Bài giảng về enzime trong hóa sinh đại cương

CHƢƠNG III. ENZYME
NỘI DUNG
I. ĐẠI CƢƠNG VỀ ENZYME
o Khái niệm
o Tên gọi và phân loại enzyme
II. CẤU TRÚC VÀ CÁC DẠNG ENZYME
o Cấu trúc phân tử
o Các cofactor
o Trung tâm hoạt động
o Trung tâm dị lập
III. TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME
o Đặc hiệu cơ chất
o Đặc hiệu kiểu phản ứng
IV. CƠ CHẾ XÚC TÁC CỦA ENZYME
V. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI HOẠTTÍNH XÚC TÁC CỦA ENZYME
I. ĐẠI CƢƠNG VỀ ENZYME
• Khái niệm
• Enzyme: là chất xúc tác sinh học
(biocatalyst), làm tăng tốc độ các phản
ứng hoá sinh.
• Bản chất: protein (trừ ribozyme - RNA có
khả năng xúc tác)
ENZYME
Ƣu điểm
• Làm tăng tốc độ phản ứng, không tham gia
vào sản phẩm cuối cùng
• Hiệu quả xúc tác lớn: Ví dụ, 2H
2
O
2
 2H

2
O + O
2
• Không xúc tác, hằng số t.độ ph.ứng là 0,23/s,
NLHH: 18kcal/mol
• Pt xúc tác: 1,3 x 10
3
/s; NLHH: 11,7kcal/mol
• catalase xúc tác: 3,7.10
7
/s; NLHH: 2kcal/mol
ENZYME
Ƣu điểm
• Có tính đặc hiệu theo kiểu phản ứng và cơ chất
• Thường xuyên được sử dụng rất nhiều, nhưng luôn
bị phân giải và tổng hợp trở lại theo nhu cầu.
• Tác dụng của enzyme có thể được điều khiển
ENZYME
Nhƣợc
điểm
• Rất mẫn cảm với hàng loạt yếu tố
• Xúc tác trong những điều kiện
môi trường tương đối ổn định (t
o
khoảng 20- 40
o
C, áp suất
khoảng 1 at, pH  7).
1.2. Đơn vị hoạt lực của enzyme
• Năm 1961, IUB (International Union of Biochemistry)

đưa ra đơn vị hoạt lực enzyme chuẩn:
U (1U) là lượng
enzyme cần thiết để biến đổi 1 mol cơ chất trong thời
gian 1 phút ở điều kiện chuẩn (30
o
C, pH tối ưu, bão hoà
cơ chất).
• Năm 1972, IUB đưa ra đơn vị mới là katal (kat):
1kat là
lượng chất xúc tác làm biến đổi 1 mol cơ chất trong thời
gian 1 giây ở điều kiện chuẩn.
• kat = 10
-6
kat; ηkat = 10
-9
kat
• Liên hệ giữa U và kat: 1U = 16,67 ηkat
1.3. Tên gọi và phân loại enzyme
o Tên gọi
• Pepsin
• Trypsin…
Tên enzyme + in
• Tên gọi theo cơ chất:
• VD: amylase, protease, lipase
• Theo kiểu ph.ứng:
• VD: oxidase, hydrolase
Enzyme+ase
• E xúc tác cho cơ chất A nhờ dạng
ph.ứng R có tên là ARase: VD:
Glyceraldehyd-3-phosphate-hydrolase

• E x.tác ph.ứng của chất A với chất B
(hay cofactor B) nhờ ph.ứng dạng R, có
tên A:B-Rase
Tên hệ thống
Phân loại enzyme theo kiểu phản ứng
ENZYME
OXIDOREDUCTASE
TRANSFERASE
HYDROLASE
LIASAE (SYNTHASE)
ISOMERASE
LIGASE (SYNTHETASE)
Lớp 1:
Oxidoreductase
Xúc tác cho các
phản ứng oxy
hoá khử
Bản chất:
protein ph.tạp
Vận chuyển:
hydro, e
-
, gắn
oxy vào cơ chất
Phân thành các
phân lớp theo
nhóm chức
năng nhường
hydro hay e
-

Lớp lớn nhất
CH
3
– CO – COO
-
Pyruvate
NAD.H+H
+
NAD
+
CH
3
– CH.OH – COO
-
Lactat
VD:
Lactate dehydrogenase
Lớp 2:
Transferase
Vận chuyển
nhóm (CH
3
,
NH
2
, vv…)
Bản chất:
protein ph.tạp
Phân thành
các phân lớp

theo nhóm
được vận
chuyển
R
1
-CH.NH
2
-COOH
Amino acid
R
2
- CO-COOH
Keto acid
+
Aminotransferase
R
1
- CO - COOH
R
2
-CH.NH
2
-COOH
Ketoacid mới
Amino acid mới
+
VD:
Lớp 3:
Hydrolase
Xúc tác cho

các phản ứng
thuỷ phân
Bản chất:
protein đơn
giản
Thuỷ phân các liên
kết vốn hình thành
nhờ sự ngưng tụ
như peptide,
glycoside, ester …
VD:
3 H.OH
lipase
+
R
1
COOH
R
2
COOH
R
3
COOH
acid béo
Triacylglycerol
CH
2
-O-CO-R
3
CH

