Chất xúc tác sinh học XÚC TÁC ENZIM

Chất xúc tác sinh học (vận tốc cao, đặc thù) được tổng hợp trong tế bào sống Bản chất: Protein (trừ ribozyme ARN có khả năng xúc tác) Làm tăng tốc độ các phản ứng hoá sinh Không bị biến đổi sau phản ứng Có trong tế bào mọi vi sinh vật Tham gia phản ứng in vivo và in vitro. > 2000 enzyme đã được khám phá. Ứng dụng rộng rãi: CNTP, chăn nuôi, y dược... 1.2.1. Tên gọi – Tên enzyme + in. Ví dụ: Pepsin, trypsin, vv… – Enzyme + “ase” • Tên gọi theo cơ chất Ví dụ: amylase, protease, lipase • Theo kiểu phản ứng Ví dụ: oxidase, hydrolase, transaminase – Tên hệ thống • Enzyme xúc tác cho cơ chất A nhờ dạng phản ứng R có tên là ARase Ví dụ: Glyceraldehyd3phosphatehydrolase. • Enzyme xúc tác phản ứng của chất A với chất B (hay cofactor B) nhờ phản ứng dạng R, có tên A:B Rase

Trang 1

Đề tài

XÚC TÁC ENZIM

Trang 2

I Đại cương

về enzim

II Cấu trúc và các dạng enzim

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzim

III Cơ chế xúc

tác của enzim

Nội dung bài học

Trang 3

•Chất xúc tác sinh học (vận tốc cao, đặc thù) được tổng hợp trong tế bào sống

•Bản chất: Protein (trừ ribozyme - ARN có khả năng xúc tác)

•Làm tăng tốc độ các phản ứng hoá sinh

•Không bị biến đổi sau phản ứng

•Có trong tế bào mọi vi sinh vật

•Tham gia phản ứng in vivo và in vitro

Trang 4

1.2.1 Tên gọi

– Tên enzyme + "in".

Ví dụ: Pepsin, trypsin, vv…

– Enzyme + “ase”

• Tên gọi theo cơ chất

Ví dụ: amylase, protease, lipase

Trang 5

1.2.2 Phân loại (6 lớp theo kiểu phản ứng)

Lớp 1: Oxidoreductase

•Xúc tác cho các phản ứng oxy hoá khử

•Lớp lớn nhất

•Bản chất: Protein phức tạp

•Vận chuyển: Hydro, e-, gắn oxy vào cơ chất

•Phân thành các phân lớp theo nhóm chức năng nhường hydro hay e-

1.2 Tên gọi và phân loại

enzim

I Đại cương về

enzim

Trang 6

Trang 7

 Lớp 3: Hydrolase

• Thuỷ phân các liên kết vốn hình thành nhờ sự

ngưng tụ như peptid, glycosid, ester … (sự phân giải có nước tham gia)

• Bản chất: protein đơn giản

enzim

Trang 8

 Lớp 4: Liase (synthase)

• Xúc tác các phản ứng:

– phân giải (không thuỷ phân)

– và hình thành (không đòi hỏi NL)

Trang 9

 Lớp 5: Isomerase

• Xúc tác sự tái phân bố các phân tử trong cơ chất

• Vận chuyển các nguyên tử hay nhóm nguyên tử trong nội bộ một phân tử

• Lớp nhỏ nhất

• Phần lớn có bản chất protein đơn giản

enzim

Trang 11

Một số enzyme đặc biệt

 Là enzyme phân giải lipid.

 Được dùng để lên

phomat hay chất xúc tác để phân giải chất béo.

ENZYME LIPASE

Trang 12

 Là enzyme phân giải đường sữa thành đường đơn.

 Có nhiều trong sữa bò và các sản phẩm từ sữa

ENZYME LACTASE

Trang 13

Là enzyme phân giải mạch nha thành

ENZYME MALTASE

Trang 14

Enzyme amylaza

 Là enzyme thủy phân tinh bột.

 Có nhiều trong hạt nảy mầm, tuyến

nước bọt.

Trang 15

 Cấu trúc phân tử

• Protein hình cầu, phần lớn (60-70%) là protein phức tạp.

