hoasinhenzym-121115104618-phpapp01

Đặc điểm chất xúc tác: + Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của các phản ứng hóa học.. * Enzym làm giảm năng lượng hoạt hóa nhiều hơn so với chất xúc tác thông thờng khác: Vd: Sự

Hãa sinh Enzym

1 ĐẠI CƯƠNG

1.1 Định nghĩa:

Enzym là 1 chất xúc tác sinh học, có bản chất là protein

Enzym có tính đặc hiệu rất cao và hiệu lực xúc tác rất lớn

1.2 Năng lượng hoạt hóa

Là năng lượng cần thiết phải cung cấp cho hệ thống các chất tham gia phản ứng, làm cho các phản ứng ở vào trạng thái hoạt động và sẵn sàng tham gia phản ứng

1.3 Đặc điểm của chất xúc tác và đặc điểm của enzym:

1.3.1. Đặc điểm chất xúc tác:

+ Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của các phản ứng hóa học

+ Chất xúc tác không làm thay đổi chiều của phản

ứng, không tạo ra được phản ứng

+ Trong các phản ứng thuận nghịch, chất xúc tác làm cho phản ứng chóng đạt tới cân bằng mà không làm chuyển dịch vị trí cân bằng

1.3.2 Đặc điểm của Enzym:

* Enzym có tính đặc hiệu rất cao và hiệu lực xúc tác rất lớn:

Mỗi enzym đều có tỏc dụng chọn lọc đối với

một cơ chất hoặc một loại cơ chất và với một loại phản ứng nhất định Tính chất xúc tác chọn lọc

này đợc gọi là tính đặc hiệu của enzym

Tính đặc hiệu của enzym do cấu trúc của trung tâm hoạt động (TTHĐ) quyết định

 Đặc hiệu với cơ chất:

+ Có những enzym có tính đặc hiệu tuyệt đối:

Một enzym chỉ xúc tác cho một cơ chất nhất định

Vớ dụ: Urease chỉ thủy phân urê

Arginase chỉ thủy phân arginin

+ Có nhiều enzym có tính đặc hiệu tơng đối:

Một enzym có thể tỏc dụng cả 1 nhóm cơ chất có cấu trúc gần giống nhau

Vd: Glucozidase xúc tác thủy phân cả một nhóm cơ chất glucozid có liờn kết ozid

Esterase có thể tỏc dụng vào l/kết este của cỏc acid béo với alcol khác nhau

+ Có enzym có tính đặc hiệu không gian rất chặt chẽ: Vd: L- aa oxydase chỉ xúc tác qỳa trỡnh khử amin oxy

hóa aa dãy L, không tỏc dụng trên aa dãy D

Vớ dụ: Một aa có thể xảy ra 3 loại p/ứ:

- P/ứ khử carboxyl do decarboxylase xúc tác

- P/ứ khử aminoxy hóa do aminoacid oxydase xúc tác

- P/ứ trao đổi amin do transaminase xúc tác

+ Một số enzym có khả năng xúc tác nhiều loại p/ứ

Vớ dụ: Proteinase nh trypsin xúc tác thủy phân liờn kết peptid và thủy phân cả liờn kết este

* Enzym làm giảm năng lượng hoạt hóa nhiều hơn so với chất xúc tác thông thờng khác:

Vd: Sự phân hủy H2O2

cần 18 Kcal/mol nếu không có chất xúc tác cần 11,7 Kcal/mol nếu có mặt của bạch kim cần 2 Kcal/mol khi có mặt của catalase

* Những phản ứng enzym thờng xảy ra với tốc độ

nhanh ở nhiệt độ sinh lý bỡnh thờng của cơ thể

* Enzym có bản chất là protein đặc hiệu do tế bào

sống tổng hợp, hoạt động trong cơ thể sống hoạt

động của enzym chịu sự chi phối, điều khiển của tế bào và của cơ thể

Hoạt tính của enzym chịu ảnh hởng của nhiều yếu

tố nh: nhiệt độ, ánh sáng, pH môi trờng,

2 Cách gọi tên và phân loại Enzym

2.1 Cách gọi tên:

* Gọi thông thờng:

Thời kỳ đầu, khi enzym học cha phát triển, ngời ta gọi tên enzym tùy tiện không có quy ớc

Một số enzym có tên quen dùng không có đuôi

ase nh: pepsin, trypsin, chymotrypsin,…

* Gọi theo quy ớc: có 3 cách

+ Gọi theo cơ chất:

