Tổng hợp Hóa sinh Enzym

Chương 5. ENZYM
(p.62)

Phần. CÁCH GỌI TÊN VÀ PHÂN LOẠI
1. Cách gọi tên
ST
T
1
2
3
4

Cách gọi tên

Ví dụ

Tên cơ chất + ase
Tên tác dụng + ase
Tên cơ chất, tác dụng + ase
Tên thường gọi: không có đuôi ase

urease, proteinase
oxidase, aminotransferase, decarboxylase…
lactat dehydrogenase, tyrosin, decarboxylase…
pepsin, trypsin…

2. Phân loại
EC2.7.1.1  Enzym thuộc loại 2 – dưới lớp 7 – nhóm 1 – STT trong nhóm là 1

2. Transferase (oxy hóa khử)1. Oxido.reductase

Loại

Phản ứng
AH2 + B  A + BH2

Xúc tác phản ứng vận
chuyển các nhóm hóa học
(không phải H)
từ phân tử này sang phân tử
khác hay giữa các phần
khác nhau
của cùng một phân tử

Dưới lớp
Dehydrogenase

Đặc điểm
Sử dụng các phân tử không
phải oxy là chất nhận e

Oxidase
Reductase

Sử dụng oxy là chất nhận e
nhưng không tham gia vào
thành phần cơ chất
Đưa H và e vào cơ chất

Catalase
Peroxidase

Oxygenase
(hydroxylase)

2H2O2  O2 + 2H2O
H2O2 + AH2  A + 2H2O
gắn một nguyên tử oxy vào cơ
chất

Ví dụ
Lactat
dehydrogenas
e
cytochrom
oxidase,
xanthin oxidase

-cetoacyl
-ACP
reductase

Cytp-450 xúc
tác phản ứng:

RH + NADPH + H+ + O2 
ROH + NADP+ + H2O

Aminotransferas vận chuyển -NH2 từ acid amin AST, ALT
e
sang acid alpha cetonic
Transcetolase và

chuyển đơn vị 2C và 3C
transaldolase
Các acyl-, metyl-, glucosyl-transferase, phosphorylase
Các kinase
chuyển gốc phosphat từ ATP
Hexokinase
vào cơ chất
Các thiolase
Chuyển CoA –SH vào cơ chất acyl CoA

-acetyl transferase

Các polymerase

DNA/ RNA
polymerase


(thủy phân)3.(enzym
Hydrolase
vận chuyển nhóm)
(phân cắt)4. Lyase
6. Ligase (đồng phân)5. Isomerase

AB + H2O  AH + BOH

Các esterase

Thủy phân liên kết este

Các glucosidase
Các protease
Các phosphatase
Các
phospholipase
Các amidase
Các desaminase

Thủy phân liên kết glycosid
Thủy phân liên kết peptid
Thủy phân lk este phosphat
Thủy phân lik este phosphat
trong phân tử phospholipid
Thủy phân lk N-osid
thủy phân liên kết C- N, tách
nhóm amin ra khỏi cơ chất
thủy phân liên kết este
phosphat trong DNA hay RNA
Cắt CO2 khỏi cơ chất

Các nuclease
Loại bỏ một nhóm hóa học
khỏi cơ chất mà không có
sự tham gia của phân tử
nước
AB  A + B

decarboxylase
Các aldolase
Các lyase

Các hydratase
Các dehydratase
Các synthase

Chuyển đổi các dạng đồng
phân bằng cách sắp xếp lại
phân tử

Các racemase
Các epimerase
Các isomerase
Các mutase

Kết hợp các phân tử thành 1
phân tử lớn hơn, dùng ATP
hay nucleosidtriphossphat
khác cung cấp năng lượng