 Xét về cấu trúc, có hai loại enzyme:

• Đơn giản (một thành phần): Cấu tạo chỉ có protein: một hoặc nhiều chuỗi polypeptide Khối lượng phân tử phụ thuộc số lượng chuỗi hoặc chiều dài chuỗi

•Phức tạp (hai thành phần)

o Các cofactor

• Khái niệm

– Cấu trúc nhỏ, không được cấu tạo từ các axit amin

– Thành phần của các enzyme phức tạp, làm nhiệm vụ vận chuyển các

Cofactor ( bản chất phi protein.)

protein (apoenzyme)

Trang 16

• Ion kim loại: Zn 2+ , Fe 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ …→ Loại liên kết chặt với apoenzyme: Là thành phần cố định của phân tử: Nhóm ghép (prostheticgroup).

– VD: FMN; FAD của dehydrogenase; PLP của aminotransferase; Hem của cytochrome

• Dẫn xuất của vitamin → Loại gắn lỏng lẻo với apoenzyme, dễ tách ra và

nhập lại, chạy từ apoenzyme này tới apoenzyme kia: Coenzyme

– VD: NAD + ; NADP + của nhiều dehydrogenase

Coenzyme

Trang 17

 Cấu trúc của cofactor

• Bản chất hóa học khác nhau; phân tử thường chứa dị vòng.

• Phần trực tiếp tham gia phản ứng hoặc có chức năng nhận biết các đại phân tử.

• Nhiều cofactor là dẫn xuất của các vitamin tan trong nước

và phần lớn thường chứa phosphate gắn trong nucleotid.

 Cofactor của các oxidoreductase

– NAD + (Nicotinamid–Adenine-Dinucleotid)

– NADP + (Nicotinamid-Adenine-Dinucleotid-phosphate)

• Dẫn xuất của vitamin PP(nicotinamid, niacin)

• NAD + và NADP + là coenzyme của khoảng 250 dehydrogenase

Trang 18

Cofactor của các oxidoreductase

NAD + (Nicotinamid–Adenine-Dinucleotid)

NADP + (Nicotinamid-Adenine-Dinucleotid-phosphate)

Trang 19

• FMN: Flavin mononucleotid

• FAD: Flavin – Adenine - Dinucleotid

• Dẫn xuất của vitamin B2 (Riboflavin)

• FMN và FAD liên kết chặt với apoenzyme, tạo thành flavoprotein

• Dạng OXH (FAD, FMN) có màu vàng

Trang 20

Tính chất lý hóa của cofactor

Tính hòa tan: tan trong nước → dung dịch keo (khuếch tán kém, áp suất thẩm thấu thấp, độ nhớt cao)

Trang 22

Cofactor của các transferase

• ATP (adenosine triphosphate): Cofactor của các transferase có tên là kinase

Trang 23

TPP (thiaminepyrophosphate)

•Là dẫn xuất của vitamin B1

•Vòng pyrimidine gắn với thiazol nhờ cầu -CH2

-•Phần tham gia phản ứng là vòng thiazol, vòng pyrimidine và nhóm diphosphate làm nhiệm vụ gắn với apoenzyme

Vòng thiazol

Trang 24

• PLP (pyridoxalphosphate)

• Dẫn xuất của vitamin B6

• Nhóm ghép của:

– transaminase - chuyển amin

– decarboxylase - khử carboxyl cho aa

• Ngoài NAD(P + ), PLP là cofactor thứ 2 có nhân pyridine

Pyridoxal

Trang 25

Coenzyme A, CoASH (coenzyme acyl hoá)

•Vận chuyển acyl→ acyl được gắn vào nhóm thiol (-SH) nhờ liên kết thioester

•R - CO – S - CoA→ Acyl.CoA (AB hoạt hoá)

•CH3CO – S - CoA → Acetyl – CoA (a acetic hoạt động)

Trang 26

Trung tâm hoạt động của enzim

o COOH của aspartic và glutamic

o COOH của AA cuối mạch

Trang 27

• Enzim hai cấu tử

Ngoài một số nhóm chức của axit amin còn có thêm cofactor (cation kim loại

cosubstrate)

