HÓA SINH CHƯƠNG 7: ENZYM

7.1.Vai trò của enzym trong cơ thể sống.
7.2. Cấu tạo enzym
7.3. Phân loại enzym
CHƯƠNG VII
ENZYM
Anh chị hãy nêu một vài enzym và chức năng của chúng trong cơ thể ?
7.1. Vai trò của enzym trong cơ thể sống
Trong cơ thể sống xẩy ra rất nhiều phản ứng khác nhau. Tất cả các cấu trúc của tế bào không ngừng đổi mới. Những biến đổi này xảy ra với tốc độ rất lớn, gấp hàng triệu lần tốc độ phản ứng tương tự ở môi trường không sống. Tất cả các phản ứng trong cơ thể xảy ra ở nhiệt độ thấp và áp suất nhỏ, trong giới hạn dao động nồng độ ion H+ và OH- rất hẹp. Ví dụ : Quá trình phân huỷ protit của thức ăn thành axit amin trong hệ tiêu hoá xảy ra ở nhiệt độ 37oC sau 2-3 giờ, trong khi đó quá trình này tại phòng thí nghiệm diễn ra ở nhiệt độ ít nhất là 1000C với sự có mặt của axit đặc và sau vài chục giờ.
So sánh các dạng xúc tác phản ứng
Xét phản ứng
So sánh tỷ lệ
Không xúc tác 1
Xúc tác vô cơ ( Pt): 10.000
Xúc tác enzyme: 300.000.000.000
So sánh giữa xúc tác và không xúc tác: kcat/k(uncatalyzed)

k(uncatalyzed) kcat kcat/k(uncatalyzed)


