ENZYME ppt _ HÓA SINH

Bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành dược hay nhất”; https:123doc.netusershomeuser_home.php?use_id=7046916. Slide hóa sinh ppt dành cho sinh viên chuyên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn hóa sinh bậc cao đẳng đại học chuyên ngành Y dược

I ĐẠI CƯƠNG

Sự sống là quá trình trao đổi chất liên tục, sự trao đổi chất ngừng thì sự sống cũng không còn nữa Để thực hiện sự trao đổi chất, cơ thể bao gồm vô vàn những quá trình hóa học phức tạp và có liên quan chặt chẽ với nhau Trong tất cả những quá trình hóa học này đều có vai trò của chất xúc tác tự nhiên hay còn gọi là chất xúc tác sinh học Những chất xúc tác sinh học ấy được gọi là enzym, bản chất là protein, có tính đặc hiệu cao và hiệu ứng xúc tác lớn.

II BẢN CHẤT CỦA SỰ XÚC TÁC TRONG CƠ THỂ SỐNG

Chất xúc tác là chất làm tăng cường phản ứng hóa học, nhưng sau khi hoàn thành quá trình phản ứng, nó không bị biến đổi hoặc tiêu hao và không tham gia vào thành phần sản phẩm của phản ứng Trong quá trình phản ứng, chỉ cần một lượng vô cùng nhỏ chất xúc tác cũng đủ để biến đổi một lượng chất tham gia phản ứng lớn hơn gấp bội.

1 Năng lượng hoạt hóa

Là năng lượng cần thiết để đưa một phân tử gam cơ chất từ trạng thái không hoạt động đến trạng thái hoạt động Năng lượng hoạt hóa có thể là do: quang năng, nhiệt năng, động năng

2 Vai trò của enzym

Enzym với vai trò xúc tác không làm thay đổi chiều hướng phản ứng mà chỉ làm giảm năng lượng hoạt hóa, tăng tốc độ phản ứng giúp phản ứng mau chóng đạt trạng thái cân bằng.

Ví dụ: Sự phân hủy H2O2 → H2O + 1/ 2 O2

Nếu không có chất xúc tác thì phải cung cho nó một năng lượng hoạt hóa là 18 kcalo/ mol Nếu có mặt chất bạch kim: cần 11,7 kcalo/ mol Nếu dùng enzym catalase của gan: năng lượng hoạt hóa chỉ là 2 kcalo/ mol

Ở điều kiện thích hợp, hầu hết những phản ứng enzym xảy ra với tốc độ nhanh, từ 108 đến 1011 lần so với những phản ứng cùng loại mà không có sự xúc tác của enzym Có loại enzym, trong một phút, một phân tử enzym có thể làm biến đổi hàng triệu phân tử cơ chất.

1.1 Oxidoreductase: xúc tác phản ứng oxy hóa khử.

Ví dụ: Dehydrogenase là những enzym xúc tác phản ứng trao đổi hydro 1.2 Transferase: xúc tác phản ứng vận chuyển.

Ví dụ: Methyltransferase là những enzym vận chuyển nhóm methyl.

1.3 Hydrolase: xúc tác phản ứng thủy phân.

Enzym này thủy phân các liên kết este, peptid, glucozid

Ví dụ: Acetyl Cholin+ H2O Cholin + Acid Acetic

1.4 Lyase: enzym phân cắt, xúc tác phản ứng chia cắt phân tử lớn thành những phân tử nhỏ không có sự tham gia của nước.

Ví dụ: F1.6 di- Glyceraldehyt + Dihydroxyaceton-

1.5 Isomerase: xúc tác phản ứng đồng phân:

Lipid Glycerol + A.béo Lipid Glycerol + A.béo

* Tên cơ chất + loại phản ứng + ase

Lactat dehydrogenase (LDH)

Ví dụ: CH3-CHOH-COOH CH3-CO-COOH

Pyruvat NAD+ NADHH+ Lactat

- Số thứ 2 là nhóm (thuộc loại): mỗi nhóm gồm nhiều phân nhóm

- Số thứ 3 là phân nhóm (thuộc nhóm): gồm nhiều enzym

- Số thứ 4 là vị trí cụ thể của từng Enzym trong phân nhóm

Như vậy: Tên enzym = Mã số + tên cơ chất + loại phản ứng + ase

Ví dụ: 2.6.1.2 L.Alanin α- cetoglutarat amino transferase (ALAT)

