XÚC TÁC SINH HỌC ENZYM

Phản ứng hóa sinh: phản ứng hóa học
xảy ra trong cơ thể sống
 Là phản ứng thuận nghịch do enzym xúc
tác
 Tập hợp các phản ứng hóa sinh tạo nên
quá trình chuyển hóa các chất (tổng hợp
– thối hóa)





Phản ứng hóa học gồm 2 loại:
 Thuận nghịch (một chiều):
A→ B
 Không thuận nghịch ( hai chiều)
k1

A+ B

k2

C+D

 K1, K2: hằng số tốc độ theo chiều thuận và

chiều nghịch


Tốc độ phản ứng:

V1 = k1[A].[B]
v2 = k2 [C].[D]
 Trạng thái cân bằng động: v1 = v2
 Mỗi một phản ứng thuận nghịch có 1 hằng
số cân bằng nhất định.
K’ (hằng số cân bằng) = k1/k2



Là năng lượng có thể được sử dụng dưới
dạng cơng. Ký hiệu là G
Xét phản ứng: A → B
 Hai hệ thống A và B có năng lượng tự do
tương ứng là GA và GB.
 Không đo được GA và GB nhưng có thể
đo được biến thiên năng lượng tự do
ΔG





Khi nhiệt độ và áp suất cố định, mối tương
quan giữa biến thiên năng lượng tự do và
biến thiên của entropy ΔS được biểu thị
như sau:






ΔG = ΔE –TΔS
ΔE = ΔH trong điều kiện các phản ứng hóa
sinh
ΔE: tổng biến thiên nội năng của phản ứng
ΔH : biến thiên của enthalpy (nhiệt)
T: nhiệt độ tuyệt đối


GB < GA (ΔG < 0): phản ứng phát năng,
thoái hóa
 GB > GA (ΔG > 0): phản ứng thu năng,
tổng hợp



Là sự xúc tác xảy ra trong cơ thể sống với
sự tham gia của chất xúc tác sinh học
 Chất xúc tác sinh học:


 Do tế bào tạo ra
 Lượng nhỏ

 Tăng nhanh phản ứng hóa sinh
 Sau phản ứng không thay đổi so với trạng thái

ban đầu

Do enzym xúc tác
 Chất tham gia: cơ chất của enzym


S



E

E

P

Enzym xúc tác phản ứng nhanh hơn hàng
triệu lần
Enzym không làm lệch vị trí cân bằng của
phản ứng thuận nghịch mà nhanh chóng
làm phản ứng đạt vị trí cân bằng


K=

K1 10-4 S-1

A

K2

10-46S-1

B

K=



Ở trạng thái cân bằng, nồng độ B gấp 100
lần nồng độ A dù có hay khơng có enzym
xúc tác. Nhưng nếu có ezym xúc tác thì
cân bằng sẽ đạt được sau một vài giây





Enzym có tính đặc hiệu cao.
Mỗi enzym xúc tác một phản ứng nhất
định, có cơ chất nhất định


Chất xúc tác vô cơ

Chất xúc tác hữu cơ

Bản chất hóa học

Phân tử nhỏ gồm một
Đại phân tử protein

vài nguyên tố (Pt, HCl…)

Tăng tốc độ phản ứng

102 - 106 lần

106 - 1011 lần

Nhiệt độ thích hợp nhất

Cao (≥ 100oC)

Thấp (36 - 45oC)

pH thích hộp

Acid hay kiềm mạnh

pH sinh lý (7.4)

Áp suất

Cao

Áp suất khí quyển)

Thay đổi cấu trúc

Khơng

Có thay đổi nhưng trở lại
cấu trúc ban đầu khi kết
thúc phản ứng

Tính đặc hiệu

Thấp (ví dụ H+ thủy phân Cao (mỗi phản ứng 1
G, L)
enzym)

Các điều kiện





Bản chất: Protein
Phân loại:
 Enzym không cần cộng tố: enzym thủy phân
 Enzym cần cộng tố
▪ Phần apoenzym: là protein, qui định tính đặc hiệu
▪ Phần cộng tố: khơng phải protid, là ion kim loại hay
chất hữu cơ (vitamin)





Tên thông thường
Tên cơ chất + -ase

 Urease, maltase, peptidase, esterase



Tên phản ứng + ase
 Decarboxylase, dehydrogenase



Tên cơ chất – tên phản ứng + ase
 Tyrosin decarboxylase, lactat dehydrogenase


Loại Tên

Cơ chế phản ứng xúc tác

Phản ứng tổng quát

1

Oxydoreductas
e

Oxy hóa – khử (cho nhận
điện tử, hydro, oxy)