Cắt 1 phân tử aldehyd từ cơ
chất
arginosuccinase
gắn 1 phân tử nước vào cơ
chất
Cắt 1 phân tử nước từ cơ chất
gắn 2 phân tử mà không cần
có sự tham gia của ATP
Chuyển dạng đp D và L
Chuyển dạng đp epime

triacylglycerol

lipase

nucleoside
adenosin
deaminase
glutamat
decarboxylase

fumarase
-hydroxyacylACP dehydratase
ATP synthase,
glycogen synthase,
citrat synthase

ribose-5 phosphat
epimerase

chuyển đồng phân nhóm chức
aldehyd và ceton
chuyển nhóm hóa học giữa các
nguyên tử trong 1 phân tử

Synthetase
Carboxylase
Ligase

pyruvat
carboxylase
DNA ligase

(tổng hợp)
Phần. CẤU TRÚC PHÂN TỬ ENZYM
1. Thành phần cấu tạo
- Là các phân tử protein có kích thước lớn, từ 12kDa - 1000kDa hoặc hơn, phần lớn có kích thước lớn hơn cơ
chất
- Gồm 2 loại:
+ Enzym thuần: chỉ do acid amin cấu tạo nên
+ Enzym tạp: Holo.enzym = Apo.enzym + cofactor (chất cộng
tác)


Apoenzyme: là phần protein mang những đặc tính cơ bản
của enzym



Chất cộng tác (Cofactor) có thể là:


ion kim loại: Zn2+, Fe2+, Cu2+, kim loại khác

(1)



Các coenzym: là các cofactor hữu cơ, thường là vitamin hoặc dẫn xuất của chúng, thường có
trong thành phần enzym oxy hóa khử và vận chuyển nhóm

Một số cofactor gắn đồng hóa trị (rất chặt) với enzym gọi là nhóm phụ (prosthetic group).

(1)

enzym có cofactor là kim loại gọi là enzym kim loại. Vai trò của KL ở đây:

(1) tham gia trực tiếp vào phản ứng xúc tác của enzym
(2) Hoạt động như 1 chất oxy hóa khử
(3) Tạo thành 1 phức hợp với cơ chất

2. Trung tâm hoạt động của enzym
- Định nghĩa: Là vùng đặc biệt trên phân tử enzym, gắn với với cơ chất của nó. Mỗi enzym có thể có 1 hoặc vài
TTHĐ
- Thành phần: Gồm các nhóm hóa học và các liên kết tiếp xúc trực tiếp/không trực tiếp với cơ chất nhưng có
chức năng trực tiếp trong quá trình xúc tác


- Quan hệ giữa TTHĐ và cơ chất: Gồm 2 giả thuyết
+ Thuyết ổ khóa và chìa khóa của Fisher: cơ chất vừa khít với TTHĐ
+ Thuyết mô hình cảm ứng không gian của Koshland:


Enzym thay đổi cấu hình để tiếp nhận trạng thái chuyển tiếp
của cơ chất



Sự thay đổi cấu hình của enzym làm căng giãn cơ chất, đẩy cơ
chất vào trạng thái chuyển tiếp


3. Các dạng cấu trúc của phân tử enzym

- Enzym đơn chuỗi và đa chuỗi:
+ Đơn chuỗi (monomer): chỉ có 1 chuỗi polypeptid, ví dụ ribonuclease,
lipase, pepsin…
+ Đa chuỗi (oligo/polymer): AST 2 chuỗi, CK 2 chuỗi, LDH 4 chuỗi, RNA
polymerase 5 chuỗi, GLDH 40 chuỗi
- Enzym dị lập thể (allosteric enzyme): có thể đơm chuỗi hoặc đa chuỗi,
ngoài TTHĐ còn có trung tâm dị lập thể.


