Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 3: Enzyme

Chƣơng 3:
ENZYME


3.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
3.1.1. Khái niệm chung về hiện tƣợng xúc tác
- Chất xt = chất làm tăng t/độ các pứ. h/học, sau
pứ.thường không bị b/đổi, không tiêu hao và không
th.gia vào th.phần của s.phẩm.
- Năng lượng họat hóa = NL cần phải c.cấp để pứ
có thể xảy ra được.
- Chất xt làm giảm NL h.hoá của các pứ h.học 
làm pư. diễn ra nhanh.


- En zyme = trong tế bào men
Pastuer (phái sinh lực) >< Libig (E là một chất, tách khỏi
TB vẫn hđ cn)
- Đầu TK 20, Büchners dùng nước chiết từ Saccharomyces
cerevisie cho t.động lên tinh bột, t.bột  rượu

- Năm 1926, Sumner tinh chế được urease
Ph.tích  urease được c.tạo từ các aa  urease là protein
- Năm 1929, Northrop, tinh khiết được pepsin từ dịch vị;
Ph.tích thấy pepsin là protein
- Đến nay, trên 3000 E đã được m.tả chi tiết, nhiều E đã
được ph.lập. Người ta đã kh.phá ra ctb1, c.trúc kh.gian và
mô tả chi tiết CCTĐ của nhiều E.


3.1.2. Enzyme là chất xúc tác sinh học

- E = chất x/t s/học (biocatalyst), làm tăng t/độ các p/ứ h/sinh
- Có đầy đủ t/chất c/bản của chất x/t: chỉ làm tăng t.độ p.ứ,
không th/gia vào s.phẩm cuối cùng, (làm tăng t/độ cả 2 chiều
p/ứ, làm p/ứ chóng đạt tr/thái c/bằng).
- Enzyme ưu điểm hơn các chất x/t h/học thơng thường:
• Hiệu quả x/t vơ cùng lớn
• Có tính đặc hiệu theo kiểu p/ứ và cơ chất
• X/t trong những đ/k m/trường tương đối ổn định
• Hoạt tính x/t có thể được điều khiển

- Nhược điểm:
• Mẫn cảm với nhiều y/tố
• Luôn bị ph/giải và tái t/hợp trở lại


Càng ngày càng có nhiều ph/hiện mới về E; mơn enzyme học
(Enzymology) đã hình thành
Các hướng n/c của enzyme học:
- Cấu trúc ph/tử E và gi/thích ch/năng của E
- Động học của các p/ứ E
- Giải thích cơ chế các p/ứ E
- Isozyme (isoenzyme) và sự ph/bố của E
- Q/hệ giữa E và các h/tượng bệnh lý
- Việc s/dụng E trong thực tiễn
- Tổng hợp các E nhân tạo


3.1.3. 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 b/đổi 1 mol cơ chất trong th/gian 1 phút ở đ/k
chuẩn (30o C, pH tối ưu, bão hoà cơ chất).

- Năm 1972, IUB đưa ra đơn vị mới là katal (kat): 1kat là lượng

chất x/t làm biến đổi 1 mol cơ chất trong th/gian 1 giây ở đ/k
chuẩn.
kat = 10-6 kat; ηkat = 10-9 kat

- Liên hệ giữa U và kat: 1U = 16,67 ηkat


3. 2. CẤU TRÚC VÀ CÁC DẠNG ENZYME
3.2.1. Phần lớn các enzyme có bản chất là protein
- E có b/c protein (trừ ribozyme hay riboenzyme, RNA có k/n xt)
- E = protein hình cầu, phần lớn (60-70%) là protein ph/tạp
- E đầu tiên được x/định ctb1: ribonuclease (của tụy bò, năm
1960), là E cắt lk phosphodiester trong ARN; ph/tử là 1 chuỗi
polypeptide có 124 aa, 4 cầu –S-S-. Cytochrome c (năm
1962) là 1 chuỗi có 104 aa, 1 nhóm hem chứa Fe.
- Đến nay đã biết c/tạo của hàng nghìn E. E có ng/tắc c/tạo,
các bậc c/trúc và các t/chất như bất kỳ 1 protein nào.
E giống các protein khác:
• E tan trong nước hoặc trong d/dịch muối lỗng.
• E cũng khơng qua được màng bán thấm.
• Tất cả các y/tố làm b/tính protein (acid đặc, kiềm đặc, muối KL
nặng, to cao, …) đều làm E b/tính và mất h/tính x/t.

