hoasinhenzym-121115104618-phpapp01

Hãa sinh Enzym
1. ĐẠI CƯƠNG
1.1. Định nghĩa:
Enzym là 1 chất xúc tác sinh học, có bản chất là
protein.
Enzym có tính đặc hiệu rất cao và hiệu lực xúc
tác rất lớn.

1.2. Năng lượng hoạt hóa
Là năng lượng cần thiết phải cung cấp cho hệ
thống các chất tham gia phản ứng, làm cho các phản
ứng ở vào trạng thái hoạt động và sẵn sàng tham gia
phản ứng.


1.3. Đặc điểm của chất xúc tác và đặc điểm của
enzym:
1.3.1. Đặc điểm chất xúc tác:
+ Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của các
phản ứng hóa học.
+ Chất xúc tác không làm thay đổi chiều của phản
ứng, không tạo ra được phản ứng.
+ Trong các phản ứng thuận nghịch, chất xúc tác làm
cho phản ứng chóng đạt tới cân bằng mà khơng làm
chuyển dịch vị trí cân bằng.
1.3.2. Đặc điểm của Enzym:

* Enzym có tính đặc hiệu rất cao và hiệu lực xúc tác
rất lớn:

Mỗi enzym đều có tỏc dng chọn lọc đối với
một cơ chất hoặc một loại cơ chất và với một loại
phn ứng nhất định. Tính chất xúc tác chọn lọc
này đợc gọi là tính đặc hiệu của enzym.
Tính đặc hiệu của enzym do cấu trúc của trung
tâm hoạt động (TTH) quyết định.

ặc hiệu với cơ chất:
+ Có nhng enzym có tính đặc hiệu tuyệt đối:
Một enzym chỉ xúc tác cho một cơ chất nhất định.
Vớ d: Urease chỉ thủy phân urê.
Arginase chỉ thủy phân arginin

+ Có nhiều enzym có tính đặc hiệu tơng đối:


Mt enzym có thể tỏc dng cả 1 nhóm cơ chất có
cấu trúc gần giống nhau.
Vd: Glucozidase xúc tác thy phân cả một nhóm cơ
chất glucozid có liờn kết ozid.
Esterase cã thĨ tác dụng vµo l/kÕt este cđa các
acid bÐo với alcol khác nhau.
+ Có enzym có tính đặc hiệu không gian rất chặt chẽ:
Vd: L- aa oxydase chỉ xúc tác qỳa trỡnh khử amin oxy
hóa aa dÃy L, không tác dụng trªn aa d·y D.
+ Cã enzym cã tÝnh đặc hiệu kép:
Enzym có tỏc dng đặc hiệu với cả 2 cơ chất có
cấu trúc hoàn toàn khác nhau.
Vd: Aminoacyl-ARNt synthetase đặc hiệu với cả aa và
ARNt.

ặc hiệu với phản ứng:
+ Phần lớn mỗi enzym đều có tính đặc hiệu với một
loại phn ứng nhất định.
Với mét chÊt cã kh¶ năng x¶y ra nhiỊu phản øng
hãa học thỡ mỗi một loại phn ứng sẽ do một enzym
xúc tác:
Vớ d: Một aa có thể xảy ra 3 loại p/ứ:
- P/ứ khử carboxyl do decarboxylase xúc tác
- P/ứ khư aminoxy hãa do aminoacid oxydase xóc t¸c
- P/ø trao ®ỉi amin do transaminase xóc t¸c
+ Mét sè enzym cã khả nng xúc tác nhiều loại p/ứ
Vớ d: Proteinase nh trypsin xúc tác thy phân liờn
kết peptid và thy phân c¶ liên kÕt este.


* Enzym làm giảm nng lng hoạt hóa nhiều hơn so
với chất xúc tác thông thờng khác:
Vd: Sự phân hủy H2O2
cần 18 Kcal/mol nếu không có chất xúc tác
cần 11,7 Kcal/mol nếu có mặt của bạch kim
cần 2 Kcal/mol khi có mặt của catalase
* Nhng phn ứng enzym thờng xảy ra víi tèc ®é
nhanh ë nhiƯt ®é sinh lý bình thờng của cơ thể.