(hay 2.6.1.2 Glutamat Pyruvat Transaminase: GPT)

2.6.1.1.Aspartat α- cetoglutarat amino transferase (ASAT)

(hay 2.6.1.1 Glutamat Oxaloacetat Transaminase: GOT)

Aspartat +α cetoglutarat Oxaloacetat + Glutamat

CH3 CH

NH2

COOH + HOOC (CH2)2 C

OCOOH

CH3 C COOH

O

+ HOOC (CH2)2 CH COOH

NH2Alanin Cetoglutarat

 IV CẤU TẠO ENZYM

 1 Thành phần cấu tạo: gồm 2 loại

 1.1 Enzym protein thuần: cấu tạo bởi acid amin, ví dụ những enzym

thủy phân

 1.2 Enzym protein tạp: gồm 2 phần:

 - Protein thuần: gọi là apoenzym. - Protein thuần: gọi là apoenzym.

 - Nhóm ngoạûi: cofactor, thường là những chất hữu cơ, có

tác dụng cộng tác với enzym trong quá trình xúc tác Tuy những tính chất cơ bản của enzym là phần apoenzym nhưng thiếu cofactor thì enzym không hoạt động được Cofactor còn chia 2 loại:

 + Cofactor gắn chặt vào phần Apoenzym: bằng liên kết đồng hóa

trị.

 + Cofactor gắn lõng lẽo với Apoenzym: bằng liên kết phối trí, liên

kết ion, hydro, gọi là coenzym

 Apoenzym có tính chất không chịu được nhiệt độ

không qua màng thẩm tích

 Coenzym có tính chất chịu được nhiệt độ

qua được màng thẩm tích

 Những khác nhau đặc biệt giữa apoenzym và coenzym là apoenzym

quyết định tính đặc hiệu (xúc tác trên cơ chất nào) còn coenzym xem như là phương tiện, chứ không quyết định tính chất đặc hiệu.

 Trong cơ thể apoenzym và coenzym thường tồn tại ở trạng thái tự

do, chỉ kết hợp với nhau khi xúc tác cho phản ứng Có thể có rất nhiều coenzym để phục vụ cho một apoenzym tạo thành một

enzym và ngược lại có thể một coenzym kết hợp với nhiều

apoenzym để tạo thành nhiều enzym khác nhau.

 Ngoài ra người ta đã phát hiện thấy kim loại trong thành phần cấu

tạo của rất nhiều enzym như Mn, Mg, Zn, Fe, Cu

2 Trung tâm hoạt động (TTHĐ) của enzym

 TTHĐ là bộ phận hoạt động đặc hiệu của phân tử enzym Trung tâm

hoạt động gồm những nhóm hóa học tiếp xúc trực tiếp với cơ chất, hoặc tuy không trực tiếp tiếp xúc với cơ chất nhưng tham gia trực tiếp trong quá trình phản ứng.

 Phần còn lại của enzym được coi như bộ khung để giữ trung tâm

hoạt động.

 Quan hệ giữa trung tâm hoạt động của enzym và cơ chất: cơ chất

phải có một cấu trúc phân tử thích hợp với trung tâm hoạt động của enzym để tạo thành phức hợp enzym - cơ chất Có thể ví sự tương ứng enzym - cơ chất giống như “ ổ khóa “ với “chìa khóa’’, theo Fischer (Hình 1.11)

 Về sau, một số nhà bác học qua quá trình thực nghiệm đa đưa ra

một mô hình sinh động hơn, cho rằng khi tiếp xúc với cơ chất, enzym biến đổi hình dạng phân tử làm cho những gốc acid amin và các nhóm chức năng khác (như các nhóm chức trong cofactor) của trung tâm hoạt động của enzym di chuyển một cách chính xác để gắn cơ chất và thực hiện quá trình xúc tác.Như vậy theo thuyết này,

trung tâm hoạt động của enzym chỉ thực sự được hình thành trong quá trính tiếp xúc giữa enzym và cơ chất Người ta gọi mô hình này là mô hình tiếp xúc cảm ứng, theo Koshland (Hình 1.12).

