Chương 3 Enzym

HOÙA SINH THÖÏC PHAÅM

CHÖÔNG 3

ENZYME


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Đònh nghóa Enzyme

Enzym là chất xúc tác sinh học có bản chất protein
Enzym có tính chất của protein
M Enzym = 10.000 – 1.000.000 D
Ngắn nhất là ribonuclease 12.700 D
Dễ tan, có cấu trúc hình cầu
200 Enzym / 2000 Enzym đã thu được ở dạng tinh thể


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Phân loại Enzym

Enzym một thành phần (Enzym 1 cấu tử, Enzym đơn giản)

chỉ cấu tạo từ các acid amin, từ chuỗi polypeptid (protein đơn giản)

Enzym 2 thành phần (Enzym 2 cấu tử, Enzym phức tạp)

ngoài chuỗi polypeptid còn có phần phi protein (protein phức tạp)

Chuỗi polypeptid: chất mang, Apoenzym, Apoferment
Phi protein: nhóm hoạt hóa, Coenzym – cofactor, Coferment
Coenzym:
Cofactor:

phần phi protein có liên kết lỏng lẻo với apoenzym,
dễ dàng tách ra khi dùng phương pháp thẩm tích
(đa số là vitamin)
phần phi protein gắn với apoenzym bằng liên kết
đồng hóa trò bền vững
không thể tách ra độc lập (ion kim loại)


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Cấu tạo Enzym
Trung tâm hoạt động (TTHĐ)

Phần cấu trúc mà nơi đó trực tiếp xảy ra các phản ứng xúc tác
Enzym 1 cấu tử
TTHĐ là các nhóm đònh chức có hoạt tính cao, không tham
gia vào việc tạo thành trục chính của chuỗi polypeptid.
Các nhóm này ở xa nhau nhưng vơí cấu trúc bậc 3,4 chúng
sẽ tiến lại gần nhau hình thành TTHĐ
Nhóm –SH của cystein
Nhóm –OH của serin, tyrosin
Nhóm ε-NH2 của lysin
Nhóm –COOH của acid glutamic, aspartic
Vòng himidazol của histidin
Indol của tryptophan

Cấu tạo Enzym

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Trung tâm hoạt động (TTHĐ)
Enzym 1 cấu tử

Cấu trúc không gian của E bò biến đổi thì khả năng hoạt
động của TTHĐ và hoạt tính của E cũng bò biến đổi
Một Enzym có thể có 1 hay nhiều TTHĐ
Các TTHĐ trên cùng một Enzym có thể giống nhau hoặc
khác nhau về cấu tạo và chức năng
Enzym hai cấu tử
TTHĐ gồm nhóm ngoại (coenzym)
và các nhóm chức của acid amin
Coenzym quyết đònh kiểu phản ứng hóa học
trực tiếp tham gia kết hợp với cơ chất
(thủy phân, oxy hóa, tổng hợp, phân ly,…)
Apoenzym chọn lọc cơ chất (protein, glucid,…)
ảnh hưởng đến cường độ phản ứng


Cấu tạo Enzym

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Trung tâm hoạt động (TTHĐ)
Cơ chế ổ khóa, chìa khóa

(mô hình Fisher)

TTHĐ của E có cấu tạo nhất đònh và chỉ cho phép cơ
chất có cấu tạo tương ứng kết hợp vào, như chìa khóa
tra vào ổ khóa

Không giải thích được các kiểu đặc hiệu nhóm


Cấu tạo Enzyme

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Trung tâm hoạt động (TTHĐ)
Cơ chế Koshland (mô hình tiếp xúc cảm ứng)
TTHĐ hthành trong quá trình tiếp xúc giữa E và cơ chất
Khi chưa có cơ chất, các nhóm chức năng của TTHĐ
chưa ở tư thế sẵn sàng hoạt động
Khi tiếp xúc với cơ chất, cảm ứng không gian sẽ biến
đổi hình dạng của TTHĐ phù hợp với cơ chất

Giải thích thỏa đáng được tính đặc hiệu nhóm


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Cấu tạo Enzyme
Trung tâm dò lập thể (TTDLT)
Có nhiệm vụ điều chỉnh hoạt tính của E

Gọi là trung tâm điều chỉnh hay trung tâm dò lập thể
TTHĐ và TTDLT là 2 cấu trúc riêng biệt, có tác dụng tương hỗ