* Enzym có bản chất là protein đặc hiệu do tế bào
sống tổng hợp, hoạt động trong cơ thể sống hoạt
động của enzym chịu sự chi phối, điều khiển của tế
bào và của cơ thể.

Hoạt tính của enzym chịu ảnh hởng của nhiều yếu
tố nh: nhiệt độ, ¸nh s¸ng, pH m«i trêng,...


2. Cách gọi tên và phân loại Enzym
2.1. Cách gọi tên:
* Gi thông thờng:
Thời kỳ đầu, khi enzym học cha phát triển, ngời ta
gọi tên enzym tùy tiện không có quy ớc.
Một số enzym có tên quen dùng không có ®u«i
ase nh: pepsin, trypsin, chymotrypsin,…
* Gäi theo quy íc: cã 3 cách
+ Gọi theo cơ chất:
Tên Enzym = Tên cơ chất đặc hiệu + ase
VD: Urease là enzym tác dụng vào Urờ
Proteinase là enzym tác dụng vào Protein
Lipase là enzym tác dụng vào Lipid


+ Gọi tên theo loại phn ứng:
Tên Enzym = Tên loại phản ứng + ase
Vớ d: Enzym xúc tác phn ứng oxy hóa là oxydase
Enzym khử hydro: dehydrogenase
Enzym thủy phân liờn kết este: esterase
Enzym thủy phân l/kết glucozid: glucozidase
Hai cách gọi tên enzym trên thờng gặp với phn
ứng thy phân.
+ Gọi phối hợp cả 2 cách trên:
Tên Enzym = Tên cơ chất + Tên loại p/ứ + ase
ây là cách gọi đầy đủ nhất

Vớ d: Lactatdehydrogenase là enzym xúc tác phn
ứng khử hydro của cơ chất là Lactat.


2.2. Phân loại: có 6 loại
* Loại 1: Enzym Oxy hóa khử ( Oxydoreductase)
Là loại enzym xúc tác các phn ứng oxy hóa khử
(p/ứng nhờng và nhận điện tử).
Các enzym nµy thêng cã Coenzym lµ NAD vµ
FAD.
+ Dehydrogenase: lµ enzym xúc tác sự vận chuyển
điện tử dới dạng 2 nguyên tử hydro từ cơ chất.

VD: Glucose 6P

G6PD
NADP

6P Gluconolacton

NADPH2

+ Oxydase: là enzym chuyển 2 điện tử từ chất cho
đến oxy tạo hydroperoxyd (H2O2).


β-D Glucose + O2

Gluconolacton + H2O2

+ Peroxydase: lµ enzym sư dụng H2O2 mà H2O2 là cơ
chất chứ không phải là O2.
H2O2
2H2O
NADH2

NAD

+ Catalase: là enzym duy nhất xúc tác phn ứng mà
H2O2 vừa là chất cho vừa là chất nhận điện tư.
2 H2O2
O2 + 2 H2O
+ Cytocrom: lµ chÊt nhËn hydro (điện tử)

* Loại 2: Enzym vận chuyển (Transferase)
Vn chuyn các nhãm chøc năng (amin, acyl,
phosphat) giữa chÊt cho vµ chÊt nhËn.
Enzym nµy cã Coenzym v/c nhãm tham gia.


+ Enzym vËn chun nhãm amin:
(Transaminase hoặc Amino Transferase)
Enzym nµy v/c nhóm -NH2 từ aminoacid tới acid
cetonic tạo thành acid amin vµ acid cetonic míi.
Ví dụ: GPT (Glutamat Pyruvat Transaminase) xóc t¸c
phản øng:
Alanin + α-Cetoglutarat
Glutamat + Pyruvat
+ Kinase:
Xóc t¸c chun nhãm phosphat tõ ATP hoặc tõ

nucleozid triphosphat kh¸c tíi alcol (®êng).
Ví dụ:
Glucokinase
ATP + Glucose
G6P + ADP
Glucose
G6P
ATP