 Hình 1.11 Sự tương ứng cấu trúc giữa enzym - cơ chất

 Hình 1.12 Tác dụng tiếp xúc cảm ứng của cơ chất đối với trung tâm hoạt động

3 Trung tâm dị lập thể

 Ngoài trung tâm hoạt động làm chức năng xúc tác, enzym còn có một

trung tâm khác làm nhiệm vụ điều chỉnh hoạt tính enzym, gọi là

trung tâm điều chỉnh hay trung tâm dị lập thể

 Người ta thấy có một số sản phẩm chuyển hóa, có trọng

lượng phân tử nhỏ, tác động vào trung tâm dị lập thể Những chất này được gọi là yếu tố dị lập thể.

 Khi những yếu tố dị lập thể tác động vào trung tâm dị lập

thể làm thay đổi cấu hình không gian của phân tử enzym do đó trung tâm hoạt động của enzym bị biến đổi và hoạt tính xúc tác của

enzym cũng biến đổi theo Yếu tố dị lập thể gồm 2 loại:

 - Yếu tố dị lập thể (+): làm tăng hoạt động của enzym.

 - Yếu tố dị lập thể (-): làm giảm hoạt động của enzym

V TIỀN ENZYM (PROENZYM, ZYMOGEN)

 Một số enzym khi được tổng hợp, khi mới tạo thành chúng ở dạng

bất hoạt, gọi là zymogen hay proenzym Đó là những tiền chất để tạo thành enzym Sau đó dưới tác dụng của môi trường phản ứng,

do sự xúc tác của chính enzym đó, hoặc một số enzym khác, tạo thành dạng hoạt động.

 Một số enzym tiêu hóa như loại protease (thủy phân protid) thường

được tổng hợp ra dưới dạng zymogen Ví dụ: Pepsinogen,

VI ISOENZYM: (CÁC DẠNG PHÂN TỬ CỦA ENZYM)

 Isoenzym là enzym xúc tác đồng cơ chất nhưng tồn tại dưới nhiều

dạng phân tử khác nhau và có tính chất hóa lý, miễn dịch khác nhau Các dạng phân tử khác nhau của một enzym được gọi là

isoenzym.

Ví dụ: Các dạng phân tử của Lactat dehydrogenase (LDH), enzym xúc tác phản ứng khử hydro thuận nghịch giữa Lactat và Pyruvat.

LDH Lactat

Pyruvat NAD+ NADHH+

 Về cấu trúc, enzym này được cấu tạo từ 4 chuỗi polypeptid, gồm

2 loại:

 - Loại M (Muscle): cơ

 - Loại H (Heart): tim

 Các chuỗi này kết hợp với nhau thành 5 dạng phân tử Ký hiệu

 Dùng phương pháp điện di có thể phân biệt được 5 loại này nhưng

cả 5 loại đều xúc tác trên cùng 1 cơ chất Lactat.

 LDH1 có nhiều trong cơ tim, LDH5 có nhiều trong gan.

 Trong y học, ứng dụng trong chẩn đoán bệnh:

 - LDH1: chẩn đoán nhồi máu cơ tim.

 - LDH5: chẩn đoán viêm gan siêu vi.

VII MULTIENZYM: PHỨC HỢP ĐA ENZYM

 Gồm nhiều enzym có liên quan với nhau trong một quá trình chuyển

hóa nhất định.

Ví dụ: Trong quá trình đường phân hiếu khí:

Pyruvat → Acetyl CoA, có 3 enzym tham gia:

 - Pyruvat dehydrogenase

 - Dihydrolipoyl transacetylase

 - Dihydrolipoyl dehydrogenase

VIII TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYM

 Mỗi enzym đều có tác dụng chọn lọc đối với một cơ chất nhất

định và đối với một loại phản ứng hóa học nhất định Tính chất xúc tác chon lọc được gọi là tính đặc hiệu của enzym Enzym có tính đặc hiệu rất cao so với những chất xúc tác thông thường

khác.

1 Đặc hiệu tuyệt đối (đặc hiệu cơ chất)

 Enzym chỉ tác dụng lên một cơ chất nhất định.

 Ví dụ: Urease chỉ tác dụng lên cơ chất là urê.

