CHƯƠNG IV: ENZYM (Men - ferment) ppt

1
1
CHƯƠNG IV: ENZYM (Men - ferment)
4.1. Khái niệm chung về Enzyme:
4.1.1.Định nghĩa:
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein, có khả
năng xúc tác bên trong tế bào, trong chủ thể (invivo) hoặc ngoài cơ thể
(invitro). Nhờ có enzyme, các phản ứng hoá học trong cơ thể được xảy
ra một cách dễ dàng (trong điều kiện có thể không có nhiệt độ cao, áp
suất cao, không có pH quá acid hoặc quá kiềm), nhịp nhàng. Ngược lại,
nếu thiếu enzyme thì có thể dừng một phản ứng do enzyme xúc tác
làm cho dừng các quá trình chuyển hoá khác nhau liên quan đến trạng
thái bệnh. Nếu kéo dài gây tử vong.
Vai trò đặc biệt của enzyme trong cơ thể:
Enzyme có thể xúc tác chuyển hoá trong hoặc ngoài cơ thể.
2
Vd: Trong dạ dày có pepsin phân giải thức ăn giàu protein tạo thành
pepton (5÷8% acid amin).
Amilasa (có nhiều trong khoang miệng, nhiều nhất ở ruột non) có khả
năng phân giải tinh bột thành đường glucoz.
Theo quy trình chung:
Tinh bột → Dextron → Maltose (đường nha) → α.glucose
Amilasa là enzyme có thể lấy từ đường ruột (màng nhầy ruột
non) hoặc từ ngũ cốc nẩy mầm, nuôi vi sinh vật.
Nguồn thu enzyme khá rộng rãi: từ động vật, thực vật, vi sinh vật.
3
4.1.2. Đặc điểm của E:

•
Không tham gia vào thành phần cuối của phản ứng
•
Chỉ làm tăng nhanh phản ứng mà các phản ứng này có thể xảy ra
ở điều kiện không có enzyme
•
Không làm mất vị trí cân bằng của phản ứng mà chỉ làm tăng tốc
độ của phản ứng
•
Theo cấu trúc hóa học thì tất cả enzyme là protein
•
Có hiệu suất xúc tác sinh học cao hơn gấp nhiều lần xúc tác hóa
học, tuy nhiên vận tốc có thể tăng khi có xúc tác hóa học
•
Enzyme có tính đặc hiệu cao và có tính chọn lọc đối với cơ chất
•

4
Có tính chất lý hóa học của protein
Đa số có dạng hình cầu và không đi qua được màng bán thấm do
kích thước lớn
Tan tốt trong nước và trong dung dịch muối loãng (buffer)
Cũng như protein enzyme không bền với nhiệt độ. Bị gây biến tính
bởi acid, base mạnh hay muối kim loại nặng
Thực hiện sứ mệnh điều phối tất cả các quá trình trao đổi chất của
cơ thể
Trong các phản ứng enzyme hầu như kết quả cho ra 100% sản
phẩm
5
4.2. Cấu tạo Enzyme:

Dựa vào thành phần cấu tạo của enzyme chia hai nhóm:
+ Nhóm enzyme đơn giản (một cấu tử): trong thành phần chỉ có
acid amin liên kết (chỉ có protein).
+ Nhóm enzyme phức tạp (hai cấu tử): trong thành phần gồm có
acid amin liên kết cộng phần nhóm ngoại (thường là các vitamin, các
kim loại, một số nhóm chức khác (dẫn xuất của nucleotit, NAD, NADP,
dẫn xuất quinov…)).
Vai trò của nhóm ngoại rất quan trọng; vì nếu tách nhóm ngoại
thì hoạt tính sinh học sẽ mất.
Vd: Catalase: protein + sắt
Fenol oxydase: protein + đồng
Cytocrom: hệ chuyển electron: protein + sắt
Enzyme Amino - transferasa: enzym chuyển nhóm amin. Cấu
tạo protein + dẫn xuất vitamin B6.
Các enzyme Dehydrogenase (chuyển hydro) có cấu tạo:
protein + FAD; protein + FMN; protein + NAD
protein + NADP; protein + UQ
6
Trung tâm hoạt động của enzyme: không phải toàn bộ phân tử enzyme
tham gia liên kết với cơ chất mà chỉ có một phần nhỏ liên kết được với
cơ chất quyết định hoạt tính xúc tác của enzyme, phần đó gọi là trung
tâm hoạt động của enzyme
Một phân tử enzyme có thể có một hoặc nhiều hơn trung tâm
hoạt động.
Cấu tạo trung tâm hoạt động bao gồm:
+ Nhóm ngoại: các vitamin, kim loại, nhóm chức khác.
+ Nhóm bên (gốc bên) của acid amin có khả năng phản ứng cao.
Vd: các nhóm −OH, −NH
2
, −COOH, −SH, − histidin