Carbonic anhydrase 10-1 106 8 x 106

Adenosine deaminase 2 x 10-10 4 x 102 2 x 1012

Alkaline phosphatase 10-15 102 1017
Không xúc tác
Có xúc tác
Tốc độ cực lớn của các phản ứng xảy ra trong cơ thể là nhờ có các chất xúc tác sinh học có hoạt tính cao- đó là các men hay còn gọi là enzym. Chúng làm thay đổi tốc độ phản ứng hoá học, song sau phản ứng lại tự biến đổi để trở thành trạng thái ban đầu.
Về bản chất hoá học enzym là các protit. Chúng tạo ra dung dịch keo, có phân tử lượng từ vài chục ngàn đến vài triệu đơn vị cacbon, trong dung dịch chúng hoạt động như những chất điện phân lưỡng tính và pH của chúng phụ thuộc vào pH dung dịch . enzym có khả năng tạo thành tinh thể từ dung dịch. Tinh thể enzym chứa một lượng lớn nướcvà có hoạt tính xúc tác cao. Khi làm khô, tinh thể bị phá vỡ và mất hoạt tính.
Các enzym được phân thành enzym trong tế bào và enzym ngoài tế bào. enzym trong tế bào hoạt động ngay trong những tế bào mà nó được hình thành. Chúng tham gia vào thành phần cấu trúc phức tạp của tế bào và có thể tạo nên tổ hợp với các enzym khác để thúc đẩy không chỉ một phản ứng mà cả quá trình sinh học bao gồm hàng loạt phản ứng. enzym ngoài tế bào được đưa từ tế bào vào máu, tới dịch tiêu hoá và các dịch sinh học khác. Tại đó chúng thúc đẩy các quá trình chuyển hoá vật chất khác nhau.
Mỗi enzym tham gia xúc tác một phản ứng nào đấy trong cơ thể và ngăn chặn các phản ứng phụ. Do đó các phản ứng xảy ra theo hướng xác định.
S + E
(ES)
(EP)
E + P
Sơ đồ phản ứng xúc tác enzyme
E = Enzym tự do (enzyme)
S = Cơ chất (substrate)
ES = Phức hợp enzyme-cơ chất
P = Sản phẩm (product)
7.2. Cấu tạo của enzym
Enzym có thể là những protit đơn giản và protit phức tạp.
Enzym phức tạp được cấu tạo từ protit và phần phi protit (nhóm phụ). Nhóm phụ rất dễ bị tách ra và được gọi là coenzym, còn phần protit gọi là apoenzym. Coenzym và apoenzym riêng rẽ có hoạt tính xúc tác thấp, song khi chúng liên kết với nhau tạo thành một tổ hợp có hoạt tính rất mạnh.
Cơ chế xúc tác của enzym
Metal Ion or =
Organic Molecule
Enzym có cấu trúc không gian phức tạp. Không phải các phần của phân tử đều thực hiện một chức năng. Một số nhóm chức trực tiếp tham gia vào liên kết với cơ chất và làm biến đổi chúng. Tổ hợp các nhóm chức đó được gọi là trung tâm hoạt tính của enzym. Tác động của các nhóm chức này tới cơ chất có sự thống nhất cao và định hướng chuẩn xác trong không gian. Trung tâm hoạt tính chiếm một phần rất nhỏ trong phân tử enzym. Tất cả các phần còn lại có nhiệm vụ giữ ổn định cấu trúc không gian của trung tâm hoạt tính.
Ngoài ra, rất nhiều enzym còn có trung tâm điều tiết mà khi liên kết với chúng sản phẩm trung gian của quá trình sinh hoá có thể làm tăng hoặc giảm hoạt tính của enzym.
Tham gia vào thành phần của coenzym của các enzym khác nhau có thể là nucleotit , vitamin hay một số hợp chất khác. Rất nhiều coenzym là ete của axit photphoric.
Cấu trúc không gian của trung tâm hoạt tính quy định tính chuyên biệt trong hoạt động của chúng- đó là khả năng thúc đẩy phản ứng của một cơ chất nhất định hoặc một nhóm cơ chất có cùng cấu tạo. Người ta chia ra đặc tính chuyên biệt tương đối và đặc tính chuyên biệt tuyệt đối. enzym có hoạt tính chuyên biệt tương đối có thể xúc tác cho các chất cùng loại ví dụ : enzym pepxin thúc đẩy các phản ứng thuỷ phân các liên kết peptit của các protit được cấu tạo từ axit amin vòng. Lipaza xúc tác cho các phản ứng thuỷ phân liên kết este của glyxerin được tạo ra từ axit béo. enzym có hoạt tính chuyên biệt tuyệt đối chỉ xúc tác cho một phản ứng nhất định của một cơ chất. Ví dụ: Acginaza chỉ xúc tác phản ứng thuỷ phân acginin thành ocnitin và ure. Một dạng chuyên biệt tuyệt đối của enzym là chuyên biệt quang học- là khả năng thúc đẩy chuyển hoá của riêng một loại đồng phân quang học.
Mô hình khóa và chìa khóa
Hoạt động enzym
Chu trình xúc tác Enzyme
Input of Activation
Energy
Các chất hoạt hoá và ức chế được tạo thành tại các mô hay được đưa vào cơ thể từ môi trường bên ngoài đều ảnh hưởng rất lớn đến hoạt tính xúc tác của enzym. Chất hoạt hoá làm tăng, còn chất ức chế làm giảm hoạt tính của enzym. Rất nhiều loại enzym được tạo ra bởi các tổ chức sống dưới dạng không có hoạt tính, được gọi là tiền enzym . Quá trình biến đổi từ tiền enzym thành enzym hoạt hoá diễn ra dưới tác dộng của các chất hoạt hoá. Các chất hoạt hoá có thể là ion, enzym đặc hiệu, hocmon . Ví dụ : Nhiều enzym tham gia trong chuỗi hô hấp tế bào được hoạt hoá nhờ ion Mg++, Mn++.
Một dạng hoạt hoá đặc biệt là quá trình tự xúc tác. Ví dụ : Một lượng nhỏ pepxin được tạo ra dưới tác động của ion H+ tự do có thể trở thành chất xúc tác cho quá trình chuyển hoá pepsinogen thành pepsin.
Pepsinogen Pepsin
Đối với cơ thể, vai trò của chất ức chế không kém phần quan trọng. Chúng có thể làm cho enzym mất hoạt tính hoặc làm giảm tạm thời hoạt tính của enzym. Nếu chất ức chế có cấu trúc hình thái không gian giống với cơ chất thì nó sẽ tạo ra ức chế cạnh tranh, thay thế vị trí của cơ chất trong trung tâm hoạt tính và liên kết với trung tâm một cách lỏng lẻo. Dạng khác của quá trình ức chế đó là ức chế không cạnh tranh. Các chất ức chế không cạnh tranh tham gia vào liên kết hoá học một chiều với các nhóm chức riêng rẽ của trung tâm hoạt tính và bao bọc nó. Ví dụ : Hg++, Pb++, Ag+... liên kết với nhóm SH của chuỗi polypeptit
7.3.Phân loại enzym
Mỗi tế bào sống có khoảng 1000 enzym khác nhau. Cơ sở để phân loại enzym đó là dạng của phản ứng. Tất cả các loại enzym được chia thành 6 nhóm: enzym oxy hoá khử, transferaza, hydrolaza, liaza, izomeraza và ligaza.
Enzymes có thể được phân chia theo phản ứng hóa học mà chúng xúc tác
1. Oxidoreductases oxidation/reduction
(eg. dehydrogenases)
2. Transferases group transfer
(eg. kinases)
3. Hydrolases hydrolysis
(eg. proteases)
4. Lyases lysis, generating double bond
(eg. synthases)
5. Isomerases rearrangement
(eg. racemases)
6. Ligases ligation requiring ATP
(eg. synthetases)

