Enzim

Now loading
. . . . .
Dương Tuấn Hoàng
Nguyễn Vương Vũ
Võ Hữu Nghĩa
Huỳnh Võ Yến Thi
Huỳnh Thanh Duy
Hiện tượng "béo tròn quả táo" do cơ thể sản sinh quá nhiều enzym beta 11 HSD-1
1.Định nghĩa enzym
2.Lịch sử phát triển
3.Bản chất của enzym
4.Cấu tạo hoá học của enzym
5.Cơ chế xúc tác của enzym
6.Tính đặc hiệu của enzym
7.Các yếu tố ảnh hưởng
8. Gọi tên, phân loại
1.Định nghĩa enzym
Enzyme là những chất xúc tác sinh học (biocatalysators) ,có thể là protein hoặc ARN ( Cech 1981)
Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống
Chúng có trong hầu hết các loại tế bào của cơ thể sống
Có những tính chất ưu việt hơn so với các chất xúc tác khác như: hiệu suất cao trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, có tính chất đặc hiệu cao
2.Lịch sử phát triển của enzym
Về sự phát triển của học thuyết enzyme, có thể chia thành 4 giai đoạn
Giai đoạn 1: trước thế kỷ thứ XVII
- Người ta đã biết sử dụng các quá trình enzyme trong đời sống song chỉ có tính chất kinh nghiệm thực tế và thông qua hoạt động của vi sinh vật

- Ở thời kỳ này người ta chưa hiểu về bản chất enzyme và các quá trình lên men.

Giai đoạn 2: từ thế kỷ XVII đến nửa đầu thế kỷ XIX

- Ở giai đoạn này các nhà bác học đã tiến hành tìm hiểu bản chất của các quá trình lên men, nghiên cứu bản chất của sự tiêu hóa.


- 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đã phát hiện nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hóa tinh bột thành đường ở nhiệt độ thường. Đây là công trình đầu tiên thu được chế phẩm amylase ở dạng dung dịch và lịch sử enzyme học thực sự được xem như bắt đầu từ đây.

2.Lịch sử phát triển của enzym
Giai đoạn 3: từ giữa thế kỷ XIX đến 30 năm đầu của thế kỷ XX
- Ở giai đoạn này một số lượng rất lớn các enzyme ở dạng hòa tan đã được tách chiết.
- Trong thời kỳ này, có hai trường phái
1.Trường phái Pasteur:
1856 Pasteur đề cập đến bản chất của quá trình lên men. Ông cho rằng không thể tách các enzyme khỏi tế bào. Pasteur đã chia các enzyme thành 2 loại: "enzyme có tổ chức"(ferment) và "enzyme không có tổ chức” (enzym)
[1878, Kuhne ]
2.Trường phái Liebig:
Ông cho rằng có thể không có hoạt động của các tế bào vi sinh vật cũng có quá trình lên men.
1897, H. Büchner Đức bằng cách phân huỷ tế bào đã thu được dịch chiết nấm men, mở ra một thời kỳ phát triển mới của ngành enzyme học.
2.Lịch sử phát triển của enzym
Giai đoạn 4: từ những năm 30 của thế kỷ XX đến nay

1926 Sumner thành công trong việc tạo ra enzyme đầu tiên (ureaza) được kết tinh từ protein trong hạt đậu tương

1981 Cech đã phát hiện một RNA có hoạt tính xúc tác như enzyme và gọi là ribozyme
1969 tổng hợp được enzyme đầu tiên là ribonuclease
Nhờ áp dụng những thành tựu và nghiên cứu, người ta đã chú ý nghiên cứu việc ứng dụng enzym , tận dụng các nguyên liệu giàu enzyme để tách enzyme, dùng chế phẩm enzyme này để chế biến các nguyên liệu khác nhau hoặc sử dụng vào mục đích khác nhau.

Enzym có bản chất là protein nên có tất cả thuộc tính lý hóa của protein. Đa số enzym có dạng hình cầu và không đi qua màng bán thấm do có kích thước lớn.

3.Bản chất của enzym

Tan trong nước và các dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan trong ete và các dung môi không phân cực.

Không bền dưới tác dụng của nhiệt độ

Enzym có tính lưỡng tính: tùy pH của môi trường mà tồn tại ở các dạng: cation, anion hay trung hòa điện.