7
Trung tâm hoạt động có thể được chia làm 2 bộ phận:
•
Tâm xúc tác: tham gia kết hợp trực tiếp với cơ chất
•
Miền tiếp xúc: gắn cơ chất lên vị trí tác dụng
Trung tâm hoạt động có kích thước không lớn so với toàn bộ
enzyme
Nếu như trung tâm hoạt động bị phá vỡ vì tác động (lý - hoá) thì hoạt
tính xúc tác của enzyme cũng mất đi.
8
4.3. Tên gọi Enzyme:
a) Tên thông dụng: không theo quy tắc (Vd: pepsin, renin, trypsin…) có
ưu điểm là ngắn gọn, dễ nhớ ⇒ không nói được cơ chế cũng như phản
ứng bị phân hủy.
b) Tên hệ thống: quy định việc gọi tên enzym theo quy tắc chung gồm
có 3 phần chính:
Tên cơ chất enzyme tác dụng + tên phản ứng enzym xúc tác +
đuôi “ase”
Vd1: Pyruvat  Decarboxyl  ase
cơ chất phản ứng
a. pyruvic khử CO
2
Vd2: Poly phenol  Oxyd  ase
cơ chất phản ứng
9
4.4. Phân loại enzyme
Enzyme được phân loại thành 6 nhóm chính:
Oxidoreductase
Transferase

Hydrolase
Lyase
Isomerase
Ligase
10
Oxidoreductase:
Là nhóm xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khử
Nếu chất chuyển hay chất nhận rõ ràng thì gọi tên theo chúng.
Vd. Dehydrogenase (NAD, FAD, FMN,…), oxygenase (kết hợp trực
tiếp với oxy)
Nếu chất cho hydro không rõ ràng thì gọi là reductase
Các enzyme thường gặp trong nhóm này là: dehydrogenase,
oxydase, peroxidase, catalase,…
11
Transferase
Là nhóm enzyme xúc tác chuyển nhóm, chuyển gốc từ chất này
sang chất khác
Phản ứng tổng quát là AX + B  A + BX
Cách gọi tên: theo chất nhận nhóm chuyển vận transferase
Nhóm transferase được chia ra làm 7 nhóm phụ

chuyển nhóm carbon đơn như methyl, carboxyl,…

chuyển nhóm aldehyde hoặc cetone, có 2 enzyme điển hình là transketolase
(chuyển 2C) và transaldolase (chuyển 3C)

chuyển gốc acyl, acyltransferase

chuyển gốc glycosyl, glycosyl transferase


chuyển nhóm đạm, aminotransferase

chuyển nhóm phosphate, phosphotransferase

chuyển nhóm lưu huỳnh, sulphurtransferase
12
Hydrolase
Là nhóm enzyme xúc tác các phản ứng thủy phân các hợp chất
hữu cơ với sự tham gia của nước
Phản ứng tổng quát XY + H
2
O  XOH + YH
Cách gọi tên: tên của cơ chất được tách ra hydrolase
Nhóm này được chia ra 11 nhóm phụ
Các enzyme thường gặp là esterase, phosphatase, nuclease,
peptidase, lipase
Đây là nhóm E nhiều E nhất
13
Lyase
Là enzyme phân cắt chất hữu cơ không có sự tham gia của nước
Được chia làm 7 nhóm phụ
Cách gọi tên: tên cơ chất + tên của nhóm được tách ra +
lyase.
Vd: Aspactate ammonia lyase
Các enzyme thường gặp: decarboxylase, aldolase, hydratase,…
14
Isomerase
Là nhóm enzyme xúc tác cho chuyển hóa giữa 2 dạng
đồng phân D và L, cis và trans, aldose và ketose
Các enzyme thường gặp là epimerase, mutase,

isomerase
15
Synthetase (ligase)
Là nhóm enzyme xúc tác tổng hợp chất hữu cơ và cần năng
lượng từ ATP, GTP,…
Được chia thành 4 phụ nhóm tạo các liên kết: - C – O -, - C –
S-, - C – N -, - C – C –
Cách gọi tên: Tên cơ chất + ligase (hay synthetase) Vd:
Glutamin synthetase
16
4.5. Tính chất của E:
* Tính chất chung:
E bản chất là Pr do đó E có đầy đủ tính chất của Pr (biến tính,
kết tủa bởi TCA, không qua màng bán thấm vì trọng lượng phân tử lớn,
dễ kết tủa, dễ mất hoạt tính sinh học khi có tác động bên ngoài, tính
chất lưỡng tính . . .)
Những tác nhân nào có ảnh hưởng tới hoạt tính sinh học của Pr
đều có ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của E. Vì vậy những quá trình
chiết tách E, sử dụng E người ta cần lưu ý tránh những điều kiện làm
ảnh hưởng đến hoạt tính E (t
0
cao, ánh sáng, pH quá acid, quá kiềm,
chất gây kết tủa E, . . .)
17
* Cường lực xúc tác E:
E có khả năng xúc tác lớn rất nhiều so với các xúc tác vô cơ
thông thường; xúc tác khác. Chỉ cần 1 lượng nhỏ E (0,5 - 1%) so với
cơ chất thì nó chuyển hóa được lượng lớn hơn
Ví dụ: 1g pepsin có thể thủy phân được 50kg Pr-trứng trong 2giờ, t
0

