bài giảng hóa sinh xúc tác sinh học

Bài giảng hóa sinh
XÚC TÁC SINH HỌC
DSCK2. Nguyễn văn Ảnh


MỤC TIÊU :
1. Trình bày được những đặc điểm chung của enzym, vitamin và
hormon
2. Trình bày được danh pháp, phân loại và những đặc điểm cấu trúc
chung của enzym
3. Giải thích được có chế xúc tác chung của enzym và trình bày được
khái niệm về động học của enzym.
4. Nêu được tính đặc hiệu của enzym và các yếu tố ảnh hưởng đến
hoạt động của enzym.


A. ĐẠI CƯƠNG :
1. PHẢN ỨNG HOÁ SINH :
Định nghĩa phản ứng hóa sinh : là tất cả các phản ứng hoá
học xảy ra trong cơ thể sống ( trong tế bào, trong bào quan,
ngoài tế bào) phần lớn các phản ứng hoá sinh là phản ứng
thuận nghịch do enzym xúc tác và người ta có thể chiết xuất
enzym từ các mô sống , rồi tiến hành phản ứng hóa sinh
trong phòng thí nghiệm ( in vitro ),


tập hợp các phản ứng hóa sinh nó sẽ tạo thành
tập hợp các phản ứng hóa sinh nó sẽ tạo thành
quá trình chuyển hóa các chất, đáp ứng 2 yêu

quá trình chuyển hóa các chất, đáp ứng 2 yêu
cầu trên
cầu trên
+ tạo các chất xây dựng cơ bản cơ thể ( đại phân
+ tạo các chất xây dựng cơ bản cơ thể ( đại phân
tử ) ==>
tử ) ==>
tạo hình
tạo hình
+
+
tạo năng
tạo năng
lượng ==>Tạo thân nhiệt
lượng ==>Tạo thân nhiệt




để tạo công đảm bảo hoạt động
để tạo công đảm bảo hoạt động
sống (co cơ )
sống (co cơ )


* Động hóa học : thì phản ứng chia làm 2 loại :
- Phản ứng một chiều không thuận nghịch :A > B
- Phản ứng 2 chiều thuận nghịch :
A B ( phần lớn phản ứng hóa sinh là phản ứng thuận
nghịch )

k1 thuận
A + B C + D
k2 nghịch
k1 , k2 : hằng số tốc độ ( hoặc hệ số tốc độ ) của phản ứng
thuận nghịch.
Ta có : tốc độ phản ứng : v1 = k1 [A] [B]
v2 = k2 [ C] [D]


Mới đầu chỉ có A và B chưa có C và D, nồng độ A và B lớn nhất nên v1 cực
đại, mặt khác nồng độ C và D bằng 0 nên v2 cũng bằng 0.
Khi A và B phản ứng với nhau tạo thành C và D thì nồng độ A và B giảm
dần, nồng độ C và D tăng dần, do đó v1 giảm dần, và v2 tăng dần. Đến một lúc
nào đó thì v1 = v2 , đó là trạng thái cân bằng động, trong đó phản ứng vẫn tiếp
tục xảy ra theo hai chiều nhưng tốc độ phản ứng theo chiều thuận bằng tốc độ
phản ứng theo chiều nghịch. Ta có : v1 = v2 <=>

k1

[C] [D]
k1 [A] [B] = k2 [C] [D] <=> = = Kcb (hằng số cân bằng)
k2 [A] [B]



Mỗi phản ứng thuận nghịch có hằng số cân bằng riêng.
* Về mặt nhiệt động học: có 2 loại
- Phản ứng phát năng (về nhiệt độ có phản ứng nhiệt)
- Phản ứng thu năng ( về nhiệt độ có phản ứng thu nhiệt)

Năng lượng tự do là : phần năng lượng có thể biến thành
công ( tức là phần năng lượng có thể sử dụng được).
Ví dụ: xét phản ứng từ A > B thì năng lượng tự do của
A, B là GA và GB ( Gibbs)
* Biến thiên năng lượng tự do: ∆ G = GB - GA ( phần thể hiện
ra, làm bật ra năng lượng, sinh công, năng lượng để sử
dụng)


- Nếu GB > GA > ∆G > 0 : phản ứng thu năng. Phản ứng này không
tự xảy ra được theo chiều A > B, chỉ xảy ra khi đưa đủ năng lượng
vào : phản ứng tổng hợp trong hóa sinh.
- Nếu GB < GA > ∆G < 0 : phản ứng phát năng. Phản ứng này có
thể tự xảy ra theo chiều A > B. Gọi là phản ứng thoái hóa trong cơ
thể.
* Biến thiên năng lượng tự do chuẩn ∆G0 : phản ứng xảy ra trong điều
kiện chuẩn khi [A] = [B] = 1 mol/lít T
0
= 25C pH = 0
Ta xét phản ứng hóa sinh trong cơ thể với pH = 7 thì ta gọi biến thiên
năng lượng tự do là ∆Go’.


2. CHẤT XÚC TÁC SINH HỌC :
- Phần lớn các phản ứng trong cơ thể đều có chất xúc tác
- Chất xúc tác sinh học là sản phảm sinh vật, lượng nhỏ nhưng có
khả năng làm tăng nhanh phản ứng, cuối cùng giữ nguyên sau phản
ứng.
Có 3 loại chất xúc tác sinh học là Vitamin, Enzym, Hormon (ống tiêu
hóa). Trong 3 chất nầy, enzym quan trọng nhất, nó là trung tâm trực

tiếp tham gia các phản ứng hoá sinh.