Agrinase chỉ tác dụng lên Agrinin.

Có những enzym chỉ tác dụng lên L-Acid amin và ngược lại,

ví dụ: L-Lactat dehydrogenase chỉ tác dụng lên L-lactat mà không tác dụng lên D-lactat

2 Đặc hiệu tương đối (đặc hiệu theo kiểu phản ứng hay loại liên

kết).

Thường mỗi enzym có tính đặc hiệu với một loại phản ứng nhất định.

Ví dụ:

 Phosphatase cắt đứt liên kết esterphosphat Vậy những cơ chất

nào có liên kết esterphosphat sẽ bị nó cắt đứt.

 Glucozidase thủy phân dây nối α-glucozid của nhiều cơ chất khác nhau có dây nối α-glucozid như tinh bột, glycogen, dextran

IX SINH TỔNG HỢP ENZYM

 Bản chất enzym là protein nên sinh tổng hợp enzym cũng giống như

sinh tổng hợp protein Thường các phân tử enzym được tổng hợp dưới sự điều khiển của các hệ gen và cấu trúc phân tử enzym là

do những hệ gen quyết định.

 Nếu trong cơ thể có sự thiếu hụt một hoặc một số gen nào đó

hoặc gen mất hoạt tính sẽ dẫn đến không thực hiện được chức năng sinh tổng hợp enzym, tạo nên những bệnh lý cơ thể.

Ví dụ thiếu một trong số những enzym tổng hợp glucose sẽ dẫn dến hạ đường huyết liên tục khi đói.

 Người ta dựa vào tốc độ tổng hợp enzym mà chia làm hai loại:

1 Enzym cấu tạo

Là những enzym được tổng hợp với tốc độ ổn định và tồn tại với một số lượng ổn định không phụ thuộc vào trạng thái chuyển hóa của cơ thể Tốc độ tổng hợp và tốc độ phân hủy luôn luôn bằng nhau,

do đó nó luôn luôn có nồng độ nhất định trong các cơ quan cơ thể, ví dụ các enzym xúc tác trong chu trình Krebs, chuỗi hô hấp tế bào.

2 Enzym cảm ứng

 Là những enzym bình thường tế bào tổng hợp rất ít, hoặc hầu như

không có, nhưng khi có chất cảm ứng, do tác dụng của chất cảm ứng nó sẽ được tổng hợp nhiều với tốc độ rất nhanh.

Ví dụ:

- Bình thường cơ thể hầu như không có hoặc có rất ít Ascorbatase

nhưng khi dùng một lượng lớn vitamin C đưa vào cơ thể thì cơ thể chỉ

nhưng khi dùng một lượng lớn vitamin C đưa vào cơ thể thì cơ thể chỉ

giữ lại một lượng cần thiết, còn lại là bị phân hủy bởi Ascorbatase,

do cảm ứng của Vitamin làm cơ thể tổng hợp nhiều Ascorbatase.

- Penicillinase: Enzym cảm ứng xúc tác phân hủy penicillin Hiện tượng này tạo cho vi khuẩn khả năng đề kháng penicillin.

X ĐỘNG HỌC ENZYM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘ

CỦA ENZYM

 Động học của một phản ứng enzym, đó là quá trình hoạt động

của enzym trong cơ thể được thể hiện qua tốc độ phản ứng và ảnh hưởng của những yếu tố vật lý, hóa học khác nhau có thể làm biến đổi tốc độ phản ứng này.

 Tốc độ phản ứng tương ứng với số lượng cơ chất bị biến đổi hay

sản phẩm hình thành bởi một đơn vị thời gian.

 k1 k2

 E + S ES E + P

k -1 k -2

 (E: enzym, S: Substrate, P: Product)

 Đơn vị enzym: Số lượng enzym xúc tác sự biến đổi 1 µmol cơ chất/ phút trong những điều kiện xác định (hay 1 mol của cơ chất /1 giây: đơn vị Katal).

2 Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào hàm lượng enzym

V = f (E) với nồng độ cơ chất [S] hằng định

 Tốc độ phản ứng thường tỷ lệ thuận với lượng enzym Tuy nhiên

trong thực mghiệm nếu người ta tăng nồng độ enzym đến một mức độ nào đó thì tốc độ phản ứng tăng chậm dần không còn

tuyến tính với sự tăng nồng độ enzym nữa.

