Tài liệu PHẦN I: SINH HỌC TẾ BÀO CHƯƠNG IV: NĂNG LƯỢNG VÀ ENZYME pdf

1
PHẦN I: SINH HỌC TẾ BÀO
CHƯƠNG IV: NĂNG LƯNG VÀ
ENZYME
TS. Nguyễn Hồi Hương
IV.1. Tổng qt về năng lượng
1) Định nghĩa năng lượng
Năng lượng = khả năng sinh cơng
Tế bào = nhà máy chuyển hóa năng lượng
lấy năng lượng từ bên ngồi
thực hiện các phản ứng hóa học trong tế bào
vận chuyển vật chất
vận động.
Các dạng năng lượng theo nguồn gốc: quang năng; hóa năng…
Hai trạng thái năng lượng chuyển hóa lẫn nhau:
Động năng: năng lượng của hoạt động
Thế năng: năng lượng dự trữ
2) Các định luật nhiệt động học
Định luật 1: Tổng năng lượng trước khi chuyển hóa bằng
tổng năng lượng sau khi chuyển hóa;
Năng lượng khơng thể tự sinh ra hay tự mất đi.
• Đònh luật 2: Trong
một hệ kín, mặc dù
năng lượng tồn
phần khơng đổi, sau
mỗi chuyển hóa
năng lượng tự do để
thực hiện cơng ln
ít hơn năng lượng
ban đầu.
Cách phát biểu khác của định luật 2:

Trong một hệ kín với nhiều chuyển hóa năng lượng, năng lượng có ích (tự
do) giảm và năng lượng vơ ích tăng.
Năng lượng
vơ ích =
nhiệt
2
Trong phản ứng hóa học:
Liên kết hóa học đang tồn tại bị phá vỡ, liên kết hóa học mới được hình
thành, dẫn đến thay đổi năng lượng tự do:
•
∆
G = G
sản phm
– G
chất phản ứng
•
∆
G =
∆
H - T
∆
S
H = G + TS hay G = H – TS
H = enthalpy =năng lượng chứa trong liên kết hóa học
G = năng lượng tự do = năng lượng dùng để phá vỡ hoặc
tạo liên kết hóa học = năng lượng sinh cơng;
S = entropy đo mức độ hỗn loạn của hệ thống (nhiệt sinh
ra do chuyển động hỗn loạn của phân tử).
3) Năng lượng tự do
Phản ứng cần năng lượng

∆
G > 0
Phản ứng tỏa năng lượng
∆
G < 0
Ý nghĩa của giá trị năng lượng tự do:
Năng lượng
(nhiệt hay năng
lượng chuyển
sang phân tử
khác)
Năng lượng được giải phóng khi liên
kết hóa học bò phá vỡ
Phản ứng thủy phân = Phản ứng giải phóng năng lượng
Năng lượng đã sử dụng
tạo nên liên kết nay
được trữ trong phân tử
sản phẩm
Phản ứng tổng hợp = Phản ứng cần năng lượng
Cần cung cấp năng lượng
để tạo liên kết
3
4) Năng lượng hoạt hóa (activation energy)
Năng lượng dùng để phá vỡ liên kết hóa học đang tồn tại
Năng lượng hoạt hóa của phản ứng
Không có xúc tác Có xúc tác
5) ATP (adenosine triphosphate)- năng lượng của tế bào
a) Cấu tạo
Nucleotide
 Base: adenine

 Đường: ribose
 Phosphate: 3
nhóm
Chức năng:
i) Đơn vị cấu tạo acid nucleic
ii) Năng lượng của tế bào ATP
Tổng hợp ATP từ
ADP và Pi cần
năng lượng
Phản ứng tỏa nhiệt:
 Dị hóa
 Hô hấp tế bào
Phản ứng thu nhiệt:
 Đồng hóa
 Vận chuyển tích cực
 Vận động tế bào
Thủy phân ATP thành
ADP và Pi giải
phóng năng lượng
Ví dụ về sự sử dụng năng lượng ATP của tế bào
Phản ứng tỏa nhiệt
Phản ứng thu
nhiệt
Phản ứng thu nhiệt
4
IV.2. Enzyme
1) Enzyme là chất xúc
tác sinh học
a) Enzyme là chất xúc
tác: Làm giảm năng