Enzym làm đẩy nhanh tốc độ trong phản ứng hoá học nhờ giảm năng lượng hoạt hoá (cắt đứt liên kết cũ, hình thành liên kết mới)

Có thể sử dụng nhiều lần do bản chất không bị biến đổi

Mỗi enzym xúc tác cho một phản ứng hoá học khác nhau
4.1 Cấu tạo đơn giản:
4.Cấu tạo hoá học
Enzym một thành phần (pepsin, amylase,…)

Enzym hai thành phần (Willstatter - Đức, 1922)


Apoenzym: phần protein, nâng cao lực xúc tác của enzym, quyết định tính đặc hiệu


Cofactor (nhóm ngoại): phần không phải protein,ổn định về nhiệt, có thể tồn tại độc lập. quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác và tăng độ bền của apoenzyme đối với các yếu tố gây biến tính. Có 3 loại:

Coenzym: bắt nguồn từ vitamin , liên kết thuận nghịch với enzym (NAD, FAD)
Prosthetic (nhóm phụ) gắn vào enzym bằng liên kết cộng hoá trị (enzym catalaza)
Các ion kim loại (Fe, Mg, Mn, Zn): ổn định cấu hình enzym và cơ chất
4.Cấu tạo hoá học
4.2 Trung tâm hoạt động của enzym
Trên bề mặt của enzym chứa 1 hay nhiều túi hay khe – chỗ lõm trên bề mặt được gọi trung tâm hoạt động (active centre) là nơi xảy ra hoạt động xúc tác của enzym
Gồm nhiều nhóm chức năng khác nhau của amino acid, phân tử nước liên kết và nhiều khi có cả cofactor

Vùng gắn cơ chất: gắn cơ chất lên vị trí xác định của enzym

Vùng xúc tác: biến đổi chuyển hoá cơ chất gắn vào enzym
Chiếm 1 phần nhỏ trong phân tử enzym, cấu tạo 3 chiều phức tạp, chỉ được tạo thành khi có sự tuơng tác với cơ chất

Một enzym có thể có 2 hoặc nhiều trung tâm hoạt động, tác dụng của các trung tâm hoạt động không phụ thuộc vào nhau.

4.Cấu tạo hoá học
4.2 Hệ đa enzym và enzym bất hoạt

Trong cơ thể, các enzym không hoạt động gọi là zimogen, đòi hỏi 1 điều kiện hoạt hoá nhất định để chuyển thành dạng hoạt động

Hệ đa enzym (multienzym) là những hệ thống gồm các enzyme có liên quan với nhau, xúc tác cho dây chuyền phản ứng của một quá trình trao đổi xác định, trong đó sản phẩm của phản ứng do enzyme trước xúc tác là cơ chất của enzyme xúc tác cho phản ứng tiếp theo.
Các enzyme trong hệ đa enzyme có thể tồn tại ở dạng hòa tan, không liên kết với nhau hoặc có thể liên kết với nhau khá bền tạo thành phức hợp nhiều enzyme khi tách riêng sẽ mất hoạt tính xúc tác. Ngoài ra, một số hệ đa enzyme có thể liên kết với thành phần cấu tạo của tế bào như màng ribosome.
5.Cơ chế xúc tác
E + S → ES → P + E

[Trong đó E là enzyme, S là cơ chất (Substrate), ES là phức hợp enzyme - cơ chất, P là sản phẩm (Product)]
- Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức hợp ES là: tương tác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tương tác Van der Waals.

Giả thuyết : chìa khoá - ổ khoá (E.Fischer 1894)

Giả thuyết : khớp – cảm ứng (D. Koshland 1958)

6.Tính đặc hiệu
Đặc hiệu phản ứng

- Phần nhiều mỗi enzyme đều có tính đặc hiệu với một loại phản ứng nhất định. Những chất có khả năng xảy ra nhiều loại phản ứng hóa học thì mỗi loại phản ứng ấy phải do một enzyme đặc hiệu xúc tác.

Đặc hiệu cơ chất

Đặc hiệu lập thể: đồng phân quang học,đồng phân hình học (chỉ tác dụng lên một dạng đồng phân cis hoặc trans)

Đặc hiệu tuyệt đối: chỉ có khả năng tác dụng lên một cơ chất nhất định.

