaelis phù hợp với rất nhiều enzym.

[ET] = [E] + [ES] trong lúc phản ứng thì có một số enzym ở dạng tự do

và một số ở dạng kết hợp

[E] = [ET] - [ES] (1)

v = k3 [ ES] (2)

vmax = k3 [ET] (3) lượng lúc ban đầu tác dụng ET lớn nhất do

đó vận tốc tối đa, khi tốc độ đạt tối đa thì lúc đó toàn bộ enzym đều ở dạng ES, không có enzym tự do, nghĩa là [ES] = [ET]

Tốc độ tạo thành ES = k1 [E] [S]

Tốc độ phân ly ES = k2 [ES] + k3 [ES] = ( k2 + k3 ) [ES]

Ở trạng thái cân bằng thì tốc độ tạo thành ES = tốc độ phân ly ES.

(k2 + k3 ) [ES] k1 [E] [S] = (k1 + k3 ) [ES] ==> [E] [S] = -

Biểu thị phương trình Michaelis Menten bằng đồ thị:

+ Nếu [S] nhỏ hơn so với kM chỉ tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với [S] + Khi nồng độ [S] lớn hơn kM rất nhiều và v -> Vmax và không phụ thuộc vào nồng độ [S] nữa.

Vmax +Nếu [S] = kM -> v = -

2

Như vậy kM chính là nồng độ [S]

khi tốc độ phản ứng Vmax

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym :

4.1.1 Nhiệt độ : mỗi enzym có một nhiệt độ thích hợp nhất

nhất

hoạt tính tăng gấp 2 lần

Enzym rất nhạy cảm với sự thay đổi pH Ngoài pHo hoạt tính giảm rất nhanh

4.1.3 Chất ức chế [ I ] Inhibitors

- Có tác dụng làm giảm ái lực enzym đối với cơ chất

- Làm mất khả năng kết hợp giữa enzym với cơ chất

Ức chế cạnh tranh : Cấu tạo hóa học # S cho nên có thể kết hợp với trung tâm hoạt hóa và tranh chỗ với S { I # S }

Phản ứng ức chế này chỉ ức chế một phần, không phải hoàn toàn

ức chế cạnh tranh nầy có tính đặc hiệu cao, chỉ ức chế 01 enzym nhất định.

Ức chế không cạnh tranh : Cấu tạo hóa học khác S

không nhất thiết gắn vào TTHĐ, gắn vào bất kỳ chỗ nào, không có tính đặc hiệu, đối với bất kỳ enzym đều

có thể ức chế được Ví dụ :

+ Chất gây biến tính (biến thể) protein : ion kim loại

+ Một số chất gây phản ứng đặc hiệu với một số

nhóm hóa học cuả enzym

4.2 Tính đặc hiệu của enzym :

* Đặc hiệu cơ chất : enzym tác động đặc hiệu lên 1 cơ chất

(đặc hiệu tuyệt đối) hay một số chất có cấu tạo phân tử gần giống nhau

- Urêaz : Urê + H2O ↔ CO2 + NH3

- Sacaraz : Saccaraz + H2O ↔ Fructoz + Glucoz

- Amylaz : Tinh bột, glycogen + H2O ↔ Maltoz +Glucoz

* Đặc hiệu lập thể : enzym chỉ tác dụng lên một trong hai dạng đồng phân hoạt quang Thí dụ hầu hết enzym

chuyển hóa acid amin chỉ tác dụng lên L-acid amin mà không tác dụng lên D-acid amin

* Đặc hiệu phản ứng : một cơ chất biến hóa theo nhiều phản ứng khác nhau, mỗi phản ứng có enzym đặc hiệu Thí dụ 3 phản ứng của acid amin :

Oxy hóa nhờ oxydaz :

Chuyển amin nhờ transaminaz :

R1CHCOOH + R2COCOOH R1COCOOH + R2CH - COOH

NH2 NH2

5 GIỚI THIỆU MỘT SỐ ENZYM :

Coenzym chứa nicotinamid và cơ chế nhận

* DH có CoE là Flavin nucleotid : Có 2 loại : - FMN

Flavinmono nucleotid

- FAD = Adenin dinucleotid

Cơ chế nhận hydro của FAD

* DH có CoEnzym là acid lipoic là enzym vận chuyển H2

ac lipoic nằm/phức hợp pyrurat DH

5.1.2 Hệ thống Cytocrom :

Chuyển vận e- có CoE gần giống HEM, gắn chặt với phần ApoE gắn ở phần trong của thể ty (chuyển vận e-) Có n loại b, c, a,

a3

+

2e-2 Cyt Fe3+ 2e-2 Cyt Fe2e-2+

- Cyt - oxydaz = cyt.a3 nhiệm vụ chuyển e- tới oxy, biến O2 nguyên tử thành dạng Ion