• Chất gây k/tủa th/nghịch protein (amon sulfat, NaCl, d/môi
h/cơ ở to thấp) cũng t/động t/tự tới các ch/phẩm E  dùng các
chất này để k/tủa và ph/lập E.
• Tuỳ pH m/t, E mang điện dương, âm hay tr/hoà về điện 
điện di để ph/tích các loại E và các dạng p/tử E.
• Các E cũng được t/hợp dưới sự đ/khiển của các hệ gien.
• Cơ chế STH enzyme chính là c/chế STH protein.
Xét về c/trúc, có 2 loại enzyme:
• Đơn giản (1 th/phần)
• Phức tạp (2 th/phần):

protein (apoenzyme)
cofactor

Apoenzyme + cofactor ↔ holloenzyme


3.2.2. Các cofactor

Khái niệm:
- C/trúc nhỏ, không được c/tạo từ các aa
- Th/phần của các E ph/tạp, làm nh/vụ v/c các ng/tử hay etrong các p/ứ h/học mà E của nó xt.
Nhóm ghép
Hai loại cofactor:
Coenzyme
- Nhóm gép (prosthetic group) gắn chặt với apoenzyme, là
th/phần cố định của ph/tử E.
VD: FMN; FAD của dehydrogenase;
PLP của aminotransferase; Hem của các cyt.
- Coenzyme gắn lỏng lẻo với apoenzyme, dễ tách ra và nhập

lại, chạy giữa các apoenzyme.

VD: NAD+; NADP+ của các dehydrogenase


Bảng 3.1. Một số cofactor là dẫn xuất của vitamin

Một số E có nhóm ghép là kim loại.
E chứa kim loại = Metaloenzyme)


Cấu trúc của một số cofactor:
B/chất h.h khác nhau; p.tử thường chứa dị vòng - phần trực
tiếp th.gia p.ứ. hoặc có c/n nhận biết các đại p.tử. Nhiều
cofactor là d.x. của VTM, phần lớn chứa phosphate.

- Cofactor của các oxidoreductase:
NAD+ (Nicotinamide - Adenine - Dinucleotide)
NADP+ (Nicotinamide - Adenine - Dinucleotide - phosphate)
Là 2 d/x của vit. PP (nicotinamide, niacin)
PP: Pellagra Preventive
NAD+ và NADP+ là t/phần c/tạo của khoảng 250 E deh.


Cấu tạo và cơ chế h/động:

Một trong hai
H tách ra từ S
(H+ và e-) gắn
C4 trên vòng

pyridine,
(ethứ 2 gắn vào
N1, làm mất
dấu +, H+ thứ
2
gắn
với
apoenzyme
hoặc nhả ra
ngoài mt.


FMN: Flavin mononucleotide
FAD: Flavin – Adenine - Dinucleotide

D/x của vit. B2
(Riboflavin)


Dạng OXH (FAD, FMN) có màu vàng. Lõi h/đ là vòng
isoalloxasine (isoalloxasine ring)
FMN và FAD liên kết chặt với apoenzyme, tạo flavoprotein (FP)

Các FP th/gia v/c H trong các p.ứ OXHK: nhận H từ NADH,
NADPH hoặc tách H của S để tạo nối đôi; th/gia cả p.ứ. v/c ôxy
và v/c 1 e-.


Lipoate (6,8 dithioctanate)
COOH

+ 2H
S

S

-2H
Dạng OXH

COOH

SH

SH

Dạng khử

Lipoate gắn với apoen. nhờ l/k peptide giữa COOH
của nó và nhóm NH2-C của gốc Lys trong apoen.
Khi nhận H, vòng disulfide mở ra, tạo 2 nhóm SH.
E chứa lipoate tách H của aldehyde tạo ra acid
carboxylic (1 p.ứ. trong q/t khử carboxyl OXH của
ketoacid.