Trang 28

Trang 29

Tính đặc hiệu của enzyme

Trang 30

 Xúc tác thủy phân liên kết peptit

 Liên kết peptit này phải gần gốc COOH tự do

Trang 31

- Đặc hiệu tuyệt đối

• Enzyme chỉ tác dụng lên một cơ chất nhất định

Ví dụ: Urease chỉ chỉ phân hoá ure chứ không ảnh hưởng tới metylurea

Trang 32

- Đặc hiệu tương đối

• Enzym loại này xúc tác phân hóa một kiểu liên

kết, không chịu ảnh hưởng của chất tạo ra liên kết đó

Ví dụ: Nhóm esterase có lipase cắt mạch este giữa acid béo và rượu (acid béo có thể dài ngắn khác nhau, rượu có thể glycerin hoặc rượu vòng ) Tuy vậy tốc độ phản ứng có thay đổi

Trang 33

III Cơ chế xúc tác của enzim

Trang 34

• Cường lực xúc tác:

– Enzim có tất cả tính chất của chất xúc tác

Trang 35

• Ưu điểm của enzim

Cường lực xúc tác mạnh hơn chất xúc tác vô cơ

Trang 36

 Thuyết bổ sung (Complementarity) hay thuyết

"chìa khoá (S) và ổ khoá (E)" của E Fischer (1894):

Trung tâm hoạt động enzim có cấu trúc không gian phù hợp với cơ chất

Trang 37

• Chỉ 1 vùng giới hạn trong phân tử E (TTHĐ) có tác dụng xúc tác E chỉ tác dụng với S có cấu trúc hình học bổ sung thích hợp với TTHĐ của nó

• Chỉ S có kích thước phân tử và hình dáng thích hợp mới vào được TTHĐ, tương tự như chỉ có chìa khoá tương ứng mới cho vừa vào ổ khoá.

• Có thể giải thích tính đặc hiệu S của E theo thuyết này: Nhờ sự phân

bố chính xác của các nhóm chức ở TTHĐ, chỉ S có cấu trúc hình học

bổ sung thích hợp mới tiếp xúc được với các nhóm chức trên.

Trang 38

 Thuyết lập hợp chất trung gian (Henri, 1902)

(enzim) (cơ chất) (hợp chất trung gian) (enzim) (s.phẩm)

• Sự hình thành sản phẩm trung gian E-S làm phản ứng diễn ra theo cơ chế thuận lợi về mặt NL khác với phản ứng không có E xúc tác.

Trang 39

Chất xúc tác E + cơ chất S → phức hợp ES (không bền) nên

dễ dàng bị phân li để giải phóng chất xúc tác E và sản phẩm P. Phản ứng kết hợp tạo chất trung gian thường đòi hỏi một mức năng lượng hoạt hóa thấp hơn rất nhiều so với năng lượng hoạt hóa cần cung cấp để đi trực tiếp từ S đến P

Do đó, khi có mặt chất xúc tác thì phản ứng xảy ra nhanh hơn rất nhiều Thuyết hợp chất trung gian dùng để giải thích hệ thống phản ứng trong đó cơ chất và chất xúc tác đồng thể ( cùng thể lỏng hoặc thể khí…)

Thuyết lập hợp chất trung gian (Henri, 1902)

Trang 40

Giả sử có phản ứng A + B -> AB

(Tiến hành chậm ở điều hẹn bình thường)

Khi thêm chất xúc tác K (hoặc có enzym) lập tức tốc

độ thuận và nghịch tăng lên gấp bội.

Tốc độ ở đây rất cao vì nó tiến hành theo đường vòng để tránh mức năng lượng hoạt hoá quá cao Lan-ghen-tec đã dùng nhiều hình mẫu của phản ứng đường vòng nói trên để chứng minh.

Trang 41

Ví dụ: Lấy hình mẫu esterase - enzym xúc tác sự thuỷ phân (hoặc tổng hợp) các este.