Akh + Box ↔ Aox + Bkh

2

Transferase

Chuyển nhóm hóa học
(amin, glucosyl, phosphat
…)

AB + CD → AC + BD

3

Hydolase

Thủy phân

R1R2 + HOH → R1H +R2OH

4

Lyase

Phân cắt (khơng có nước
tham gia)

AB → A + B

5

Isomerase

Đồng phân hóa (đồng phân
quan học, hóa học…)

A →B

6

Lygase (gồm cả Tổng hợp
synthetase,
synthase)

A + B → AB




Loại có 1 chuỗi polypeptid
 VD: ribonuclease có 124 aa



Loại có nhiều chuỗi polypeptid
 Mỗi chuỗi là một bán đơn vị (protome)
 Phân tử enzym là oligome



Trung tâm hoạt động của enzym:
 Nơi kết hợp với cộng tố và cơ chất
 Thường gồm: serin, histidin, tryptophan,

cystein, lysin, arginin, glutamat







Năng lượng hoạt hóa: NL cần để đưa các
phân tử lên trạng thái kích thích (để sự va
chạm có hiệu quả)
NL hoạt hóa càng thấp thì phản ứng càng
dễ xảy ra
Khi enzym kết hợp cơ chất, cơ chất bị
biến đổi, làm giảm độ bền liên kết trong
phân tử, NL hoạt hóa giảm nên phản ứng
dễ xảy ra hơn và tốc độ phản ứng tăng
lên


Q

A+B
G
C+D
Thời gian
Có chất xúc tác sinh học
Cung cấp nhiệt độ cho phản ứng
Khơng có chất xúc tác

S →P
E



Tốc độ phản ứng phụ thuộc nồng độ cơ
chất S:
 [S] nhỏ: v tỉ lệ thuận với S

 [S] tăng thì v tăng, nhưng khi [S] đạt đến một

mức nào đó thì v khơng tăng nữa. Khi đó, v
gần như không phụ thuộc vào nồng độ cơ
chất


Tốc độ phản ứng v được tính theo phương
trình Michaelis – Menten

Với KM là hằng số Michaelis (nồng độ cơ
chất đủ làm cho tốc độ phản ứng đạt tới
một nửa tốc độ cực đại


-Đường biểu diễn v theo [S]
là 1 đường cong hyberpol.
Khi nồng độ của S thấp hơn
KM rất nhiều thì v tỉ lệ thuận

với nồng độ S
-Khi nồng độ S lớn hơn KM
thì v đạt tối đa (Vmax) và
khơng phụ thuộc nồng độ S
nữa. Khi đó, dù có tăng nồng
độ S, tốc độ phản ứng cũng
không tăng
-Khi S bằng KM: v = ½ Vmax










Là một thơng số rất có ích trong enzym học
Thể hiện ái lực của enzym đối với cơ chất
KM càng nhỏ thì ái lực với cơ chất càng cao
KM khơng phụ thuộc vào nồng độ enzym,
nhưng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, pH
hoặc những yếu tố can thiệp
KM đặc trưng cho 1 hệ enzym – cơ chất nhất
định
Nếu 1 enzym tác dụng lên nhiều cơ chất thì
ứng với mỗi cơ chất cũng sẽ có 1 KM riêng
biệt



Dạng phương trình này
dùng để tính KM và Vmax
của phản ứng enzym và
cũng giúp phân biệt chất
ức chế cạnh tranh và
không cạnh tranh


Nồng độ cơ chất
 Nồng độ enzym
 Nhiệt độ
 pH
 Chất hoạt hóa, chất ức chế





Chất ức chế:
 Khơng đặc hiệu: gây biến tính hồn toàn enzym

 Đặc hiệu: tác dụng vào trung tâm phản ứng đặc

biệt của enzym.
▪ ức chế cạnh tranh: cấu tạo gần giống cơ chất, kết hợp
được vào trung tâm hoạt động của enzym, tranh chỗ
của cơ chất, giảm hoạt tính enzym, tăng KM nhưng

không thay đổi Vmax của phản ứng
▪ ức chế không cạnh tranh: cấu tạo khác cơ chất, độ ức
chế không phụ thuộc nồng độ cơ chất, làm giảm Vmax
và không thay đổi KM.