TT dị lập thể dương: gắn chất hoạt hóa, làm tăng hoạt tính enzym
(chất hoạt hóa dị lập thể thường đứng trước cơ chất trong chuỗi phản
ứng)



TT dị lập thể âm: gắn chất ức chế, làm giảm hoạt tính enzym (chất ức chế dị lập thể thường đứng sau cơ
chất trong chuối pư hoặc là sản phẩm cuối cùng của chuỗi phản ứng)

- Các dạng phân tử của enzym (isoenzym hoặc isozym)
+ Cùng xúc tác một phản ứng hóa học nhưng tồn tại dưới các dạng phân tử khác nhau, có tính chất vật lý và hóa
học khác nhau.
+ Ví dụ: LDH có 4 tiểu đơn vị (mỗi tiểu đơn vị là 1 chuỗi polypeptid: H-chuỗi gốc tim, M-chuỗi gốc cơ)
LDH1: HHHH (isoenzym kiểu tim)
LDH2: HHHM
LDH3: HHMM
LDH4: HMMM
LDH5: MMMM (isoenzym kiểu gan)

- Các tiền chất của enzym:
+ Dạng chưa hoạt động (proenzym hay zymogen)

+ Khi bị cắt đi 1 đoạn peptid che lấp TTHĐ thì trở nên có hoạt tính
+ Có tiếp vĩ ngữ -ogen hoặc tiếp đầu ngữ pro-. Ví dụ: pepsinogen, prothrombin

- Phức hợp đa enzym:
+ Gồm nhiều enzym khác nhau nhưng có liên quan trong 1 quá trình chuyển
hóa, kết lại thành 1 khối. Nếu tách riêng các enzym mất hoạt tính, kết tụ lại 
tăng hiệu lực và hiệu quả xúc tác
+ Ví dụ: Phức hợp pyruvat dehydrogenase (xúc tác chuỗi phản ứng biến
pyruvat  acetyl CoA) gồm: pyruvat dehydrogenase, dihydrolipoyl transacetylase, dihydrolipoyl dehydrogenase


Phần. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC COENZYM
-Một số coenzym gắn lỏng lẻo hoặc tạm thời với enzym, hoạt động như cơ chất thứ hai.

Coenzym Niacin (B3): NAD+ và
NADP+ (2)

-Một số coenzym gắn chặt với protein enzym được gọi là nhóm ngoại (nhóm phụ?), có chức năng hoặc gần như
vị trí hoạt động trong quá trình xúc tác.

Thiamine
tetrahydrofFolat hay
CácFMNCoenzym
Coenzym
pyrophosph
A
Coenzym 2+ (B2):
olat (dạng
Fe
(CoA

ate SH)
(TPP)
acid lipoic porphyrin
và FAD (3) Flavin
khử)
Biotin

Các coenzym vận chuyển nhóm

Coenzym oxy hóa khử

1. Coenzym oxy hóa khử
- Chức năng: vận chuyển 2 điện tử và một H+ giữa chất cho và chất nhận (xúc tác bởi
dehydrogenase)
- Thiếu hụt B3 (nicotinic acid) pellagra: các tổn thương da, sưng lưỡi, các rối loạn thần
kinh, tinh thần

Chức
năng:
cả 2 hoạt
động
như
nhóm
ngoại,
tham
Là coenzym của hệ thống cytochrom, catalase, peroxidase, monooxygenase và gia phản
dioxygenase
2CytbFe2+ + 2Cytc Fe3+  2CytbFe3+ + 2Cytc Fe2+
H2O2  2H2O + O2
- Là acid béo chứa 2 nhóm sulfur (-SH), tên đầy đủ 6,8-dithio octanoic acid

- Nó tham gia phức hợp enzym khử carboxyl oxy hóa của acid pyruvat và acid cetoglutarat cùng với các coenzym khác như TPP, coenzym A, FAD, NAD+
- Phản ứng khử carboxyl (decarboxylation) và transcetolase
- Thiamine hay vitamin B1, chứa pyrimidin và thiazol.
- Thiếu hụt gây: bệnh beri-beri, tổn thương thần kinh ngoại biên, chuột rút…
-Gồm acid panthotenic nối với thioethanolamin
-Hoạt hóa nhóm carbonyl và vận chuyển acyl (acetyl- CoA), tổng hợp chất béo và steroid
- pantothenic acid (vitamin B5)
-Thiếu hụt B5: rối loạn tiêu hóa, cảm xúc không ổn định, cảm giác rát bỏng đầu chi
-vận chuyển 1carbon hay format
-vitamin = folic acid
-Thiếu hụt: thiếu máu nguyên hồng cầu khổng lồ
- Nhóm ngoại của enzym carboxylase
- Phản ứng carboxyl hóa
-vitamin = biotin