Tên Enzym = Tên cơ chất đặc hiệu + ase

VD: Urease là enzym tác dụng vào Urờ

Proteinase là enzym tác dụng vào Protein Lipase là enzym tác dụng vào Lipid

+ Gọi tên theo loại phản ứng:

Tên Enzym = Tên loại phản ứng + ase

Vớ dụ: Enzym xúc tác phản ứng oxy hóa là oxydase Enzym khử hydro: dehydrogenase

Enzym thủy phân liờn kết este: esterase

Enzym thủy phân l/kết glucozid: glucozidase Hai cách gọi tên enzym trên thờng gặp với phản

ứng thủy phân

+ Gọi phối hợp cả 2 cách trên:

Tên Enzym = Tên cơ chất + Tên loại p/ứ + ase

Đây là cách gọi đầy đủ nhất

Vớ dụ: Lactatdehydrogenase là enzym xúc tác phản ứng khử hydro của cơ chất là Lactat

2.2 Phân loại: có 6 loại

* Loại 1: Enzym Oxy hóa khử ( Oxydoreductase)

Là loại enzym xúc tác các phản ứng oxy hóa khử (p/ứng nhờng và nhận điện tử)

Các enzym này thờng có Coenzym là NAD và

FAD

+ Dehydrogenase: là enzym xúc tác sự vận chuyển

điện tử dới dạng 2 nguyên tử hydro từ cơ chất

VD: Glucose 6P 6P Gluconolacton

+ Oxydase: là enzym chuyển 2 điện tử từ chất cho

đến oxy tạo hydroperoxyd (H2O2)

G6PD NADP NADPH2

β-D Glucose + O2 Gluconolacton + H2O2

+ Peroxydase: lµ enzym sö dông H2O2 mµ H2O2 lµ c¬ chÊt chø kh«ng ph¶i lµ O2

H2O2 2H2O

+ Catalase: lµ enzym duy nhÊt xóc t¸c phản øng mµ

H2O2 võa lµ chÊt cho võa lµ chÊt nhËn ®iÖn tö

2 H2O2 O2 + 2 H2O

+ Cytocrom: lµ chÊt nhËn hydro (®iÖn tö)

* Lo¹i 2: Enzym vËn chuyÓn (Transferase)

Vận chuyển c¸c nhãm chøc năng (amin, acyl,

phosphat) giữa chÊt cho vµ chÊt nhËn

Enzym nµy cã Coenzym v/c nhãm tham gia

NADH2 NAD

+ Enzym vận chuyển nhóm amin:

(Transaminase hoặc Amino Transferase)

Enzym này v/c nhóm -NH2 từ aminoacid tới acid cetonic tạo thành acid amin và acid cetonic mới

Vớ dụ: GPT (Glutamat Pyruvat Transaminase) xúc tác phản ứng:

Alanin + α-Cetoglutarat Glutamat + Pyruvat

+ Kinase:

Xúc tác chuyển nhóm phosphat từ ATP hoặc từ

nucleozid triphosphat khác tới alcol (đờng)

+ Glucosyl Transferase: vận chuyển nhóm glucosyl

từ UDP- Glucose để tổng hợp glycogen

+ Methyl transferase

+ Acyl transferase

* Loại 3: Enzym thủy phân (Hydrolase)

Xúc tác phản ứng thủy phân có sự tham gia của

H2O, thủy phân các liờn kết C- O, C- N, O- P và C- S

+ Phosphomonoesterase: cắt các liờn kết este

Vd: Phosphatase kiềm (ALP- Alkalin Phosphatase)

+ Glucozidase: cắt đứt liên kết ozid

+ Peptidase:

Là loại đặc biệt của hydrolase, thủy phân liờn kết peptid

* Loại 4: Enzym phân cắt (Lyase)

Bẻ gãy 1 p/tử hay tách 1 nhóm ra khỏi 1 p/tử kể cả loại bỏ nớc mà không có sự ttham gia của H2O

Bẻ gãy liờn kết C - C hoặc C - O

+ Aldolase: F1- 6 Di(P) 2 Triose(P)

+ Decarboxylase loại bỏ -COOH từ acid amin

hoặc a.cetonic CO2

* Loại 5: Enzym đồng phân, có 3 loại:

+ Isomerase: chuyển nhóm chức enol- ceton,

* Loại 6: Enzym tổng hợp

(Ligase hoặc Synthetase)