R-CO-O-R’ + H 2 O R-COOH + R’-OH

Nếu lấy benzoilcarbonyl thay enzym (C6H5 - CO - CH2OH) thì chất này sẽ tạo hợp chất trung gian, giải phóng rượu:

R-CO-O-R’ + C 6 H 5 - CO - CH 2 OH R-OH + RCOOCH 2 COC 6 H 5

Sau đó hợp chất trung gian dễ phân tán với sự có mặt của

H2O thành acid và benzoilcarbonyl nguyên như cũ.

RCOOCH 2 COC 6 H 5 + H 2 O R-COOH + C 6 H 5 - CO - CH 2 OH

Nhờ có benzoicarbonyl mà trạng thái cân bằng động của phản ứng trên xảy ra với tốc độ gấp nhiều lần.

Trang 42

 Thuyết thích hợp cảm ứng Kosland (1958)

• TTHĐ (có hình dáng thích hợp với S) không phải được

hình thành sẵn trên phân tử E mà được tạo ra khi có sự tương tác giữa E với S.

• S đóng vai trò tạo nên hình dáng cuối cùng của E với cấu

trúc linh hoạt Chỉ S có cấu trúc thích hợp khi gắn vào E mới làm E thay đổi cấu hình, làm cho các nhóm xúc tác định hướng chính xác sao cho pứ có thể xảy ra được.

Trang 43

cơ chất khác pha (không đồng nhất như cơ chất thể lỏng (khí), chất xúc tác thể rắn)

Trang 44

 Bản chất hoá học của quá trình xúc tác enzyme

• Các nhóm xúc tác trong TTHĐ trước hết là các nhóm

ái nhân (có các cặp điện tử tự do)→ liên kết với các nhóm

ái điện tử của cơ chất.

- VD: OH của Ser, SH của Cys, các nguyên tử N ở

vòng imidazol của His.

• Trong một số trường hợp các nhóm xúc tác của enzyme

lại có thể nhận điện tử, mà chất cho điện tử là các nhóm ái

nhân của cơ chất.

- VD ion kim loại, nhóm NH3+ trong TTHĐ của một số enzyme.

Trang 45

• Nhiều enzyme làm việc theo nguyên tắc xúc tác base.

acid-– VD : carboxyl, amin, phenol, thiol và đặc biệt là vòng

imidazol (Giá trị pKa khoảng 6,5 → các nhóm này hoạt động đồng thời như chất cho hay chất nhận proton trong điều kiện pH ).

• Nhiều phản ứng enzyme diễn ra nhờ các cofactor.

– Khi gắn với enzyme, cơ chất + cofactor → phản ứng xảy

ra Đồng thời các cofactor cũng thường xuyên cung cấp năng lượng cho các phản ứng enzyme (đối với cofactor có

Trang 46

• Một số enzim cần hoạt hóa mới hoạt động được

Trang 47

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác

của enzim

Trang 48

của enzim

 pH

• E là chất polyampholite, tính chất của E (cả hoạt tính xúc tác) phụ thuộc vào pH; phản ứng của E và S phụ thuộc khả năng tách H + của các nhóm chức này → các E chỉ có khả năng xúc tác ở một khoảng pH nhất định.

• Ở một số E, khoảng pHop khá hẹp, ở một số khác khá rộng Đôi khi

pHop có thể phụ thuộc vào loại S

– VD: pHop ở các protease có thể thay đổi phụ thuộc loại protein được phân giải.

48

Trang 49

của enzim

 pH

Trang 50

của enzim

Động học các phản ứng E (ảnh hưởng của [E] và [S])

Phương tr ình Michaelis-Menten K m = hằng số

Michaelis-Menten

Trang 51

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của

enzim

 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S] đến vận tốc phản ứng enzim

Phương trình Michaelis-Menten:

V=

Trang 52

của enzim

 Các chất ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme

 Chất hoạt hoá: Ion kim loại – vitamin- chất hữu cơ

– Làm tăng hoạt tính xúc tác enzyme, biến enzyme từ dạng không hoạt động → hoạt động Hoạt hóa nhờ hiện tượng cảm ứng của chất gây hiệu ứng dị không gian

– Các chất hoạt hoá thường không gắn cố định với E (không là thành phần của E hay các nhóm ghép cố định).