2
-O-CO-R
1
CH -O-CO-R
2
Glycerol
CH
2
– OH
CH
2
- OH
CH - OH
Lớp 4: Liase
(synthase)
Xúc tác cho các phản ứng:
phân giải (không thuỷ phân)
hình thành (không đòi hỏi NL) VD
các liên kết C- C, C- O, C- N, vv…
Bản chất:
protein phức
tạp
Phân thành các phân
lớp theo kiểu l/kết
h/học được ph/giải
hay tạo thành.
VD:
Pyruvate decarboxylase tách CO
2
từ pyruvate tạo ra

acetaldehyd.
CH
3
– CO – COO
-
Pyruvate decarboxylase
CO
2
pyruvate
acetaldehyde
CH
3
– CHO
Lớp 5:
Isomerase
Xúc tác cho
các phản ứng
đồng phân hoá
Bản chất:
protein đơn
giản
Vận chuyển:
các ng/tử hay
nhóm ng/tử
trong nội bộ
một ph/tử
Lớp nhỏ nhất
Dihydroxyacetonphosphate
Glyceraldehyd-3-phosphate
Izomerase

CH
2
-O-PO
3
2-
CH
2
OH
C = O
CH
2
-O-PO
3
2-
CHO
CH.OH
Lớp 6: Ligase
(Synthetase)
Xúc tác cho các q.trình sinh
tổng hợp
Bản chất:
protein phức
tạp
hình thành nên các
l.kết nhờ tiêu tốn
n.lượng (VD: ATP)
II. CẤU TRÚC VÀ CÁC DẠNG ENZYME
• 2.1. Cấu trúc phân tử
• Là các protein hình cầu, phần lớn (60-
70%) có bản chất là protein phức tạp.

• Xét về c.trúc, có hai loại enzyme:
• Đơn giản (một thành phần)
• Phức tạp (hai thành phần):
– Protein (apoenzyme)
– Cofactor
2.2. Các cofactor
• Khái niệm
• Cấu trúc nhỏ, không được cấu tạo từ các aa.
• Thành phần của các enzyme phức tạp, làm
nhiệm vụ vận chuyển các nguyên tử hay e
-
trong
các phản ứng hóa học mà enzyme của nó xúc
tác.
• Cofactor gồm 2 loại:
– Nhóm ghép
– Coenzyme
• Nhóm ghép (prosthetic group)
– Loại liên kết chặt với apoenzyme, là thành
phần cố định của phân tử enzyme.
• VD: FMN; FAD của dehydrogenase
– PLP của aminotransferase
– Hem của cytochrome
• Coenzyme
– Loại gắn lỏng lẻo với apoenzyme, dễ tách ra
và nhập lại, chạy từ apoenzyme này tới
apoenzyme kia.
• VD: NAD
+
; NADP

+
của nhiều dehydrogenase
Cấu trúc của cofactor
• Bản chất hóa học khác nhau; phân tử
thường chứa dị vòng.
• Phần trực tiếp tham gia phản ứng hoặc có
chức năng nhận biết các đại phân tử.
• Nhiều cofactor là dẫn xuất của các
vitamin tan trong nước và phần lớn
thường chứa phosphate gắn trong
nucleotid.
Cofactor của oxidoreductase
NAD
+
(Nicotinamid–Adenine-Dinucleotid) – Vit PP
NADP
+
(Nicotinamid-Adenine-Dinucleotid-Phosphate) – Vit PP
FMN (Flavin - Mononucleotid) – Vit B2
FAD (Flavin – Adenine – Dinucleotid) – Vit B2
Lipoate (6,8 dithioctanate)
Coenzyme Q
Hem
Cofactor của các oxidoreductase
• NAD
+
(Nicotinamid–Adenine-Dinucleotid)
• NADP
+
(Nicotinamid-Adenine-Dinucleotid-Phosphate)

– Dẫn xuất của vit. PP (nicotinamid, niacin)
– NAD
+
và NADP
+
là coenzyme của khoảng
250 dehydrogenase.
• Cơ chế hoạt động
Cofactor của các oxidoreductase
• FMN: Flavin - Mononucleotid
• FAD: Flavin – Adenine - Dinucleotid
• Dẫn xuất của vit. B2 (Riboflavin)
• FMN và FAD liên kết chặt với apoenzyme,
tạo thành flavoprotein
• Dạng OXH (FAD, FMN) có màu vàng. Lõi
hoạt động là vòng isoalloxasine
(isoalloxasine ring)
•
FMN: Flavin mononucleotid
FAD: Flavin – Adenine - Dinucleotid
Cơ chế hoạt động