thường.
E có khả năng xúc tác mạnh vì E có khả năng làm giảm NL hoạt
hóa phản ứng (NL hoạt hóa là NL cần thiết để cung cấp cho quá trình
xảy ra) = Q
hh
(NL hoạt hóa phản ứng).
Ví dụ: H
2
O
2
→ H
2
O + O
2
Khi không xúc tác: Q
hh
= 18000cal/mol
Nếu xúc tác vô cơ là Platin. Q
hh
= 11700cal/mol
Nếu dùng E catalase xúc tác. Q
hh
= 5500cal/mol
18
Phản ứng: E + S ↔ ES → P + E
(cơ chất) (Phức trung gian)
Điều kiện để E tương tác với cơ chất (S) để tạo thành phức
trung gian (ES). Theo phương trình thì giữa E và S phải có cấu trúc
không gian tương ứng phù hợp theo quy tắc chìa khóa và ổ khoá.

Sơ đồ cơ chế hoạt động của enzyme theo Fischer
Phức hợp enzyme – cơ chất [ES]
19
Theo thuyết cải tiến của Kosland thì sự tương ứng của E và S trong cấu hình KG
không hoàn toàn cứng nhắc mà nó có thể biến đổi một chút cho thực sự phù hợp →
thuyết “tiếp xúc - cảm ứng”
Sơ đồ thuyết tiếp xúc cảm ứng theo Kosland
sự tương tác cảm ứng về cấu trúc không gian tạo nên phức hợp enzyme cơ chất
20
Một số E, đặc biệt là E tiêu hóa thì khi mới tiết ra ở trạng thái tiền E ko
hoạt động.
Ví dụ: các tiền E:
pepsinogen → pepsin
hoạt động
+ peptit
kiềmhãm
E không hoạt động nhằm bảo vệ cho các cơ quan tiêu hoá
không bị phân giải bởi các E của chính nó.
21
* Tính đặc hiệu (Về cơ chất)
Mỗi E sẽ tác động lên 1 cơ chất nhất định hoặc 1 nhóm chất tương tự
nhau về cấu tạo hoá học
Mỗi E ↔ mỗi cơ chất S.
Mỗi E ↔ mỗi nhóm cơ chất S tương tự.
S E
protit Protease
Lipit Lipase
Tinh bột Amilase
Dựa vào khả năng (sự chọn lọc) tác động lên cơ chất, người ta chia cơ
chất đặc hiệu ra các mức độ.

22
Đặc hiệu quang học:
Mỗi E chỉ tác động lên 1 trong những dạng đồng phân quang
học.
Ví dụ: E chỉ tác động lên dạng L (hoặc dạng D)
E chỉ tác động lên dạng trans (hoặc dạng cis)
Đặc hiệu tương đối:
Giả sử có 1 cơ chất bao gồm 2 phần A, B. E yêu cầu liên kết
giữa A & B phải nhất định, cấu tạo thì tùy ý.
Ví dụ: Esterase cắt liên kết ester
Peptidase cắt liên kết peptit
23
Đặc hiệu nhóm: 2 điều kiện
Liên kết giữa A & B phải nhất định
Cấu tạo A hoặc B phải nhất định.
Ví dụ: Amino-peptidase (có trong ruột non)
Liên kết cắt là liên kết peptit -CO-NH
Cạnh liên kết peptit phải có gốc -NH
2
tự do.
Carboxyl-peptidase (có trong ruột non)
Liên kết cắt là liên kết -CO-NH
Cạnh liên kết -CO-NH phải có nhóm - COOH tự do.
24
- Đặc hiệu tuyệt đối: 2 điều kiện
Liên kết giữa A & B phải nhất định
Cấu tạo A & B phải nhất định (hay nói cách khác là 1 chất duy
nhất)
Ví dụ: Urease là E chỉ phân cắt Urea mà không phân cắt 1 dẫn xuất
nào của Urea

Kết luận: do có tính chất đặc hiệu cao nên chúng ta có E có thể biết
được cơ chất tác dụng và ngược lại → biết được sản phẩm tạo thành
25
*Ảnh hưởng của nhiệt độ
Thường vận tốc phản ứng enzyme tăng khi nhiệt độ tăng, tăng 10
o
C thì vận tốc
tăng 1,4 – 2 lần. Quá 70
o
C, đa số enzyme mất hoạt tính
Nhiệt độ mà enzyme đạt vận tốc cực đại gọi là nhiệt độ tối thích (khác nhau tùy
enzyme)
Nhiệt độ tối thích của enzyme tv (50-60
o
C) > enzyme đv (40-50
o
C)
Một số enzyme có khả năng chịu nhiệt cao: papain
Nhiệt độ thấp ức chế hoạt tính E nhưng E có khả năng phục hồi hoạt tính trở lại
khi đưa về nhiệt độ thích hợp (ứng dụng để bảo quản E)
Tương tác với các yếu tố khác: bản chất enzyme, pH môi trường, nồng độ cơ
chất,…