– Chất hoạt hoá có thể là ion kim loại Cu 2+ , Zn 2- , Ca 2+ , Mn 2+ , Mg 2+ ,

Co 2+ , các chất hữu cơ; các anion Cl - , -PO32- )

Trang 53

Có 3 kiểu hoạt hoá:

1.Các ion kim loại hoá trị 2 tham gia vào cấu tạo trung tâm hoạt động để vận chuyển điện tử hoặc làm cầu nối

để gắn cơ chất vào enzym

của enzim

Trang 54

của enzim

2 Cắt một đoạn enzym đạo trung tâm hoạt động của enzym

Pepsinogen Pepsin HCl

3 Cấu tạo tại trung tâm hoạt động của enzym

Enzym trypsinogen được enterokinase tá tràng tác động làm mất một đoạn peptid (liên kết hydro bị đứt) mạch còn lại sẽ co rút cấu tạo và cấu trúc bậc 2,

3 có trung tâm hoạt động mới là serin và histidin

Trypsinogen Trypsin

Enterokinase (cắt đoạn hexapeptide)

Trang 55

của enzim

Trypsin

 Chất hoạt hóa

Trang 56

của enzim

 Chất ức chế

• Giảm khả năng xúc tác của enzyme

• Hiện tượng ức chế của enzym là hiện tượng rất phổ biến trong đời sống sinh vật, 90% ngộ độc là do enzym

bị ức chế.

• Các chất ức chế (inhibitor) có bản chất khác nhau: ion, các chất vô cơ hay hữu cơ

 Ví dụ: Ngộ độc HCN do ăn sắn vì anion CN liên kết chặt chẽ với Fe3+ của hệ thống Cytocrom - cytocrom oxydase

Trang 57

 Chất ức chế

• Fe3+ đã bị liên kết với CN thành Fe 2+ CN nên điện tử không truyền

đi được và sự hô hấp của mô bào bị gián đoạn.

• Giải độc: Tiêm vào cơ thể chất oxy-hoá mạnh như xanh metylen hoặc Na2S2O3 Xanh metylen biến Hb thành một hemoglobin (HbOH).

của enzim

Cytorom ở dạng Fe 2+ OH không bền nên dễ phân huỷ thành Fe 3+ và

H2O Còn HbCN lược đưa về gan và khử độc dưới dạng:

Trang 58

 Chất ức chế

– Làm thay đổi cấu trúc phân tử enzyme làm enzyme mất khả năng xúc tác (ức chế không cạnh tranh)

– Cạnh tranh với cơ chất về TTHĐ giảm tốc

độ phản ứng hoặc không làm enzyme bị biến tính nhưng làm cho phức hợp ES không thể tạo ra sản phẩm và giải phóng enzyme được (ức chế cạnh

tranh)

của enzim

Trang 59

 Cạnh tranh

• Có cấu tạo và hình dạng khá giống cơ chất

• Tác động đến trung tâm hoạt động kìm hãm hoạt

đông của enzyme

 Không cạnh tranh

• Không chịu ảnh hưởng của nồng độ cơ chất

• Tác động đến enzyme làm biến đổi gián tiếp hình thù trung tâm hoạt động,không còn phù hợp với cấu hình

cơ chất

của enzim

Chất ức chế

Trang 61

của enzim

Ức chế cạnh tranh

Trang 62

của enzim

Ức chế cạnh

tranh

Trang 64

Là công cụ điều hoà của tế bào và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:

 Thực phẩm: Làm bánh mì, rượu bia, các sản phẩm sữa

 Tẩy rửa: protease, lipase

 Xử lý tinh bột: các amylase, isomerase

 Dệt-da: amylase, lipase, cellulase

 Trợ tiêu hóa: amylase, protease

 Chẩn đoán: Alcol dehydrogenase, Cholesterol esterase, Creatinase, Glucose

oxidase, Uricase

 Điều trị: Asparaginase, Lactamase, Urease, Uricase, Streptokinase

 Hóa dược: Steroid, Ibuprofen, Salbutamol, Propanolol

……….

Ý nghĩa

Trang 65

CẢM ƠN CÔ VÀ

CÁC BẠN ĐÃ LẮNG

NGHE

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	3,93 MB