bài giảng hóa sinh chương 6 enzyme

Chương 6: ENZYME
• Khái niệm
• Phân loại
• Cấu trúc
•
Một số coenzyme phổ biến
•
Một số coenzyme phổ biến
• Cơ chế tác dụng
• Zymogen (proenzyme) và sự hoạt hóa
• Tính đặc hiệu của enzyme
• Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản
ứng
Khái niệm về xúc tác
Ea : Năng lượng hoạt hóa
Năng lượng
E
’
a : Activation Energy
Energy
②
②②
② Phản ứng không có xúc tác ③
③③
③ Phản ứng có xúc tác
Cơ chất
Sản Phẩm
∆H
o
R
: Nhiệt lượng phản ứng

The extent of RNX
reactants
products
∆H
o
R
: Heat of reaction
The extent of RNX
④
④④
④ Ea(PỨ ko xúc tác) >> Ea
’
(PỨ có xúc tác)
⑤
⑤⑤
⑤ ∆
∆∆
∆H
o
R
giống nhau đối với PỨ có xúc tác hoặc ko có xúc tác ở cùng nhiệt độ phản ứng
∆
∆∆
∆H
o
R
(PỨ ko xt) = ∆
∆∆
∆H
o

R
(Pứ có xt)
Khái niệm về xúc tác
• Xúc tác là những chất có khả năng làm
tăng tốc độ phản ứng hóa học mà không
có bất kì sự thay đổi hóa học nào (thành
phần và cấu tạo) sau phản ứng
phần và cấu tạo) sau phản ứng
– Có 2 loại
• Xúc tác hóa học
• Xúc tác sinh học
Khái niệm về enzyme
Hoạt động ngoài tế bào Hoạt động trong tế bào
1. Protein: Trong điều kiện
pH = 7, t
o
=37
o
C protein
phải phân giải mất trong
nhiều tuần
2. Glucose: nằm ngoài tế
1. Trong tế bào 1 ngày có thể
phân giải 23g protein thành
axit amin
2. Glucose khi được đưa vào tế
bào bị biến đổi ngay lập tức. 1
bào để hàng năm không
thay đổi
3. H

2
O
2
: khi nằm ngoài tế
bào, nó phân giải từ từ.
Nếu có Pt xúc tác sự
phân giải H
2
O
2
sẽ tăng
lên 20000 lần
ngày cơ thể biến đổi 200g
glucosetạo năng lượng đủ để
đun 20L nước
3. Khi phân giải H
2
O
2
nếu có
thêm 1 giọt máu thì sự phân
giải tăng lên rất nhiều lần
Khi có catalase xúc tác thì
sự phân giải H
2
O
2
sẽ tăng lên
300 tỉ lần
Khái niệm về enzyme

• Các phản ứng trong cơ thể xảy ra nhanh gấp
nhiều lần vì có chất xúc tác sinh học (enzyme)
• Có khoảng 2000 loại enzyme, trong đó có 600
loại được tinh khiết,
150
loại được kết tinh
loại được tinh khiết,
150
loại được kết tinh
Xúc tác sinh học vs. xt vô cơ
• Giống nhau
– Đều là xúc tác
• Khác nhau
–
Mức độ đặc hiệu
–
Mức độ đặc hiệu
– Môi trường phản ứng
Xúc tác sinh học vs. xt vô cơ (tt)
Phân loại
• Hội hóa sinh quốc tế (IUB) phân loại enzyme
theo 6 lớp
– Oxydoreductase: xúc tác cho phản ứng oxy hóa-khử
– Transpherase: xúc tác cho phản ứng chuyển vị
– Hydrolase: các enzyme xúc tác cho phản ứng thủy
phân
– Liase: xúc tác cho phản ứng phân cắt không cần
H2O, loại nước tạo lk đôi hoặc kết hợp phân tử nước
vào lk đôi
– Isomerase: xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa

– Ligase: xúc tác cho phản ứng tổng hợp có sử dụng
liên kết giàu năng lượng ATP
Cấu trúc enzyme
O
OH of xerin
Tâm hoạt động của enzyme hydrolase
NH
N
H
O
E
OH of xerin
LK hydro
Imidazol of histidin
• Enzyme đơn giản
– Enzyme một cấu tử
– Cấu tạo hoàn toàn từ 20 axit amine
– Tâm hoạt động:
• Tổ hợp các nhóm định chức của các axit amin
không tham gia cấu tạo trục chính. Vd: -SH của
cystein,
-
OH của serin, tyrosin,
-
NH
2
của lisine,
-
cystein,
-