ADP


+ Glucosyl Transferase: vận chuyển nhãm glucosyl
tõ UDP- Glucose ®Ĩ tổng hợp glycogen.
+ Methyl transferase
+ Acyl transferase

* Loại 3: Enzym thủy phân (Hydrolase)
Xúc tác phn ứng thủy phân có sự tham gia của
H2O, thủy phân các liờn kết C- O, C- N, O- P và C- S.
+ Phosphomonoesterase: cắt các liên kÕt este
Vd: Phosphatase kiỊm (ALP- Alkalin Phosphatase)
+ Glucozidase: c¾t đứt liên kết ozid
+ Peptidase:
L loại đặc biệt của hydrolase, thđy ph©n liên kÕt
peptid.


* Loại 4: Enzym phân cắt (Lyase)
Bẻ gÃy 1 p/tử hay tách 1 nhóm ra khỏi 1 p/tử kể

cả loại bỏ nớc mà không có sự ttham gia của H2O.
Bẻ g·y liên kÕt C - C hc C - O.

+ Aldolase: F1- 6 Di(P)
2 Triose(P)
+ Decarboxylase lo¹i bá -COOH tõ acid amin
hoc a.cetonic
CO2

* Loại 5: Enzym đồng phân, có 3 lo¹i:
+ Isomerase: chun nhãm chøc enol- ceton,
aldose- cetose
Glucose 6(P)
Fructose 6(P)
+ Mutase: chun mét nhãm trong néi p/tư
Glucose 1(P)
Glucose 6(P)
+ Epimerase: chun nhãm thÕ trong ph©n tư
Xylulose 5(P)
Ribulose 5(P)


* Loại 6: Enzym tổng hợp
(Ligase hoặc Synthetase)
Xúc tác phn ứng tổng hợp trong đó 2 phân tử
liờn kết với nhau và sử dụng nng lợng ở dạng liờn
kết phosphat cao năng ATP.

Vd:
Glutamin synthetase

Glutamat + NH3
Glutamin


3. Cấu trúc phân tử và cơ chế hoạt động
của Enzym

3.1. ặc điểm và thành phần cấu tạo của E
* ặc điểm:
- TLPT: cú phõn t lng lớn: 10.000 - 1.000.000 đv
Vd: Ribonuclease cã TLPT lµ 12000
Glutamatdehydrogenase là 1.000.000
- Hình dạng phân tử:
Phần lớn enzym thuộc loại Protein hỡnh cầu.
- Cấu tạo: có enzym l 1 chuỗi polypeptid, có enzym
cấu tạo t nhiều chuỗi polypeptid.
- Bậc cấu trúc:
Hầu hết các enzym cã cÊu tróc bËc 2 vµ 3, có
enzym cã cÊu tróc bËc 4.


* Thành phần cấu tạo: có 2 loại
+ Enzym một thành phần (protein thuần):
Chỉ do các aa cấu tạo thành (thủy phân enzym
hoàn toàn thỡ sản phẩm chỉ gồm các aa).
Gặp chủ yếu là enzym hydrolase
+ Enzym hai thành phần (bản chất là protein tạp):
- Tphần t1: là protein gọi là apoprotein (apoenzym).
- Tphần t2: không phải là protein m là chất hu cơ
hay vô cơ đặc hiệu, cộng tác với E trong quá trỡnh xúc

tác, c gọi là Coenzym (CoE).
Enzym hai t/phần, tính chất cơ bản của enzym do
phần apoenzym quyết định, nếu thiếu CoE thỡ enzym
không hoạt động.


3.2. Trung tâm hoạt động (TTH) của enzym
* nh ngha:
TTH của phân tử enzym là phần nhỏ trong thể
tích chung của phân tử enzym, là trung tâm trực tiếp
gắn với cơ chất hoặc trực tiếp xúc tác phn ứng.
TTH của enzym là một cái rÃnh đợc tạo nên bởi
sự gấp khúc của chuỗi polypeptid.
TTH gồm nhng aa có nhóm hóa häc cã ho¹t
tÝnh cao nh: Ser (-OH), His (imidazol), Cys (-SH), Glu
(-COOH), Lys (-NH2). Các aa này có thể xa nhau ở
cấu trúc bậc 1 nhng lại gần nhau trong cÊu tróc kh«ng
gian.