 Hình 1.15: Biểu diễn tốc độ phản ứng theo nồng độ cơ chất

 Cho nồng độ enzym [E] hằng định, sau đó thêm dần cơ chất vào từ nồng độ thấp

đến cao Đồ thị biểu diễn tốc độ phản ứng được xúc tác bởi enzym có nồng độ cố định khi thêm dần cơ chất là:

 - Lúc đầu [S] thấp, tốc độ phản ứng (V) tăng theo sự tăng [S]: đường biểu diễn tuyến

tính.

 - [S] tăng nhiều lên, V không tăng kịp: đường biểu diễn bẻ cong.

- [S] tăng quá nhiều, V không tăng được nữa: đường biểu diễn tiệm cận với Vmax.

 Vậy việc xác định [S] để vận tốc phản ứng đạt tối đa là rất khó

(vì tiệm cận) nên người ta xác định [S] làm tốc độ phản ứng đạt 1/2 tốc độ tối đa.

 Nồng độ cơ chất mà tại đó làm tốc độ phản ứng xúc tác bởi

enzym đạt 1/2 tốc độ tối đa gọi là hằng số Michaelis- Menten, ký hiệu KM.

 - Thuyết Michaelis - Menten Ý nghĩa của KM

 Phản ứng xúc tác bởi enzym được khái quát như sau:

 k2: hằng số tốc độ phản ứng tạo sản phẩm P.

 k-2: hằng số tốc độ phản ứng phân huỷ sản phẩm P (không đáng kể).

 Gọi tốc độ phản ứng tạo ES là V1 Tốc độ phản ứng phân hủy ES

là V2, ta có: , ta có:

 V1 = k1[E td] [S]

 V2 = k2 [ES] + k -1 [ES] = (k2 + k -1)[ES].

 Khi phản ứng cân bằng tức là khi tốc độ hình thành và tốc độ

phân hủy [ES] bằng nhau nghĩa là V1 = V2.

 Nếu ta gọi [Etp] (tp: toàn phần), Etd (td: tự do), thì:

 [E tp] = [E td] + [ES] [Etd] = [E tp] - [ES]

 Mặt khác tốc độ hình thành sản phẩm của phản ứng xúc tác bởi

enzym phụ thuộc vào quá trình chuyển ES thành P (sản phẩm) ,

nghĩa là tốc độ của cả quá trình phản ứng phụ thuộc nồng độ ES và k2, vậy V = k2 [ES],

 Từ (2) biến đổi tiếp như sau:

 Khi sử dụng nồng độ cơ chất [S] rất lớn so với nồng độ enzym sao

cho tất cả mọi enzym có mặt đều ở dưới dạng ES nghĩa là [ES] = [Etp] thì tốc độ phản ứng sẽ đạt tới cực đại.

 Vmax

 Vậy Vmax = k2 [E tp] , suy ra [Etp] = (4)

 K2

 Mặt khác tốc độ phản ứng phụ thuộc vào sự tạo thành sản

phẩm, nghĩa là V = k2 [ES]

 Phương trình trên được gọi là phương trình Michaelis-Menten, thể

hiện tốc độ phản ứng phụ thuộc vào [S]

Ở phương trình này, có 3 trường hợp xảy ra:

 (1): [S] >>>> KM: bỏ qua KM

 V = Vmax: tốc độ phản ứng enzym đạt được tốc độ tối đa.

 (2): [S] << KM:     

 Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ cơ chất

 (3): [S] = KM: tốc độ phản ứng enzym đạt được nửa tốc độ tối đa Phương trình Mịchaelis - Menten: tốc độ phản ứng enzym phụ thuộc vào nồng độ cơ chất với đồ thị là 1 đường cong hyperbol nên việc khảo sát nồng độ cơ chất làm cho V = Vmax là khó khăn, do đó Lineweaver và Burk đã chuyển thành phương trình có đồ thị dạng tuyến tính bằng cách biến đổi như sau:  1 kM + [S]  =

 V VM [S]

max max

max

1 ] [1 ]

[[ ]

1

V S

x

V K S

V K S