TTDLT dương: khi kết hợp với chất dò lập thể có thể làm

tăng hoạt tính Enzyme hoặc là Enzyme từ trạng thái không
hoạt thành hoạt động

TTDLT âm: khi kết hợp với chất dò lập thể, Enzyme sẽ
giảm hay mất hoạt tính


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Cấu tạo Enzyme
Phức hợp Enzyme
Nhiều chu trình chuyển hóa trong cơ thể sinh vật
gồm nhiều phản ứng liên tiếp nhau, sản phẩm
của phản ứng này lại là cơ chất của phản ứng
sau
Mỗi phản ứng được một Enzym xúc tác, vì vậy
trong chu trình sẽ có nhiều loại Enzym hoạt động
Các Enzym này hoặc hoạt động riêng lẻ, hoặc kết
hợp với nhau thành phức hợp Enzym
Phức hợp Enzym là tổ hợp nhiều Enzym cùng xúc
tác cho một quá trình sinh hóa


Cấu tạo Enzyme
Phức hợp Enzyme

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME


Cấu tạo Enzyme

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Tiền Enzyme (Proenzyme, zimogen)
 Phần lớn các E được tổng hợp trong cơ thể thành những
phân tử E có sẵn hoạt tính sinh học
 Tiền Enzyme (zimogen hay proenzyme): E được tổng hợp
ở dạng trung gian chưa có hoạt tính xúc tác
 Đa số Enzym một cấu tử, nhất là Enzym của hệ tiêu hóa
thường tồn tại ở trạng thái chưa hoạt động (Pepsinogen
tại bao tử, Trypsinogen tại thành ruột, Protrombin gây
đông tụ máu)
 Tác nhân hoạt hóa tiền Enzym thường là một Enzym
khác, hoặc pH.


Cấu tạo Enzyme

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Tiền Enzyme (Proenzyme, zimogen)


Tên gọi Enzyme

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Tên thông dụng
Tên gọi không theo quy ước nào, không nói lên kiểu phản ứng
Pepsin, trypsin, catalase, amilase, rennin, bromelin, papain, …

Tên hệ thống
Được Hội nghò Sinh Hóa Quốc tế lần thứ 5 (1961) qui đònh
Tên cơ chất + tên phản ứng + ase (aza, az)
Pyruvat decarboxylase - khử CO2 của acid pyruvic
Nếu phản ứng bao gồm hai sự chuyển hóa tương hỗ thì người ta
còn thêm vào sau phần thứ hai của tên gọi một dấu ngoặc
COOH
R

CH
NH2

+

COOH
O2

E. L-acid amin oxidoreductase

R

C = O + NH3
NH2

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ENZYME

Tên gọi Enzyme
Tên hệ thống
Mỗi Enzym có 1 mã số
4 chữ X là 4 số

E C X. X. X. X
(1) (2) (3) (4)

(1): nhóm chính (lớp)
(2): nhóm phụ (phân lớp)
(3): phân nhóm phụ (tổ)
(4): tên Enzym, thứ tự của E trong phân nhóm phụ
I : oxihóa khử oxydoreductase
II : chuyển hóa dạng đồng phân, isomerase
III : phản ứng thủy phân, hydrolase
IV : phân cắt tạo nối đôi, liase
V : quá trình chuyển nhóm chức, transferase
VI : tổng hợp từ các chất đơn giản, ligase (synthetase)
EC.2.7.7.16 - ribonuclease
EC 3.1.1.3 - thủy phân chất béo


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

Cơ chế tác dụng của Enzym
GĐ 1: tạo phức ES
Xảy ra nhanh chóng và cần năng lượng hoạt hóa thấp

Phức ES không bền, chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn

GĐ 2: hoạt hóa cơ chất S
Mức năng lượng hoạt hóa không cao
Sự chuyển hóa của cơ chất: sự phân bố lại nội năng
Sự chuyển vò electron,
Phá vỡ các liên kết đồng hóa trò,
Hình thành các liên kết mới trong phân tử cơ chất,
Cơ chất bò kích thích - sẵn sàng chuyển hóa tạo sản phẩm


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

Cơ chế tác dụng của Enzym

GĐ 3: tạo sản phẩm protein
Cơ chất sau khi được hoạt hóa sẽ biến đổi về chất để hình
thành chất mới và phân ly khỏi Enzym tạo thành sản phẩm
Enzym thủy phân thường có 2 trung tâm hoạt động


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

So sánh với chất xúc tác hóa học
Điều kiện phản ứng
Xúc tác hóa học
p suất cao, nhiệt độ cao,
thời gian dài, nồng độ xúc
tác cao, hiệu suất thấp
Cellulose

Xúc tác Enzym
p suất thường, nhiệt độ thường,
thời gian ngắn, nồng độ xúc tác
nhỏ, hiệu suất triệt để

acid đặc, nhiệt độ cao, áp suất, thiết bò
hiệu suất thấp
E. cellulase
Vài giờ, điều kiện bình thường (bao tử bò nhai lại)