Coenzyme Q

V/c H, th/viên của chuỗi h/hấp

Cơ chế h.đ trong qt v/c điện tử:

Hem
Nhóm ghép của
oxidoreductase
(catalase,
peroxidase, các
cytochrome) v/c e-

Cơ chế v/c điện tử
của các cytochrome:


- Cofactor của các transferase:
ATP (adenosine triphosphate): cofactor của kinase, v/c
phosphoryl (-PO32-) tới OH của rượu, tới các acyl

VD: p.ư. hoạt hóa glucose


TPP (thiamine pyrophosphate) là dx của vit. B1
Vòng thiazol

Vitamin B1 (thiamine)

Hai vòng pyrimidine và thiazol gắn nhờ cầu -CH2-.
Phần th/gia p.ứ. là vịng thiazol, pyrimidine và
nhóm diphosphate gắn với apoen.

E có TPP là th.viên của tổ hợp đa E khử carboxyl
OXH của các ketoacid, tạo ra các acid ngắn hơn 1C

hoặc các thioester (R-CO-S-CoA).


PLP (pyridoxalphosphate) dx của vitamin B6
Có trong transaminase - chuyển amin
decarboxylase - khử carboxyl cho aa

Pyridoxal

Ngoài NAD(P+), PLP là cofactor thứ 2 có nhân pyridine


Coenzyme A, CoA.SH (coenzyme acyl hoá)
- V/c acyl,
- Acyl được gắn nhờ liên kết thioester

R - CO.S. CoA = Acyl.CoA (acid béo h.đ = acid béo h.hóa)
CH3CO.S.CoA = acetyl.CoA (a. acetic h.đ).


3.2.3. Trung tâm hoạt động của enzyme
- Vùng kh/gian gi/hạn nhỏ, chứa các nhóm c/n được ph.bố,
định hướng một cách chính xác. Các nhóm c/n này là th.phần
của các gốc aa xa nhau trên chuỗi polypep., song gần nhau
trong kh.gian nhờ sự gấp cuộn của chuỗi (nhờ ctb 3).
- Là nơi gắn S, chứa các
• NH2 của Lys
nhóm chức góp phần
• :OH của Ser
trực tiếp vào việc cắt đứt

• :SH của Cys
hay hình thành các lk để
tạo ra SP.
• COOH của Glu và Asp
Các nhóm c/n:

• Vịng imidazol của His

Ở E ph.tạp, TTHĐ
có vùng l.k. với
coenzyme.

N
vv ……

NH


Nhiệm vụ các nhóm c/n trong TTHĐ:
- Một số nhóm x.t tích cực (tạo vùng x.t)
- Một số nhóm gắn S (tạo vùng l.k)
- Một số nhóm tạo m.t. và cấu trúc khơng gian thích hợp
cho TTHĐ.


(S)

(TTHĐ)

E

E+S

Phức hợp E-S

Mơ hình chìa “khố-ổ khố”: S có hình dáng b/s th.hợp với
TTHĐ; tạo ph.hợp E-S


E có thể có 1; 2 hay nhiều TTHĐ. Các TTHĐ của 1 p.tử E có thể
giống nhau, song có thể khác nhau về c/tạo và c/n, do đó 1 p.tử
E có thể xt nhiều p.ứ. h.học khác nhau.
Chỉ S đ/hiệu, có c/trúc p.tử thích hợp với TTHĐ của E mới tạo ra
được ph/hợp E-S và q/trình xt chỉ xảy ra khi S được gắn vào
TTHĐ của E.
Theo Ficher (1890), TTHĐ của E được hình thành sẵn với một
c/tạo nhất định và chỉ kết hợp với S có c/trúc b/sung thích hợp.
Sự thích ứng này như “ổ khố” và “chìa khố”. Điều này phần nào
gi/thích được tính đ/hiệu của E.
Nhiều người khác cho rằng TTHĐ không được h/thành sẵn trên
p.tử E mà nó chỉ được h/thành khi có t/động t/hỗ giữa E và S.