Bài giảng Hóa sinh và thí nghiệm hóa sinh: Chương 4 - Enzym

Chương 4. ENZYM


Lịch sử


Chất xúc tác sinh học: Enzym

- Bản chất:
Protein/RNA
- Xúc tác


Cấu trúc
1. Cấu trúc phân tử: Phân tử
gồm: 1-2 cấu tử
–
Enzym 1 cấu tử: phân tử chỉ
gồm phần protein (apoenzym)
–
Enzym hai cấu tử:
•
Phần protein: Apoenzym
•
Phần phi protein: Nhóm
ngoại
– Cofactor: ion
– Coenzyme: hợp chât
hữu cơ
Nhóm ngoại có khả năng kết hợp apoenzym
khác nhau tạo enzym khác nhau

Co-factor

NHÓM NGOẠI

Coenzyme



2. Cấu trúc trung tâm hoạt động (active site)
• Khái niệm
– Vùng chứa nhóm ngoại và các nhóm chức giúp gắn
enzym với cơ chất (substrate)
– Chiếm khoảng 5% bề mặt enzym
– Có cấu trúc xác định bởi cấu trúc bậc cao của protein; phù
hợp với cơ chất
– Thay đổi cấu trúc bậc cao protein thay đổi cấu trúc TTHĐ,
thay đổi hoạt tính enzym


Trung tâm hoạt động

Vùng gắn cơ chất
- Lựa chọn cơ chất phù hợp
- Gắn cơ chất với TTHĐ

Miền xúc tác
- Trực tiếp xúc tác chuyển
hóa cơ chất

Sự thiết lập trung tâm họat động
1. Thuyết chìa-ổ khóa (Lock and key model)
– Emil Fisher 1894
– Giả thiết TTHĐ và cơ chất có cấu hình xác định
– Cấu hình TTHĐ không thay đổi
Phản ứng chỉ xảy ra khi cơ chất có cấu trúc hợp với
TTHĐ của enzym


2. Thuyết cảm ứng
(induced fit model)
- Danial Koshland, 1958
- Enzym có thể biến đổi cấu
trúc TTHĐ cho phù hợp hơn
để có thể gắn vào cơ chất
bằng liên kêt yếu (cảm ứng)

Shathini, 2011


3. Trung tâm dị lập thể (allosteric site)
Khái niệm: vùng trên phân tử enzym, khác với trung tâm hoạt
động (về khơng gian), có khả năng gắn với chất dị lập thể,
làm thay đổi cấu hình trung tâm hoạt động, thay đổi hoạt tính
enzym

Chất dị lập thể

Enzym dị lập thể


Cơ chế phản ứng enzym
1. Thay đổi nhiệt động học phản ứng
2. Quá trình xảy ra tại trung tâm hoạt động

Năng lượng hoạt
hóa phản ứng

S = Cơ chất
P = Sản phẩm
E = Enzym

E + S
[ES]
EP

[ES]
EP
E +P


2. Quá trình xảy ra tại trung tâm hoạt động
-

Tạo liên kết E-S
Kéo dãn liên kết, làm yếu liên kết trong S
Phản ứng xảy ra tại miền xúc tác
Liên kết P-E yếu, tách P, hoàn trả E (tái tạo cấu hình

đầu)


Tính chất
1. Tính xúc tác: hạ thấp năng lượng hoạt
hóa, tăng tốc độ phản ứng


2. Tính đặc hiệu (Specificity)
Khái niệm: Enzym chỉ xúc tác một (vài) dạng phản
ứng, một (vài) dạng cơ chất
Cơ sở: sự phù hợp (tuyệt đối) cấu hình TTHĐ và cấu
trúc cơ chất

-

-

- Dạng đặc hiệu:

Dạng đồng phân quang học
Mức độ đặc hiệu
Nhóm
Tương đối
Liên kết
Tuyệt đối
Phản ứng
Cấu trúc
Thay đổi cấu trúc TTHĐ, thay đổi tính đặc

hiệu enzym


Các dạng đặc hiệu của enzym
Các dạng
đặc hiệu
của enzym

Đặc hiệu
phản ứng

Đặc hiệu
tuyệt đối

Đặc hiệu cơ
chất

Đặc hiệu
quang
học/lập thể

Đặc hiệu
tương đối

Đặc hiệu
phổ rộng

Đặc hiệu
nhóm

Đặc hiệu
liên kết


Đặc hiệu liên kết:
enzym phân cắt
một loại liên kết
(có trong các cơ
chất khac nhau)

Đặc hiệu nhóm:
Enzym phân cắt liên
kết gắn nhóm cụ thể


Đặc hiệu cơ chất



Dịch hóa tinh bột
(a) amylose

(b) amylopectin

 amylase


Đường hóa tinh bột

(b) amylopectin

 Amylase


Đường hóa tinh bột

(b) amylopectin

 Amylase


3. Tính chất của protein (xem lại chương protein)
•

Tính tan: hình cầu: tính tan
• Dung mơi của phản ứng

•

•

•

Điện ly lưỡng tính
•

Khả năng tạo phức E-S thơng qua liên kết ion

•

Khả năng phân tích nhờ điện di

•

Tinh chế E nhờ sắc ký trao đổi ion

Tính biến tính
•

Ảnh hưởng độ bền hoạt tính của enzym

•

Khả năng điều khiển/ổn định phản ứng

Các tính chất khác


4. Yếu tố ảnh hưởng hoạt tính enzym
1. Nồng độ enzym

V = k [E]


2. Cơ chất
Mơ hình Michaelis-Menten (MM)

S<<(S0): S tăng → V tăng
Km nhỏ, vận tốc lớn và
ngược lại: Km thể hiện

ái lực E và S
S → S0: V → Vmax
S >S0: V = constant, Vmax
S0