Xúc tác phản ứng tổng hợp trong đó 2 phân tử liờn kết với nhau và sử dụng năng lợng ở dạng liờn kết phosphat cao năng ATP

Vd: Glutamin synthetase

Glutamat + NH3 Glutamin

3 Cấu trúc phân tử và cơ chế hoạt động của Enzym

3.1 Đặc điểm và thành phần cấu tạo của E

* Đặc điểm:

- TLPT: cú phõn tử lượng lớn: 10.000 - 1.000.000 đv Vd: Ribonuclease có TLPT là 12000

Glutamatdehydrogenase là 1.000.000

- Hỡnh dạng phân tử:

Phần lớn enzym thuộc loại Protein hỡnh cầu

- Cấu tạo: có enzym là 1 chuỗi polypeptid, có enzym cấu tạo từ nhiều chuỗi polypeptid

- Bậc cấu trúc:

Hầu hết các enzym có cấu trúc bậc 2 và 3, cú

enzym có cấu trúc bậc 4

* Thành phần cấu tạo: có 2 loại

+ Enzym một thành phần (protein thuần):

Chỉ do các aa cấu tạo thành (thủy phân enzym

hoàn toàn thỡ sản phẩm chỉ gồm các aa)

Gặp chủ yếu là enzym hydrolase

+ Enzym hai thành phần (bản chất là protein tạp):

- Tphần t1: là protein gọi là apoprotein (apoenzym)

- Tphần t2: không phải là protein mà là chất hữu cơ hay vô cơ đặc hiệu, cộng tác với E trong quá trỡnh xúc tác, được gọi là Coenzym (CoE)

Enzym hai t/phần, tính chất cơ bản của enzym do phần apoenzym quyết định, nếu thiếu CoE thỡ enzym không hoạt động

3.2 Trung tâm hoạt động (TTHĐ) của enzym

* Định nghĩa :

TTHĐ của phân tử enzym là phần nhỏ trong thể tích chung của phân tử enzym, là trung tâm trực tiếp gắn với cơ chất hoặc trực tiếp xúc tác phản ứng

TTHĐ của enzym là một cái rãnh đợc tạo nên bởi

sự gấp khúc của chuỗi polypeptid

* Các nhóm chức năng của TTHĐ: có 3 nhóm

+ Nhóm tiếp xúc: có tác dụng liờn kết với các nhóm

trên phân tử cơ chất để giữ cơ chất ở TTHĐ

Nhóm tiếp xúc quyết định tính đặc hiệu của enzym

+ Nhóm xúc tác: phản ứng trực tiếp với cơ chất, làm

biến đổi cấu tạo điện tử của cơ chất để sẵn sàng tạo thành sản phẩm

+ Các nhóm tham gia duy trỡ hỡnh dạng không gian

của TTHĐ của enzym để phù hợp với cơ chất trong khi gắn và phản ứng với cơ chất

Có enzym chỉ có một TTHĐ, cú enzym có hai hay nhiều TTHĐ, các TTHĐ của 1 phân tử enzym có thể giống nhau hoặc khác nhau về cấu tạo và chức năng, nên 1 phân tử enzym có thể xúc tác nhiều phản ứng hóa học khác nhau

* Các giả thuyết về sự hỡnh thành TTHĐ của E

+ Theo Fisher (1894):

TTHĐ của enzym đợc hỡnh thành sẵn với cấu trúc không gian nhất định Cơ chất có cấu trúc tương ứng với cấu trúc của TTHĐ mới đợc kết hợp vào, sự t/ứng này có thể ví nh “ổ khóa” với “chỡa khóa”

+ Theo Koshland:

TTHĐ của enzym mềm dẻo và linh động, các

nhóm chức năng của TTHĐ vẫn tự do cha ở t thế sẵn sàng hoạt động

Khi tiếp xúc với cơ chất thỡ chính cơ chất gây ra

cảm ứng không gian làm biến đổi hỡnh dạng phõn tử

E Các nhóm chức năng của TTHĐ di chuyển và định hớng thích hợp, chính xác để thành lập TTHĐ có cấu trúc không gian tơng tự cơ chất

TTHĐ của E chỉ thực sự hỡnh thành trong quá trỡnh tiếp xúc giữa E và cơ chất gọi mô hỡnh này là mô hỡnh “tiếp xúc cảm ứng”