* C¸c nhãm chøc năng cđa TTHĐ: cã 3 nhãm
+ Nhãm tiÕp xóc: cã t¸c dơng liên kÕt víi c¸c nhóm
trên phân tử cơ chất để gi cơ chất ở TTH.
Nhóm tiếp xúc quyết định tính đặc hiệu của enzym.
+ Nhóm xúc tác: phn ứng trực tiếp với cơ chất, làm
biến đổi cấu tạo điện tử của cơ chất để sẵn sàng tạo
thành sản phẩm.
+ Các nhóm tham gia duy trỡ hỡnh dạng không gian
của TTH của enzym để phù hợp với cơ chất trong khi
gắn và phn ứng với c¬ chÊt.

Cã enzym chØ cã mét TTHĐ, có enzym cã hai hay
nhiều TTH, các TTH của 1 phân tử enzym có thể
giống nhau hoc khác nhau về cấu tạo và chức nng,
nên 1 phân tử enzym có thể xúc tác nhiỊu phản øng
hãa häc kh¸c nhau.


* Các giả thuyết về sự hỡnh thành TTH của E
+ Theo Fisher (1894):
TTH của enzym đợc hỡnh thành sẵn với cấu trúc
không gian nhất định. Cơ chất có cấu trúc tng ứng
với cấu trúc của TTH mới đợc kết hợp vào, sự t/ứng
này có thể ví nh ổ khóa với chỡa khóa.
+ Theo Koshland:
TTH của enzym mềm dẻo và linh động, các
nhóm chức nng của TTH vẫn tự do cha ở t thế sẵn
sàng hoạt động.
Khi tiếp xúc với cơ chất thỡ chính cơ chất gây ra
cảm ứng không gian làm biến đổi hỡnh dạng phõn tử
E. Các nhóm chức nng của TTH di chuyển và định
hớng thích hợp, chính xác để thành lập TTH có cấu
trúc không gian t¬ng tù c¬ chÊt.
TTHĐ cđa E chØ thùc sù hình thành trong quá trỡnh
tiếp xúc gia E và cơ chất
gọi mô hỡnh này là mô
hỡnh tiếp xúc cảm ứng.


3.3. Cơ chế hoạt động của enzym
Trong qtrỡnh hoạt động xúc tác của E, đk trớc hết

là cơ chất phải đợc gắn vào TTH của E để tạo phức
hợp E-S.

E + S

E-S

Trong quá trỡnh tiếp cận nhau để tạo phức E - S,
cấu trúc p/tử E luôn biến đổi nhằm đảm bảo các nhóm
hóa học đặc biệt của TTH của E đợc tiếp xúc thuận
lợi với cơ chất.
Dới t/d của cỏc nhóm hoạt động của E, cấu tạo
điện tử của cơ chất bị biến đổi, nhng l/kết chịu tác
dụng trực tiếp của E bị cng ra, bị xoắn vặn, độ bền
vng của l/kết bị giảm đi, hoạt tính hóa học của cơ
chất tng lên rất nhiều. Chỉ cần NL hoạt hóa rất nhỏ
cũng làm cho p/ứ xảy ra nhanh chóng (vỡ sinh ra NL tự
do làm giảm NL hoạt hóa). Dới t/d của E sẽ biến cơ
chất thành sản phẩm và E đợc giải phóng ra.