Pyrodoxal
phosphat

-Phản ứng decarboxyl, transaminationvà racemase
-vitamin pyridoxin hay vitamin B6

(2)

Nicotin.amid-Adenin Dinucleotid (Phosphat)

(3)

Flavin MonoNucleotide (FMN) và Flavin Adenine Dinucleotide (FAD)

Phần. CƠ CHẾ XÚC TÁC CỦA ENZYM
1. Sự biến thiên năng lượng tự do (∆G<0)
- Năng lượng tự do (G) của một hệ thống phản ứng là năng lượng có thể tạo công có ích.
- Phản ứng hóa học chỉ có thể xảy ra theo chiều năng lượng tự do giảm: biến thiên năng lượng phải âm (ΔG<0)
- Tuy nhiên vật chất có sức ì về hóa học, nên dù phản ứng có ΔG<0 vẫn chưa tự xảy ra được
2. Sức ì về mặt hóa học của vật chất
- Do các yếu tố:
+ Entropy (sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử vật chất)
+ Lớp áo nước cản trở cơ chất
+ Hình thể không gian cồng kềnh của cơ chất
+ Sự sắp xếp chưa định hướng các nhóm chức năng trên phân tử enzym
- Muốn phản ứng hóa học xảy ra phải cung cấp năng lượng để thắng sức ỳ của vật chất, năng lượng ấy gọi là
năng lượng hoạt hóa.
3. Năng lượng hoạt hóa
- Để tham gia phản ứng, các phân tử căng giãn ra và sắp xếp điện tử.
- Các phân tử đi vào trạng thái năng lượng cao  “trạng thái chuyển tiếp”
- Năng lượng cần thiết để tạo ra trạng thái này được gọi là năng lượng hoạt
hóa của phản ứng.
- Sự thay đổi năng lượng tự do cho sự vượt qua hàng rào chuyển tiếp càng
cao, tốc độ phản ứng càng chậm.

4. Cơ chế tác dụng của enzym
-Enzym làm giảm hàng rào năng lượng bằng cách chuyển các phân tử tham gia phản ứng qua trạng thái chuyển
tiếp khác.
-Trạng thái này liên quan đến sự tương tác với enzym.


Phần. ĐỘNG HỌC ENZYM
1. Tốc độ phản ứng enzym

- Định nghĩa: Tốc độ phản ứng enzym là sự thay đổi nồng độ S hay P trong 1 phút ở 25 0C trong các điều kiện
chuẩn hóa. (S: nồng độ cơ chất, P: sản phẩm)
- Hằng số tốc độ k có thể được định nghĩa: Tốc độ = v = Δ[P]/Δt= k [S]
- Đơn vị đo tốc độ phản ứng enzym: IU (International units), là lượng enzym làm biến đổi 1 mol cơ chất thành
sản phẩm trong 1 phút ở 250C dưới các điều kiện được chuẩn hóa.
- Tốc độ ban đầu (v): Là tốc độ phản ứng ở thời gian đầu tại một nồng độ E, S, nhiệt độ và pH nhất định; chưa
bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ, pH, nồng độ sản phẩm phản ứng.
- Tốc độ cực đại (Vmax): Với 1 nồng độ E nhất định, nhiệt độ và pH nhất định, khi tăng S thì tốc độ phản ứng
tăng. Khi tất cả các E bão hòa S thì tốc độ phản ứng đạt tối đa.
2. Thuyết Michaelis-Menten về vai trò của S trong việc hình thành phức hợp ES
- Phương trình và đồ thị:
k-1

k2

E + S  E●S  E+ P
k1
Với:
V0: tốc độ phản ứng
Vmax: tốc độ tối đa
[S]: nồng độ cơ chất
KM: hằng số Michaelis của enzym đối với cơ chất
(mol/L)