3.3 Cơ chế hoạt động của enzym

Trong qtrỡnh hoạt động xúc tác của E, đk trớc hết

là cơ chất phải đợc gắn vào TTHĐ của E để tạo phức hợp E-S

Trong quá trỡnh tiếp cận nhau để tạo phức E - S, cấu trúc p/tử E luôn biến đổi nhằm đảm bảo các nhóm hóa học đặc biệt của TTHĐ của E đợc tiếp xúc thuận lợi với cơ chất

Dới t/d của cỏc nhóm hoạt động của E, cấu tạo

điện tử của cơ chất bị biến đổi, những l/kết chịu tác

dụng trực tiếp của E bị căng ra, bị xoắn vặn, độ bền vững của l/kết bị giảm đi, hoạt tính hóa học của cơ

chất tăng lên rất nhiều Chỉ cần NL hoạt hóa rất nhỏ cũng làm cho p/ứ xảy ra nhanh chóng (vỡ sinh ra NL tự

do làm giảm NL hoạt hóa) Dới t/d của E sẽ biến cơ

chất thành sản phẩm và E đợc giải phóng ra

Theo qui ớc Quốc tế: một đơn vị E là một lợng E

nào đó xúc tác sự biến đổi một micromol cơ chất thành sản phẩm trong 1phút dới những điều kiện quy định

- Tốc độ p/ứ E thờng đợc xác định bằng sự biến đổi

nồng độ cơ chất, hoặc sự biến đổi nồng độ sản phẩm, hoặc sự biến đổi coenzym của p/ứ trong một đơn vị

thời gian nhất định với những điều kiện nhất định

4.2 Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng E

4.2.1 ảnh hởng của nồng cơ chất

Trong các phản ứng E, khi các điều kiện khác nh: nhiệt độ, pH, lực ion,… hằng định thì tốc độ p/ứ của E phụ thuộc vào nồng độ cơ chất và nồng độ E

Nếu nồng độ enzym hằng định thì tốc độ p/ứ E chỉ phụ thuộc vào nồng độ cơ chất:

Khi nồng độ cơ chất tăng dần lên thì tốc độ p/ứ E

sẽ tăng dần lên tới tốc độ cực đại (Vmax)

Trong phản ứng enzym, muốn đạt tới tốc độ cực

đại, nồng độ phân tử của cơ chất phải lớn hơn nồng độ phân tử enzym hàng triệu lần và bao giờ cũng ở trạng thái thừa cơ chất

Thuyết Michaelis - Menten đã giải thích sự liên

quan giữa tốc độ phản ứng enzym với nồng độ cơ chất

đa ra hằng số Michaelis (Km) là một hằng số đặc trng cho mỗi enzym đối với 1cơ chất nhất định

Km là nồng độ cơ chất (mol/lít) đủ làm cho tốc độ phản ứng enzym đạt tới 1 nửa tốc độ cực đại (Vmax)

4.2.2 Ảnh hởng của nhiệt độ

Trong các phản ứng enzym, nhiệt độ có tỏc dụng làm tăng tốc độ phản ứng lên đến tốc độ cực đại

- Ở nhiệt độ enzym cha bị biến tính (0OC - 50OC):

Khi nhiệt độ tăng thỡ tốc độ phản ứng tăng, nếu

nhiệt độ tăng lên 10O thỡ tốc độ phản ứng enzym tăng khoảng 2 lần

Khi nhiệt độ tăng lên khoảng 60OC - 70OC thỡ phần lớn enzym bị biến tính, nhiệt độ này là nhiệt độ tới hạn

- Mỗi E có một nhiệt độ thích hợp (tối u) cho sự hoạt

động xúc tác Ở nhiệt độ đó thỡ phản ứng đạt tới tốc độ cao nhất

Nhiệt độ thích hợp của đa số các enzym ở cơ thể

động vật là 37OC - 45OC, ở VSV có nhiệt độ thích hợp cao hơn ĐV (VSV chịu đợc nhiệt độ cao)

VD: Amylase ở ĐV, nhiệt độ thích hợp là 40OC

Amylase ở VSV, nhiệt độ thích hợp là 70OC

- Nhiệt độ thích hợp của một enzym không cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh thời gian tác dụng càng dài thỡ nhiệt độ thích hợp càng thấp, phụ thuộc vào