OH của serin, tyrosin,
-
NH
2
của lisine,
-
COOH cùa axit glutamic, aspartic, vòng imidazol
của histidin, indol của tryptophan
• Vị trí xa nhau trong chuỗi polypeptide nhưng gần
nhau trong không gian
Cấu trúc ENZYME (tt)
• Enzyme phức tạp
– Enzyme nhiều cấu tử
– Cấu tạo gồm 2 phần
• Phần protein – apoprotein
•
Nhóm ngoại
–
không phải
•
Nhóm ngoại
–
không phải
protein, yếu tố phối hợp
(cofactor)
– Ion kim loại
– Phức hữu cơ
(coenzyme)
– Tâm hoạt động bao gồm
nhóm ngoại và nhóm

định chức của các axit
amin trong apoprotein
Một số coenzyme quan trọng
• Coenzyme là vitamin hoặc dẫn xuất của
chúng
– Thiamin pyrophosphate, TPP, vitamin B
1
•
Decarboxyl của
α
-
cetoaminoaxit
•
Decarboxyl của
α
-
cetoaminoaxit
• Decarboxyl của α-cetoaxit
• Chuyển nhóm ceto (trancetolase)
Thiamin pyrophosphate
N
CH
S
C
H
2
CH
3
C
H

2
C
H
2
O P P
N
H
2
CH
3
Một số coenzyme quan trọng (tt)
– Coenzyme flavin (FAD, FMN); vitamin B
2
• Tham gia quá trình hô hấp, vận chuyển hydro
• Thuộc nhóm enzyme oxydoreductase
Ribitol
C
H
2
(
C
H
O
H
)
4
C
H
2
O

P
izoalloxaxin
C=O
NH
C=O
N
N
NN
CH
3
CH
3
C
H
2
(
C
H
O
H
)
4
C
H
2
O
P
C=O
NH
C=O

N
H
N
H
NN
CH
3
CH
3
CH
2
(CHOH)
4
CH
2
O
P
+2H
-2H
Ribitol
izoalloxaxin
C=O
NH
C=O
N
N
NN
CH
3
CH

3
CH
2
(CHOH)
4
CH
2
O
P
Một số coenzyme quan trọng (tt)
– Pirodoxalphosphate và pirodoxaminphosphate
(vitamin B
6
)
• Vận chuyển nhóm amin
C
H
N H
2
C O O H
R
C
C O O H
R
N
H
N
H
2
C

O
C O O HR
+
N
C =O
H
C H
2
O P
CH
3
OH
N
C
H
C H
2
O P
CH
3
OH
2
-H
2
O
+H
2
O
N
H

2
C H
N
H
C H
2
O P
CH
3
OH
-H
2
O
+H
2
O
Tóm tắt
R-CH-COOH
NH
2
CO COOH
R
C
H
COOH
R1
NH
2
CO COOH
R1

pirodoxaminP
pirodixalP
Một số coenzyme quan trọng (tt)
– Nicotin amit nucleotit (NAD, NADP), vitamin PP
• Tham gia vào quá trình hô hấp, vận chuyển hydro
• Coenzyme của E. oxydoreductase
Một số coenzyme quan trọng (tt)
– Coenzyme A (CoA, CoASH)
• Vận chuyển gốc axit
• -SH liên kết với gốc axxit tạo liên kết cao năng
N
N
N
H
2
axit pantetonic
(B3)
alpha
COOH
+
HSCoA
~
+
H
2
O
CH
3
COOH
CH

3
CO
~
SCoA
H
2
O
R
R
Co SCoA
CoA
axyl-
HSCoA
+
+
O
O OH
H H
N
N
N
N
CH
2
-O-P
P
CO
N
H
C

H
2
C
H
2
CO
NH
CH
2
CH
2
SH
CH
2
-C-CHOH
OP
CH
3
CH
3
(B3)
alpha
alanin
Thioetanoamin
Nhoùm
hoaït
ñoäng
Một số coenzyme quan trọng (tt)
– Biotin, vitamin H
• Coenzyme tham gia quá trình vận chuyển CO2

• Biotin gắn với CO 2 tại nhóm –NH
• Biotin gắn với apoenzyme tạo thành liên kết peptide tại
gốc lisine của apoprotein
gốc lisine của apoprotein
CH
CH
2
S
C
H
NH
CH
NH
O
(CH
2
)
4
COOH
CH
CH
2
S
C
H
N
CH
NH
O
(CH