lượng hoạt hóa
Phản ứng không
enzyme xúc tác
Phản ứng có
enzyme xúc tác
b) Đa số Enzyme là chất xúc tác sinh học
Bản chất hóa học của enzyme: protein (loại trừ ribozyme là RNA)
Cấu trúc không gian: hình dạng phân tử enzyme, vị trí tâm hoạt động
(active site) quyết định hoạt động của enzyme.
Enzyme có tính đặc hiệu cao: mỗi enzyme khớp vừa với cơ chất xác
định, tương tác với xúc tác một phản ứng xác định.
Tâm hoạt
động
Cơ chất
Các bước của phản ứng enzyme:
Bước 1. Cơ chất liên kết với enzyme tại vị trí tâm hoạt động - Tạo phức hợp
enzyme (E) – cơ chất (S)
Bước 2. Amino acid tại tâm hoạt động tương tác với cơ chất làm bẻ gãy liên
kết trong cơ chất.
Bước 3. Sản phẩm (P) rời khỏi enzyme. Enzyme tự do để liên kết với phân tử
cơ chất kế tiếp.
Liên kết
Cơ chất
đường đôi
Phức hợp
enzyme-
cơ chất
Liên kết bị bẻ
gãy
Sản phẩm tạo

thành rời
enzyme
2) Cơ chế xúc tác của enzyme
• E + S ↔ [ES] ↔ E + P
Bước 2 trong
cơ chế phản
ứng enzyme:
ba cách cách
tương tác
enyme – cơ
chất
a) Enzyme định
hướng các phân
tử cơ chất để
tạo liên kết mới
b) Enzyme tạo
sức căng cho
phân tử cơ chất
để bẻ gãy liên
kết hiện hữu
c) Enzyme làm
thay đổi nhóm
hóa học tại tâm
hoạt động
5
3) Tâm hoạt động của
enzyme
Hai yếu tố quyết định tính
chất đặc hiệu của
enzyme:

i) Hình dạng tâm hoạt động
ii) Nhóm chức tại tâm hoạt
động
Enzyme lysozyme (nước bọt, nước
mặt) thủy phân polysacchride
vách tế bào vi khuẩn
Cơ chất
polysaccharide
Mô hình ống khóa-chìa khóa
(Lock-and-Key Model of
Enzyme-Substrate Binding)
Tâm hoạt động có hình dạng bổ
sung về mặt không gian với cơ
chất để bắt cặp.
Emil Fischer 1894
Daniel E. Koshland Jr. 1958
Mô hình lấp kín do cảm ứng
(Induced-Fit Model of
Enzyme-Substrate Binding)
Cơ chất gắn vào tâm hoạt động
làm thay đổi hình dạng tâm hoạt
động sao cho chúng bắt cặp bổ
sung về mặt không gian.
i) Hình dạng tâm hoạt động và mô hình phức hợp enzyme-
cơ chất
Thành phần tâm
hoạt động:
- Amino acid của
protein enzyme
-Thành phần phi

protein của enzyme
gọi chung là cofactor.
-Phân loại cofactor:
Cofactor: kim loại
Coenzyme: các
chất hữu cơ gắn tạm
thời vào enzyme
Nhóm phụ
(prosthetic group):
phân tử riêng biệt
gắn thường trực vào
enzyme
Apoenzyme + Cofactor = Holoenzyme
4) Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme
t
opt
enzyme cơ thể
người
t
opt
enzyme vi
khuẩn suối
nước nóng
 t< t
opt
: Liên kết hydro, tương tác kị nước quá chặt chẽ - hình dạng tâm
hoạt động ít khớp với cơ chất.
 t
opt
: nhiệt độ tối ưu của phản ứng enzyme: hình dạng tâm hoạt động

vừa khớp với cơ chất.
 t> t
opt
: chuyển động ngẫu nhiên của nguyên tử trong enzyme tăng
thắng luên kết tương tác yếu – tâm hoạt động không còn khớp cơ chất.
 t>>t
opt
: enzyme bị biến tính.
a) Ảnh hưởng
của nhiệt độ