E + S

E-S

E + P

4. Tốc độ phản ứng của E và các yếu tố
ảnh hởng.
4.1. Tốc độ phản ứng của E

- ối với E, thờng (đại đa số E) ngời ta không xác định
đợc nồng độ thực của nó mà chỉ xác định đợc đơn vị
hoạt độ của E.
Theo qui ớc Quốc tế: một đơn vị E là một lợng E
nào đó xúc tác sự biến đổi một micromol cơ chất thành
sản phẩm trong 1phút dới nhng điều kiện quy định.
- Tốc độ p/ứ E thờng đợc xác định bằng sự biến đổi
nồng độ cơ chất, hoặc sự biến đổi nồng độ sản phẩm,
hoặc sự biến đổi coenzym của p/ứ trong một đơn vị
thời gian nhất định với nhng ®iỊu kiƯn nhÊt ®Þnh.


4.2. Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng E
4.2.1. ảnh hởng của nồng cơ chất
Trong các phn ứng E, khi các điều kiện khác nh:
nhiệt độ, pH, lực ion, hằng định thi tốc độ p/ứ của E
phụ thuộc vào nồng độ cơ chất và nồng độ E.
Nếu nồng độ enzym hằng định thi tốc độ p/ứ E chỉ
phụ thuộc vào nồng độ cơ chất:
Khi nồng độ cơ chất tng dần lên thi tốc độ p/ứ E
sẽ tng dần lên tới tốc độ cực đại (Vmax).
th biểu diễn nồng độ
cơ chất ảnh hởng đến
tốc độ của enzym

Vmax
1/2Vmax

Km

(S)


Trong phản ứng enzym, muốn đạt tới tốc độ cực
đại, nồng độ phân tử của cơ chất phải lớn hơn nồng độ
phân tử enzym hàng triệu lần và bao giờ cũng ở trạng
thái thừa cơ chất.
Thuyết Michaelis - Menten đà giải thích sự liên
quan gia tốc độ phản ứng enzym với nồng độ cơ chất
đa ra hằng số Michaelis (Km) là một hằng số đặc trng
cho mỗi enzym đối với 1cơ chất nhất định.
Km là nồng độ cơ chất (mol/lít) đủ làm cho tốc độ
phản ứng enzym đạt tới 1 nửa tốc độ cực đại (Vmax).

4.2.2. nh hởng của nhiệt độ
Trong các phn ứng enzym, nhiệt độ có tỏc dụng
làm tng tốc độ phn ứng lên đến tốc độ cực ®¹i.


- nhiệt độ enzym cha bị biến tính (0OC - 50OC):
Khi nhiƯt ®é tăng thì tèc ®é phản øng tng, nếu
nhiệt độ tng lên 10O thỡ tốc độ phn ứng enzym tng
khoảng 2 lần.
Khi nhiệt độ tng lên khoảng 60OC - 70OC thỡ phần
lớn enzym bị biến tính, nhiệt ny là nhiệt độ tới hạn.
- Mỗi E có một nhiệt độ thích hợp (tối u) cho sự hoạt
động xúc tác. nhiệt độ đó thỡ phn ứng đạt tới tốc độ
cao nhất.
Nhiệt độ thích hợp của đa số các enzym ở cơ thể
động vật là 37OC - 45OC, ở VSV có nhiệt độ thích hợp

cao hơn V (VSV chịu đợc nhiệt độ cao).
VD: Amylase ở V, nhiệt độ thích hợp là 40OC
Amylase ở VSV, nhiệt độ thích hợp lµ 70OC


- Nhiệt độ thích hợp của một enzym không cố định mà
phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh thời gian tác dụng càng
dài thỡ nhiệt độ thích hợp càng thấp, phụ thuộc vào
nồng độ enzym, nồng độ cơ chất.
- ở nhiệt độ thấp thỡ hoạt độ của enzym giảm, ở 0OC
hoạt độ của enzym không còn đáng kể, khi tng nhiệt
độ lên thỡ hoạt độ của enzym sẽ tng (vỡ enzym không
bị biến tính ở nhiệt độ lạnh).
ứng dụng để bảo quản enzym

4.2.3. ảnh hởng của pH
- Mỗi enzym có một pH tối u (thích hợp) cho sự hoạt
động của enzym. ở pH tối u đó tốc độ phản ứng cđa
enzym lµ lín nhÊt.