2
)
4
COO
OC
N
H
CH
2
-(CH
2
)
4
CH
CO
NH
Cacboxylbiotin
lizin
Một số coenzyme quan trọng (tt)
• Coenzyme là nucleotit và dẫn xuất
– Nhiều mono-, di-, tri-nucleotide là coenzyme vận chuyển P
hoặc là thành phần cấu tạo coenzyme AMP, ADP, ATP
– Các nhóm nuclotide khác như UTP, XTP, GTP cũng đóng
vai trò vận chuyển phosphate
vai trò vận chuyển phosphate
O
N
NN
N
N

H
2
H
OH OH
C
H
2
O P
O
O
~
~
P
O
O
P OH
O
AMP
ADP
ATP
Cơ chế tác dụng của enzyme
• Cơ chế: làm giảm năng lượng hoạt hóa
– Phản ứng phân giải H
2
O
2
• Không có chất xúc tác, E
hoạt hóa
: 18kcal/mol
• Có chất xúc tác Pt, E

hoạt hóa
: 11.7kcal/mol
• Có E. catalase, E
hoạt hóa
: 5.5kcal/mol
• Qui định –S: cơ chất, E: enzyme, ES: phức enzyme-cơ
chất, EP: phức enzyme
-
sản phẩm
chất, EP: phức enzyme
-
sản phẩm
– E + S → ES → EP → E + P
– Phản ứng xảy ra qua 3 giai đoạn
• GĐ1: enzyme kết hợp với cơ chất bằnh liên kết yếu, tạo thành phức ES
không bền. GĐ này xảy ra nhanh và năng lượng hoạt hóa thấp
• GĐ2:xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các lk
đồng hóa trị tham gia phản ứng, phức EP
• GĐ3: tạo thành sản phẩm, giải phóng E ở dạng tự do
– Phức ES và EP được cô lập ở dạng kết tinh
Cơ chế tác
dụng của
Enzyme
Cơ chế tác dụng của enzyme (tt)
Cơ chế khóa-chìa
Cơ chế cảm ứng
Các liên kết khi E tác dụng lên S
+ Lk ion
+ Lk hydro
+ Tương tác Van Der Waals

+ Tương tác kị nước
Cơ chế tác dụng của enzyme (tt)
• Trung tâm hoạt động
– Một phần rất nhỏ của phân tử enzyme tham gia kết
hợp đặc hiệu với cơ chất
– Có 3 loại
•
Nhóm xúc tác: trực tiếp biến đổi cơ chất
•
Nhóm xúc tác: trực tiếp biến đổi cơ chất
• Nhóm tiếp xúc: làm nhiệm vụ đính E với S đúng
vị trí
Thông thường, nhóm xúc tác nằm gần nhóm tiếp
xúc nhờ cấu trúc bậc 3 và 4
• Nhóm hỗ trợ: tạo điều kiện cho trung tâm hoạt
động hình thành. Đó là lk disulfit, lk hydro và một
số lk khác giữ cho trung tâm hoạt động bền vững
Zymogen và sự hoạt hóa
• Zymogen là proenzyme, enzyme ở dạng chưa hoạt
động; thông thường là các protease ở dạ dày, tụy
• Zymogen có thể được hoạt hóa bằng sự tự xúc tác
hoặc do enzyme khác tác dụng
•
Ví dụ
Pepsinogen
pepsin
Pepsin
•
Ví dụ
Pepsinogen

Kimotrypsinogen
Trypsin, kimotrypsin
Kimotrypsin
Tripsinogen
Trypsin, enteropeptidase
Procarboxypeptidase
Trypsin
Trypsin
Carboxypeptidase
Proelastase Elastase
Pepsin
Trypsin



E.Trypsin là quan trọng nhất. Do vậy, lượng tripsin phải đảm bảo đầy đủ
và đúng lúc



Hoạt hóa trypsin và các zymogen khác
Zymogen và sự hoạt hóa
• Các zymogen luôn được bọc trong
màng lipoprotein và tụy luôn tiết ra
chất đặc hiều để kìm hãm
zymogen
•
Cơ chế hoạt hóa zymogen
H
S

S
S
•
Cơ chế hoạt hóa zymogen
– Dưới tác dụng của các enzyme
hoạt hóa, zymogen bị cắt bớt
một số liên kết peptide ở đầu N,
phần còn lại sẽ thay đổi cấu
hình không gian để hình thành
trung tâm hoạt động enzyme và
enzyme
– Hiệu suất hoạt hóa phụ thuộc
vào nồng độ enzyme, bản chất
Trungtaâm
hoaït ñoäng
H
S
S
S
Sự hoạt hóa trypsinogen
Trypsin /
Enteropeptidase