Đặc hiệu tương đối: tác dụng lên một kiểu nối hóa học nhất định hoặc 1 nhóm cơ chất có cấu trúc gần nhau
7.Các yếu tố ảnh hưởng
Nhiệt độ:
- Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng hoạt tính xúc tác của enzym, bản chất enzym là protein nên không bền ở nhiệt độ cao
- Phản ứng hoá học có sự xúc tác enzym cũng tuân theo quy luật Vant –Hoff
- Nhiệt độ mà enzym mất hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn . Có 1 số enzym chuyên hoá hoạt động được trên và dưới giới hạn này

- Nhiệt độ mà tại đó enzym có hoạt tính cao nhất là nhiệt độ tối thích

7.Các yếu tố ảnh hưởng
Nồng độ pH
Hoạt tính của enzym phụ thuộc chặt chẽ vào pH của môi trường

Trị số pH mà tại đó enzym hoạt động mạnh là pH tối thích, pH tối thích của các enzym khác nhau thì thường không giống nhau

Các chất hoạt hoá
Là chất làm tăng khả năng xúc tác chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm. Thông thường là những cation kim loại hay những hợp chất hữu cơ như các vitamin tan trong nước.

Nồng độ enzym
Nồng độ enzyme càng cao thì vận tốc phản ứng enzyme càng lớn. Vận tốc đạt cực đại khi toàn bộ enzyme liên kết với cơ chất

7.Các yếu tố ảnh hưởng
Các chất kìm hãm
- Là chất có tác dụng làm giảm hoạt độ hay làm enzyme không còn khả nâng xúc tác biến cơ chất thành sản phẩm. Có 2 loại:


Kìm hãm không thuận nghịch (irreversible inhibition): chất kìm hãm liên kết với enzym-cơ chất làm thay đổi cấu trúc, hoạt tính

Kìm hãm thuận nghịch (reversible inhibition):
Kìm hãm cạnh tranh (Competitive inhibition) : chất kìm hãm cấu tạo tương tự cơ chất, kết hợp tạo phức với enzym, ngăn cản sự tạo phức của emzym-cơ chất
Kìm hãm phi cạnh tranh (Uncompetitive inhibition) : chất kìm hãm gắn vào vị trí khác trong phân tử enzym nên không ngăn cản sự tạo phức enzym-cơ chất nhưng làm giảm hoạt tính của enzym
7.Các yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố khác

Ánh sáng: ảnh hưởng khác nhau đến từng loại enzyme, thường ánh sáng trắng có tác động mạnh nhất, ánh sáng đỏ có tác động yếu nhất. ánh sáng tử ngoại cũng có thể gây nên những bất lợi

Sự chiếu điện: điện chiếu với cường độ càng cao thì tác động phá hủy càng mạnh.

Sóng siêu âm: tác động rất khác nhau đối với từng loại enzyme, có enzyme bị mất hoạt tính, có enzyme lại không ảnh hưởng.

8.Cách gọi tên, phân loại

- 1883, Duyclo đề ra nguyên tắc phân loại enzyme theo cơ chất (substrate) do chúng biến đổi và thêm đuôi tận cùng "ase" vào.
Ví dụ: enzyme phân giải tinh bột (amilun) là amylase


- Về sau đối với các nhóm enzyme cùng xúc tác một loại phản ứng, người ta lấy tên của phản ứng enzyme thêm đuôi từ “ase”.
Ví dụ: những enzyme xúc tác sự oxy hóa được gọi là oxydase, những enzyme khử hydrogen được gọi là dehydrogenase ...

Cách gọi tên
8.Cách gọi tên, phân loại
Phân loại
Oxydoreductaza : xúc tác các phản ứng oxy hoá khử

Transferaza : các nhóm nhỏ các nguyên tử được vận chuyển từ cơ chất này sang cơ chất khác

Hydrolaza : làm đứt gãy các liên kết hóa học bằng thủy phân.


Lyaza: xúc tác cho phản ứng loại 1 nhóm tạo nối đôi mới hoặc nối thêm 1 nhóm mới vào cơ chất bằng cách làm gãy các nối đôi

Izomeraza : xúc tác sự tái phân bố các nguyên tử trong cơ chất (thay đổi đồng phân này thành đồng phân khác)

Ligaza : tạo liên kết hóa học mới (có sự tham gia của ATP) giúp cho sự tổng hợp các hợp chất phức tạp

Kìm hãm cạnh tranh
Kìm hãm không cạnh tranh
Enzym 2 thành phần
Tính đặc hiệu của enzym
Multienzyme
Trung tâm hoạt động của enzym