- Mỗi enzym có một pH tối u (thích hợp) cho sự hoạt

động của enzym ở pH tối u đó tốc độ phản ứng của enzym là lớn nhất

- Với pH lớn hơn hoặc nhỏ hơn pH tối u đó thỡ tốc độ phản ứng enzym giảm Trong cơ thể phần lớn enzym

có pH thích hợp ở vùng trung tính nhng cũng có enzym thích hợp hoạt động ở pH kiềm

Vd: phosphatase kiềm hoạt động ở pH = 9 - 10,

pepsin ở pH = 1,5

- Đối với một enzym nhất định, pH tối u của nó không phải lúc nào cũng cố định, mà có thể thay đổi tùy theo tính chất và nồng độ của cơ chất, nhiệt độ phản ứng

và bản chất các loại dung dịch đệm

Vd: Urêase với nồng độ urê = 8%, pH thích hợp là 6,0 Với nồng độ urê = 1% , pH thích hợp là 7,5 Mantase với nhiệt độ 37OC pH thích hợp là 7,2

Với nhiệt độ 47OC pH thichs hợp là 4,3

4.2.4 ảnh hởng của ion kim loại

Một số enzym chịu ảnh hởng của nồng độ và bản chất của ion kim loại rất sâu sắc Có những kim loại hầu nh cần thiết cho sự hoạt động của một số enzym nhng một số ion kim loại nh Ag+, Hg+, Pb+3 có độc tính

rất cao với hầu hết các enzym

4.2.5 ảnh hởng của chất hoạt hóa

Chất hoạt hóa là chất làm tăng hoạt động xúc tác của enzym hoặc làm cho enzym từ trạng thái không hoạt động thành hoạt động

Vd: Cl- có tác dụng hoạt hóa amylase

Các anion khác của họ halogen: F-, Br-, I- cũng có tác dụng hoạt hóa nhng yếu hơn

4.2.6 ảnh hởng của chất ức chế

Chất ức chế là chất làm giảm hoạt động xúc tác

của enzym hoặc làm mất tác dụng xúc tác của enzym Chất ức chế có bản chất hóa học rất khác nhau, có

thể là các ion kim loại, anion, những hợp chất hữu cơ

đặc hiệu hoặc là những protein, peptid

Dựa theo cách tác dụng của chất ức chế với enzym, chất ức chế có 2 loại: ức chế cạnh tranh và ức chế

không cạnh tranh

* Chất ức chế cạnh tranh:

Chất ức chế cạnh tranh có cấu tạo tơng tự cơ chất,

nó cạnh tranh với cơ chất và kết hợp vào TTHĐ của

enzym làm cho hoạt động xúc tác của enzym giảm

Sự kết hợp giữa enzym - chất ức chế là quá trỡnh thuận nghịch và có sự cạnh tranh liên tục giữa chất ức chế với cơ chất

Nếu tăng nồng độ cơ chất lên vợt xa với nồng độ chất ức chế thỡ có khả năng cơ chất kết hợp đợc với

enzym

Nếu tăng nồng độ chất ức chế lên thỡ có thể làm

cho enzym bị ức chế hoàn toàn

E + I EI

Mức độ ức chế không phụ thuộc vào nồng độ cơ chất chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất ức chế Không

thể khắc phục đợc sự ức chế bằng cách tăng nồng độ cơ chất đơn thuần

Những enzym có chứa ion kim lọai cần thiết cho

sự hoạt động thỡ bị ức chế bởi các hợp chất kết hợp

đ-ợc với ion kim loại

5 Mét sè coenzym thêng gÆp

+ Khái niệm:

CoE lµ mét phÇn cña enzym, nã kÕt hîp vµo ph©n

tö enzym, bæ sung kh¶ năng phản øng vµ khả năng

xóc t¸c cña enzym

Mét lo¹i CoE cã thÓ céng t¸c víi rÊt nhiÒu enzym.

+ Ph©n lo¹i: Cã 2 lo¹i CoE sau

* Coenzym oxy hãa khö : có 5 nhãm

+ Cấu tạo của CoE:

CoE có cấu tạo từ nucleotid đơn, nucleotid đôi, 1 phõ̀n nucleotid, 1 số CoE có cấu trúc giống hem, 1 số CoE trong thành phần cấu tạo có vitamin

5.1 Coenzym nicotinamid: cã 2 lo¹i

NAD: Nicotinamid Adenin Dinucleotid

NADP: Nicotinamid Adenin Dinucleotid Phosphat