Sinh học tế bào ( phần 22 ) Cấu trúc hóa học của enzim pdf

Sinh học tế bào ( phần 22 )
Cấu trúc hóa học của enzim
1. Enzym có nguồn gốc protein
Các công trình nghiên cứu, đặc biệt là những phát hiện của Samner (1926
- 1927) đã khẳng định rằng enzym có nguồn gốc protein. Điều này được
chứng minh qua các đặc điểm sau:
- Trong nước, enzym hoà tan cho dung dịch keo với các đặc điểm như
không khuếch tán và thẩm thấu, cho hiện tượng Tindal

Mỗi enzym có điểm đẳng điện tương ứng và tại điểm đó nổ dễ sa lắng,
dựa vào đó người ta tách riêng được enzym.
- Enzym có trọng lượng phân tử lớn, bị phá huỷ bởi các nhân tố giống
như protein (nhiệt độ, acid, muối kim loại nặng ). Trọng lượng phân tử
một số enzym:
Ribonuclease 13.000 - 15.000
Saccarase 20.000
Pepsin 35.000 - 37.000
Dehydrogenase hiếu khí 80.000
Catalase 248.000
Urease 483.000
2. Trung tâm hoạt động của enzym
Khi nghiên cứu về hoạt động của enzym người ta thấy rằng không phải
toàn bộ phân tử enzym đều tham gia quá trình xúc tác một cách trực tiếp,
mà chỉ có những phần nhất định nào đó. Phần nhất định đó là trung tâm
hoạt động của enzym. Tuỳ từng loại enzym mà trung tâm hoạt động của
enzym nhiều ít khác nhau, trung bình từ 1 đến 20 (có khi 100 như
cholinesterase) hay gặp nhất là 3 - 4. Tính trung bình cứ một trung tâm
tương ứng với trọng lượng phân tử M = 30.000 - 80.000.
Định nghĩa: Trung tâm hoạt động của enzym là vị trí tiếp xúc giữa
enzym và cơ chất trên phân tử enzym. ở đây sẽ trực tiếp xảy ra các phản
ứng sinh hoá học.

Ở những enzym đơn giản, trung tâm hoạt động được lập nên do kiểu bố
trí một số gốc acid amin nào đó. Những gốc acid amin này phân bố theo
kiểu nhất định thông qua cấu trúc bậc 1, 2, 3 của protein. Đặc biệt là cấu
trúc bậc 2, 3. Các gốc acid amin này nằm xa trên mạch peptid nhưng gần
nhau trong cấu trúc không gian.
Những gốc acid amin tham gia thành lập nên trung tâm hoạt động của
enzym đáng kể nhất là:
Cystein với gốc SH Sâm với nhóm OH
Histidin với vòng imidazol
Ngoài ra còn có vòng indol của tryptophan, COOH của loại acid
dicarboxylic cũng có tác dụng nhưng kém hơn.
* Nhóm sunfuryl (-SH) có hoạt tính hoá học cao nhất ở protein vì nó
tham gia nhiều phản ứng như oxy - hoá thành disulflt, alkyl - hoá, oxyl -
hoá, lập tre - este tạo mạch hydrogen . . .
Vì vậy nếu nhóm SH bị phong bế (ví dụ bởi loại độc' tố đặc biệt là tìm -
độc tố như acid monoiodaxetic paraclormercunibenzoat ) thì toàn bộ
phân tử enzym sẽ tê hệt và mất hoạt lực.
* Nhóm hydroxyl (- OH) của sâm là thành viên' quan trọng của trung tâm
hoạt động nhiều loại enzym như esterase và phosphatase.
Ví dụ: cholinesterase tách axetyl-cholin thành choán và acid acetic hoặc
hexokinase và phosphoglucomutase.
Nhóm OH của sâm ở đây dễ liên kết với H3PO4 tức là phản ứng
phosphoryl - hoá.
Đây là phản ứng rất phổ biến của trao đổi vật chất.
Hoạt lực của OH - sâm chịu ảnh hưởng của histidin. Nếu nhóm OH - sâm
bị phong toả (bởi dizopropymuorophosphat) thì trung tâm hoạt động mất
tác dụng và enzym tê hệt. * Vòng imidazol của histidin chứa Nitơ hoá trị
3 (= N -) có hoạt tính cao, dễ liên kết với proton kim loại, các chuồn hữu
cơ khác thành phức hợp có N+. Đáng kể nhất là khả năng acyl - hoá và
phosphoryl - hoá thành các hợp chất N - acyl, N - phosphoryl không bền,

tức là những chất quá độ của phản ứng enzym trong quá trình trao đổi vật
chất.
Ở một số enzym đã được nghiên cứu kỹ, người ta thấy trung tâm hoạt
động của enzym gồm nhiều đoạn ghép lại và những đoạn này khác nhau
về tính phân cực hoặc tính ton.
Ví dụ: enzym cholinesterase có trung tâm hoạt động gồm các đoạn sau:
+ Đoạn mang điện tích âm tham gia cố định cơ chất (có thể do COOH tự
do) đoạn a.
+ Đoạn esterase thực hiện cắt mạch este - quãng cách của mỗi đoạn là
7A
0
.