- Nhận xét:
+ Khi [S] <<< KM, ta có phương trình:  Tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc [S]  phản ứng động học bậc 1 (đồ thị
y=ax)
+ Khi [S] = KM  V0=1/2 VM
+ Khi [S] >>> KM  V0=VM  phản ứng động học bậc 0
- Ý nghĩa của giá trị KM:

+ Là hằng số đặc trưng của mỗi enzym với cơ chất, thể hiện ái lực của enzym với cơ chất: KM càng nhỏ, ái lực
của enzym với cơ chất càng lớn (vì nó thể hiện chỉ cần 1 lượng nhỏ cơ chất tốc độ pư đã đạt bằng ½ VM) và
ngược lại
+ Muốn đạt được VM, [S] phải ≥ 100 lần KM
- Tuy nhiên, phương trình và đồ thị này không đủ chính xác để đánh giá mối liên hệ KM, VM  Phương trình
nghịch đảo hay đồ thị Lineweaver-Burk


+ Đồ thị dạng y=ax+b
+ Ý nghĩa:


Tuyến tính nên có thể tìm Km và
Vmax dễ dàng



Công cụ xác định pH và nhiệt độ
tối ưu



Công cụ xác định loại chất ức chế

Phần. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYM
Enzym có trong huyết thanh với lượng rất nhỏ  LS đo hoạt độ enzym chứ không đo nồng độ enzym
1. Nồng độ cơ chất [S]
Theo phương trình và đồ thị Mechaelis-Menten
2. Nồng độ enzym [E]
- Với cùng 1 lượng cơ chất, tốc độ tăng khi [E] tăng

- KM không phụ thuộc [E]
3. Nhiệt độ
- Enzym biến tính bắt đầu từ 40- 50oC
- Ở ranh giới nhiệt độ enzym chưa bị biến tính, cứ tăng 10oC thì V tăng 2 lần (hệ số nhiệt Q10=2)
4. pH môi trường
- Enzym có bản chất protein nên chúng mang điện  chỉ hoạt động trong 1 ranh giới pH nào đó (thường 7-8) và
tối ưu ở một pH đặc hiệu (nói cách khác: pH ảnh hưởng trạng thái mang điện của TTHĐ)
5. Các chất hoạt hóa
- Là các chất làm tăng tốc độ phản ứng enzym hoặc chuyển enzym từ trạng thái không hoạt động  hoạt động
- Thường là các ion kim loại (Ca2+, Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+, K+) hoặc á kim (Br-, Cl-)
- Cơ chế:
+ Tạo nên 1 vị trí hoạt động tích điện dương để có thể tác động vào các nhóm tích điện âm của cơ chất
+ Một số khác: thay đổi cấu hình không gian của enzym  làm ổn định cấu trúc bậc 3, 4  dễ gắn với cơ chất
+ Liên kết cơ chất với enzym, coenzym  tạo sựu oxy hóa/sự khử


6. Các chất ức chế
Đặc điểm
Vị trí gắn của chất ức
chế
Tác dụng của tăng
nồng độ cơ chất
Hậu quả

Ức chế cạnh tranh
TTHĐ của E
Sự ức chế là thuận nghịch 
Tăng [S] giúp giảm được sự
ức chế
↑KM  cần nhiều cơ chất hơn

để đạt động học bậc 0
Vmax không đổi

Ức chế ko cạnh tranh
Gắn vào E hoặc ES ở vị
trí khác TTHĐ
Không khắc phục được ức
chế vì chất ức chế ko gắn
vào TTHĐ của enzym
KM không đổi
Vmax ↓

Ức chế phi cạnh tranh
Gắn vào ES ở vị trí khác
TTHĐ
Làm tăng sự ức chế do
tạo nhiều phức hợp ES
hơn để chất ức chế gắn
KM ↓
Vmax ↓