Ví dụ : xét phản ứng
Ví dụ : xét phản ứng






(cơ chất) A B (sản phẩm)
(cơ chất) A B (sản phẩm)






E
E
E
E
- Gọi phản ứng enzym vì có enzym xúc tác.
- Gọi phản ứng enzym vì có enzym xúc tác.
- Trong quá trình phản ứng, enzym có thể
- Trong quá trình phản ứng, enzym có thể
thay đổi nhưng cuối cùng vẫn là enzym.
thay đổi nhưng cuối cùng vẫn là enzym.

Chú ý :
+ Khả năng xúc tác của enzym rất lớn, có thể làm tăng
nhanh phản ứng hàng triệu lần.
Ví dụ : CO2 + H2O H2CO3
Enzym là carbonic anhydrataz (mất nước của CO2)
Một phân tử enzym nầy có thể hydrat hóa 10
5
phân tử
CO2 trong 1 giây > làm phản ứng nhanh hơn 10 triệu
lần so với phản ứng không được xúc tác.


+ Enzym không làm thay đổi hệ số cân bằng mà
chỉ làm cho phản ứng mau đạt đến trạng thái cân
bằng.
+ Enzym có tính đặc hiệu (chuyên biệt) rất cao,
nghĩa là xúc tác những phản ứng nhất định với
những cơ chất nhất định.
H2O
Tinh bột > Maltoz, Glucoz
α Amylaz ↓ Maltaz
Glucoz, Glucoz


3. ĐẶC ĐIỂM CỦA VITAMIN, ENZYM, HORMON :
3.1. VITAMIN :
- Người và động vật nói chung không tạo ra được mà phải
đưa vào từ thức ăn vi sinh vật, thực vật (cá biệt dầu gan cá
trong con cá, người vitamin D tự sản xuất được).

- Có bản chất hoá học khác nhau


- Có 2 nhóm vitamin :
- Có 2 nhóm vitamin :


+ vitamin tan trong lipid : A,D,E,K
+ vitamin tan trong lipid : A,D,E,K


+ vitamin tan trong nước : gồm các
+ vitamin tan trong nước : gồm các
Vitamin thuộc nhóm B, Vitamin C , Vitamin
Vitamin thuộc nhóm B, Vitamin C , Vitamin
PP
PP


- Nhiều Vitamin tan trong nước tham gia cấu
- Nhiều Vitamin tan trong nước tham gia cấu
tạo và hoạt động của nhiều Enzym, cụ thể là
tạo và hoạt động của nhiều Enzym, cụ thể là
chúng
chúng
tham gia cấu tạo phần Coenzym
tham gia cấu tạo phần Coenzym
của
của
một số enzym có coenzym.

một số enzym có coenzym.








3.2. ENZYM :
Enzym có bản chất là protein và nó do mọi tế bào sản
xuất ra, do đó nó mang tính chất của protein.
Theo điều kiện hoạt động người ta chia enzym ra làm 2
loại:
- Enzym không cần cộng tố ( cofactor) đó là các enzym có
bản chất là protein thuần, chúng gồm các enzym thủy phân. Ví
dụ : pepsin, trypsin, cathepsin.
- Enzym cần cộng tố: đó là các enzym protein tạp gồm 2
phần : protein thuần + cộng tố (cofactor).


Khi đó phần protein thuần gọi là Apoenzym (ApoE). Cộng
tố có thể là :
. Kim loại : ion Zn ++, Mn ++
. Chất hữu cơ = CoEnzym
. Kim loại + chất hữu cơ
Những Enzym nầy muốn hoạt động được cần phải có
cộng tố. Phần lớn enzym là loại có CoEnzym. CoEnzym
chia làm 2 loại :

CoEnzym gắn chặt vào phần ApoE (không thẩm tích được)
. CoEnzym gắn lỏng lẻo vào phần ApoE (lúc gắn vào,
lúc có thể tách ra và thẩm tích được)
ApoE + Cộng tố = Enzym đầy đủ (Holoenzym)
- Các vitamin tan trong nước thường tham gia cấu
tạo và hoạt động của CoE
- CoE là phân tử hữu cơ tương đối nhỏ có thể thẩm
tích được, chịu được nhiệt, trực tiếp tham gia vận chuyển
điện tử, hydro, các nhóm hóa học
- Mỗi Enzym có một ApoE tương ứng, nhiều enzym
có thể có CoE giống nhau


Ví dụ : - 2H
AH2 > A
Enzym 1 = Apo1 CoE
-2H
BH2 > B
Enzym 2 = Apo2 CoE


3.3. HORMON :
Bản chất : - ∆’ của AA
- Peptid, protein
- Steroid
Chức năng, điều hòa chuyển hóa thông qua
enzym
Do các tế bào chuyên biệt sản xuất

ENZYM :
1.DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI :



1.1. DANH PHÁP :
1.1. DANH PHÁP :
- Quen dùng : do người nghiên cứu đầu tiên gọi:
- Quen dùng : do người nghiên cứu đầu tiên gọi:
pepsin, trypsin . . .
pepsin, trypsin . . .
- Tên cơ chất = (hoặc liên kết) + az (ase) > Phần lớn
- Tên cơ chất = (hoặc liên kết) + az (ase) > Phần lớn
enzym thủy phân.
enzym thủy phân.
S (cơ chất) liên kết
S (cơ chất) liên kết
E
E
Urê
Urê
Ureaz
Ureaz
Saccaroz
Saccaroz
Saccaraz
Saccaraz
Peptid
Peptid

Peptidaz
Peptidaz
Este
Este
Esteraz
Esteraz


- Dựa vào tên phản ứng + az
- Dựa vào tên phản ứng + az
Phản ứng
Phản ứng
Enzyme
Enzyme
Khử carboxyl
Khử carboxyl
DE carboxylaz
DE carboxylaz
Khử hydro
Khử hydro
DE hydrogenaz
DE hydrogenaz
Tổng hợp
Tổng hợp
Synthetaz
Synthetaz