Glucose


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

So sánh với chất xúc tác hóa học
Tiêu tốn năng lượng
Xúc tác hóa học

Xúc tác Enzym

Cao

Thấp

Saccharose

Q = 32.000 cal/mol
Acid, Q = 25.000 cal/mol

E. invertase, Q = 9.400 cal/mol

Fructose + Glucose


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

So sánh với chất xúc tác hóa học
Cường độ phản ứng
Xúc tác hóa học

Xúc tác Enzym

Yếu hơn

Mạnh hơn

2H2O2

1 mol Fe3+ xúc tác phân ly 10-6 mol/phút

2H2O + O2

1 phân tử catalase có 1 nguyên tử Fe phân ly 5.106 mol/phút


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

So sánh với chất xúc tác hóa học
Vận tốc phản ứng

Xúc tác hóa học

Xúc tác Enzym

Chậm

Nhanh

Tinh bột

Amylase, nhiệt độ thường, vài phút
Acid, đun sôi trong vài giờ

Glucose


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

So sánh với chất xúc tác hóa học
Tính đặc hiệu

Xúc tác hóa học

Xúc tác Enzym

Không có tính chọn lọc
1 chất xúc tác có thể xúc tác
cho rất nhiều phản ứng

Chọn lọc cơ chất

Một Enzym chỉ xúc tác cho một
vài phản ứng hay chỉ một phản
ứng duy nhất


VAI TRÒ XÚC TÁC CỦA ENZYME

So sánh với chất xúc tác hóa học
Hoạt tính xúc tác
Xúc tác hóa học

Xúc tác Enzym

Hợp chất hóa học
Chỉ có khả năng tác dụng
giống nhau

Hợp chất sinh học
Thay đổi hoạt tính dưới tác động
của các yếu tố môi trường, t0, pH,
yếu tố hóa học,…
Có thể tách ra từ cơ thể sinh vật và
bảo toàn hoạt tính của nó ở ngoài
cơ thể


HOẠT TÍNH CỦA ENZYME

Đònh nghóa

Hoạt tính của Enzym là khả năng chuyển hóa cơ chất thành
sản phẩm
Hoạt tính càng cao thì lượng sản phẩm tạo thành trong một
đơn vò thời gian càng nhiều, tốc độ phản ứng càng nhanh

Xác đònh hoạt tính của Enzym
E+S

[ES]

E+P

[1] Xác đònh vận tốc chuyển hóa cơ chất: lượng cơ chất S mất
đi trong một đơn vò thời gian
[2] Xác đònh vận tốc tạo thành sản phẩm: lượng sản phẩm tạo
thành trong một đơn vò thời gian
[3] Xác đònh nồng độ thấp nhất của E để chuyển hóa hết một
lượng cơ chất xác đònh


HOẠT TÍNH CỦA ENZYME

Xác đònh hoạt tính của Enzym
Hoạt tính của Enzym

Số đơn vò hoạt động trong một đơn vò chế phẩm Enzyme

Đơn vò hoạt động của Enzym (UI)

Lượng E tối thiểu cần thiết để chuyển hóa 1µmol cơ chất sau 1 phút ở

điều kiện tiêu chuẩn (là điều kiện t0, pH,…thích hợp nhất để E hđộng

Hoạt tính riêng (hoạt độ riêng)

Số đvò hoạt động trong một đơn vò khối lượng hay thể tích chế phẩm
Hoạt độ riêng càng cao, chế phẩm Enzym càng tinh sạch
Enzym papain trong vỏ đu đủ
1 g vỏ đu đủ
1g chế phẩm I (đã loại tạp chất lần I)
1g chế phẩm II (loại tạp chất lần II)

30 UI/g
3000 UI/g
300000 UI/g


HOẠT TÍNH CỦA ENZYME

Xác đònh hoạt tính của Enzym
Hoạt tính phân tử

Số đơn vò hoạt động trong 1 mol Enzym
Đơn vò này chỉ dùng E đã được tinh chế đến dạng tinh khiết
và có thể xác đònh được phân tử lượng của nó
Urease có M = 480000

Hoạt tính toàn phần

Tổng số hoạt độ của toàn bộ chế phẩm Enzym
Dùng để tính hiệu suất tinh chế

1kg vỏ đu đủ
30 UI/g
TA = 30000 đv
5g chế phẩm I
3000 UI/g
TA = 15000 đv
0.03g chế phẩm II
300000 UI/g TA = 9000 đv