7.3.1. Oxyđoređuctaza
Enzym oxy hoá khử thúc đẩy các phản ứng oxy hoá khử. Phụ thuộc vào dạng diễn biến của quá trình oxy hoá, các enzym oxy hoá khử được chia thành các loại : Dehydrogenaza, oxydaza, hydroxylaza và oxygenaza.
7.3.2. Transferaza
Transferaza thúc đẩy quá trình chuyển nhóm nguyên tử từ một phân tử này sang phân tử khác và phụ thuộc vào nhóm nguyên tử chuyển đổi mà phân chia thành các loại sau :
Metyltransferaza chuyển nhóm CH3
O
Axittransferaza chuyển gốc acid R- C- OH
Glucoziltransferaza chuyển gốc đường đơn (glycozil)
Aminotransferaza chuyển nhóm amin -NH2.
Photphotransferaza chuyển gốc axit photphoric
.3.3. Hydrolaza
Thúc đẩy quá trình thuỷ phân các liên kết peptit hoặc ete trong phân tử đường đa, lipit, protit, nucleotit. Một số trường hợp hydrolaza xúc tác cả phản ứng tổng hợp. Tất cả các enzym tiêu hoá đều thuộc loại hydrolaza. Hydrolaza được chia thành esteraza, photphataza, glucozidaza và peptithydrolaza.
Esteraza thúc đẩy các phản ứng thuỷ phân este thành acid và rượu:
7.3.4. Liaza: Thúc đẩy quá trình phân huỷ không thuỷ phân các hợp chất hữu cơ theo các liên kết C-C, C-N, C-O. Ví dụ :
O O O
R - C - C - OH R- C - H + CO2
Axit xetonic Anđehyt
7.3.5. Izomeraza:
Thúc đẩy quá trình biến đổi nội phân tử từ dạng đồng phân này sang dạng đồng phân khác
7.3.6. Ligaza
Còn gọi là enzym tổng hợp. Thúc đẩy phản ứng tổng hợp các chất cao phân tử ( protit , đường đa, lipit, nucleotit ) từ các chất đơn phân tử nhờ sự tham gia của ATP và các chất giàu năng lượng khác.
Tên gọi của enzym cụ thể được tạo thành từ tên của cơ chất và dạng phản ứng mà nó xúc tác thêm đuôi “aza”