2e-5.1.3 Một số oxydoreductaz khác : Catalaz, peroxydaz

5.2.2 Phospho transferaz (Enzym xúc tác chuyển nhóm

Chú ý : Kinaz

Cần phân biệt Kinaz với phosphorylaz Ví dụ : Glycogen

H3PO4

Glycogen - G -> Glycogen + G1 P

Glycogen phosphorylaz

5.2.3 Glucogyl transferaz : xúc tác chuyển góc Glucoz.

HDP Glucoz glycogen trans glucogylaz = Glycogen synthetaz

Gluco 6 phosphataz (phospho esteraz)

- Lipaz : cắt liên kêt este thuỷ phân giữa acid hữu cơ &

glycerol

5.3.2 Glucozidaz (cắt liên kết Glucozid):

Ví dụ : Amylaz, Maltaz, Saccaraz

5.3.3 Peptidaz : (cắt liên kết peptid):

Aminopeptidaz Carboxypeptidaz H2 aa - aa - aa - aa - aa CHOOH

Aproteaz = proteinaz (Trypsin, pepsin )

5.4 Lyaz : ví dụ Decarboxylaz (phân ly không phải thủy

phân)

R-CH COOH -> R-CHH + CO2

- Fructoz 1 , 6 Disphosphat aldolaz :

Fructoz 1 , 6 Disphosphat -> 2 Trioz P

Fructoz 1,6 - Diphosphat aldolaz

5.5 Isomeraz : xúc tác cho các phản ứng đồng

phân hóa

Ví dụ : UDPG

- Uridin Diphospho Glucoz < -> UDP Galactoz

épimeraz = UDP - glucoz 4 epimeraz

- Phospho dioxy aceton (3) < -> phopho glyceraldehyt (3C)

Phosphotrioz isomeraz

5.6 Ligaz (synthetaz):

- Aminoacyl ARNt synthetaz

ARNt + aa aa - ARNt

AminoacylARNt ATP AMP + PP

- Glutamin synthaz

Glutamic + NH3 > Glutamin + H2O

CoEnzym A viết tắc là CoA hay HS CoA hoạt động được

nhờ gốc SH

Ví dụ :

Acyl CoA synthetaz

C HORMON NỘI TIẾT TỐ (ENDO CRIME)

1 ĐẠI CƯƠNG :

- Hormon là chất xúc tác sinh học do tế

bào đặc biệt sản xuất với 1 lượng nhỏ

thấm thẳng vào máu tới mô đích để kích thích hay hoạt hóa, những hoạt động

sinh lý, hóa sinh đặc hiệu.

- Tế bào đặc biệt sẽ tập hợp thành tuyến nội tiết, có thể nằm rãi rác Ví dụ : Hormon tiêu hóa nằm rãi rác theo ống tiêu hóa

- Mô đích gồm những tế bào tiếp nhận hormon tương ứng nhờ thể nhận đặc hiệu (receptor)

- Hormon kiểm soát và điều hòa các quá trình chuyển hóa và các chức năng khác

2 BẢN CHẤT HÓA HỌC VÀ TÁC DỤNG CHÍNH CỦA MỘT

SỐ HORMON : 2.1 Hormon Amin : (Hormon dẫn xuất từ acid amin)

Cụ thể là Tyrosin Có 2 loại :

- Hormon giáp trạng : gồm T3 : Triiodothyronin , T4 : Tétra Iodothyronin (Thyroxin) có tác dụng : Chuyển hoá năng lượng , Chuyển hóa đường , Tăng đường huyết

-Ở tủy thượng thận gồm 2 chất : Adrenalin ,

Noradrenalin có tác dụng Tăng HA và Tăng

Glucoz/huyết

2.2 Hormon steroid dẫn xuất từ

- Androgen (19 C) :

Có ở bộ phận sinh dục nam là chính, một phần ở võ thượng thận

Testosteron : tiêu biểu nhất

- Estrogen (18 C) :

progesteron : hormon sinh dục nữ Folliculin

2.3 Hormon peptid protein :

- Tuyến tụy :

* Tụy nội tiết tiết ra :

Tế bào ß : tiết ra insulin(70%) làm giảm đường