Hai gốc acid amin tạo nên đoạn esterase của trung tâm hoạt động là
histidin và serin
Mỗi một trung tâm hoạt động của enzym có hình dạng và kích thước phù
hớp với cơ chất mà enzym tác dụng. Sự phù hợp này được ví như găng
tay với bàn tay, chìa khoá với ổ khoá.

Khi cấu trúc bậc 1, nhất là cấu trúc bậc 2, 3 của protein bị xáo trộn thì
hình dạng của trung tâm hoạt động cũng thay đổi, do đó khả năng hoạt
động của enzym cũng bị hạn chế hoặc tê liệt hoàn toàn.
Tóm lại nhiệm vụ của trung tâm hoạt động của enzym là:
- Gắn cơ chất lên phân tử enzym do nhiều acid amin thực hiện.
- Trực tiếp thực hiện các phản ứng hoá học do một acid amin hoặc nhóm
ghép đảm nhận.
Enzim và hiện tượng xúc tác sinh học
Sự sống là quá trình trao đổi vật chất liên tục, quá trình đó bao gồm hàng
loạt phản ứng phân giải và tổng hợp. Kết quả là những chất glucid, lipid,
protein đưa theo thức ăn vào sẽ biến thành thành phần mới của mô bào

hoặc thành năng lượng cung cấp cho hoạt động sống.

Các quá trình này nếu ở phòng thí nghiệm thường mất nhiều thì giờ, cần
nhiều hoá chất, nhiệt độ cao mà kết quả đôi khi không phân hoá triệt để
được. Trái lại, ở điều kiện in vi vo (tức là trong sinh thể) các phản ứng
sinh hoá học nói trên tiến hành rất dễ dàng, nhanh và hiệu quả rất cao.
Đó là nhờ sự xúc tác của hệ thống enzym
1. Lịch sử về enzym .
Trước kia người ta đưa ra thuyết "sinh lực" thuyết này cho rằng các quá
trình sống được điều khiển bởi một" lực huyền bí không thể tìm hiểu
được.
Nhưng ngáy từ đầu thế kỷ XVIII người ta đã bắt đầu tìm tòi về quá trình
tiêu hoá.
- Năm 1783 một người Ý tên là Spalacani gói thịt vào mảnh lưới thép rồi
cho diều hâu nuốt, khi kéo lưới ra thì thịt đã bị hoà tan hết. Ông đưa ra
kết luận là thịt bị một loại chất có tác dụng đặc biệt hoà tan.
Mãi đến năm 1811- 1814 nhà bác học Nga Kiếc-gốp tìm ra trong mầm
lúa một chất có khả năng biến tinh bột thọ đường maltose.
Gần 19 năm sau, 1833, Phi- en và Pec- xô mới phân lập được chất đó
dưới dạng tinh thể mà ngày nay chúng ta gọi là enzym amylase.
Tuy người Cổ Đại đã biết dùng enzym vào việc sản xuất lườn, thuộc da,
làm bánh mì, làm pho-mat, làm mắm, ủ tương nhưng sự nghiên cứu về
enzym có thể nói chỉ phát triển từ cuối thế kỷ XIX.
Sang đầu thế kỷ XX, những phát hiện về enzym thu được càng nhiều,
người ta đần dần biết được bản chất hoá học của enzym là protein, đã thu
được nhiều enzym tinh khiết (sanmer 1926) đã phát hiện được cấu tạo
nhóm ghép của enzym (Wilstaetter
1920 - 1930). Riêng việc nghiên cứu các enzym tiêu hoá đã được nhà
sinh lý học người Nga Páp - lốp đóng góp đáng kể.
Cho tới nay các kiến thức về enzym đã tập hợp thành một môn học sâu

rộng. Đó là môn enzym học (enzymologia).
2. Hiện tượng xúc tác
Hiện tượng xúc tác là hiện tượng làm tăng tốc độ phản ứng để cho hệ
thống chóng đạt tới trạng thái cân bằng động.
A + B ↔ AB
Bằng những chất hoặc đưa từ ngoài vào cơ thể hoặc nó tự sản sinh trong
quá trình phản ứng, bản chất của chất xúc tác là không tham gia vào sản
phẩm cuối cùng của phản ứng.
A + B + K ↔ AB + K
Trong sinh thể các chất tham gia xúc tác các phản ứng hoá học gọi là
enzym.
3. Định nghĩa về enzym
Enzym là chất xúc tác sinh học, nhờ có enzym mà các phản ứng sinh hoá
học xảy ra với một tốc độ rất nhanh, chính xác, nhịp nhàng, hiệu quả cao
và tiết kiệm năng lượng. Người ta cho rằng enzym là động cơ đầu tiên để
sự sống biểu hiện bằng các hiện tượng sống.