Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Bởi: Nguyễn Hải Cơ chế hoạt động Enzyme Mô hình hoạt động enzyme Nhiên cứu tính đặc hiệu enzyme với chất Emil Fischer đề xướng (1894) Fischer cho enzyme xúc tác phản ứng chất lắp khít vào vị trí hoạt độn enzyme tương tự chìa khóa lắp vào ổ khóa Từ Fischer nêu giả thuyết mơ hình “ ổ khóa chìa khóa” (lock and key model) (hình 3.1) cho hoạt động enzyme Mỗi ổ khóa có chìa khóa Do enzyme có xúc tác cho loại chất định Theo mơ hình này, chế xúc tác enzyme trải qua nhiều giai đoạn: Giai đoạn kết hợp enzyme chất tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất nhờ hình thành nhiều liên kết đặc biệt liên kết hydrogen Sự liên kết làm thay đổi cấu hình khơng gian chất làm thay đổi nội năng, lượng hoạt hóa phản ứng giảm, phân tử trở nên linh động dễ phản ứng Sau enzyme xúc tác lên chất tạo thành sản phẩm cuối phản ứng enzyme giải phóng Tuy nhiên, Daniel Koshland nghiên cứu động học enzyme, chứng thực nghiệm cho thấy cấu hình trung tâm hoạt động enzyme khơng phải cố định biến đổi phù hợp với chât liên kết với chất Từ đây, Daniel Koshland đưa mơ hình khớp cảm ứng (induced-fit model) cho hoạt động xúc tác enzyme (hình 3.2) Theo mơ hình enzyme xúc tác cho hoạc số phản ứng hóa học tương tự chúng có tính đặc hiệu việc lựa chọn chất Vị trí hoạt động enzyme khác có hình dạng cho khớp với hoạc số chất định Mơ hình chấp nhân rộng rãi 1/4 Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Tính đặc hiệu enzyme Khác với chất xúc tác vơ cơ, enzyme có khả xúc tác cho một hay số chất kiểu phản ứng định Tính đặc hiệu enzyme đa dạng Ở đề cặp đến hai kiểu đặc hiệu: (1) Đặc hiệu cho phản ứng Mỗi enzyme xúc tác cho kiểu phản ứng chẳng hạn phàn ứng NAD dehydrogenase hô hấp, lipase cắt liên kết ester nối glycerol acid béo nhiều loại lipids (2) Đặc hiệu chất (a) Đặc hiệu tuyệt đối: enzyme có tác dụng lên chất định chẳng hạn aspartase chuyển fumarate thành L-aspartate (b) Đặc hiệu tương đối: enzyme co thể tác động lên nhiều chất có cấu trúc khác tốc độ phản ứng khác chẳng hạn phosphatase thủy phân nhiều ester acid phosphoric, carboxyesterase thủy phân ester acid carboxylic Phân loại Enzyme Các enzyme thường có tên tận ase Có sáu nhóm enzyme chính: Nhóm Oxidoreductases: xúc tác phản ứng oxi hóa khử, chuyển H điện tử từ chất sang chất nhận Nhóm Transferases: chuyển nhóm nhỏ nghuyên tử từ chất sang chất nhận Nhóm Hydrolases: Làm gẩy liên kết thủy phân Nhóm Lyases:làm thay đổi chiều dài mạch carbon Fructose-1,6-diphosphate aldolase cắt Fructose-1,6-diphosphate thành ALPG PDA; Decarboxylase: lọai CO2 Nhóm Isomerases: chuyển đổi đồng phân chẳng hạn Glocose-P-isomerase chuyển Glo-6-P thành Fro.-6-P); triose-P-isomerase chuyển ALPG thành PDA) Nhóm6 Ligases: tạo liên kết hóa học chẳn hạn DNA ligase gắn đoạn okazaki nhân đôi DNA mạch chậm 2/4 Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Bất kỳ điều kiện làm thay đổi cấu hình enzyme làm thay đổi hoạt tính enzyme Nồng độ enzyme nồng độ chất Tốc độ phản ứng phần lớn phản ứng biến đổi theo nồng độc chất nồng độ enzyme Khi tăng nồng độ chất tốc độ phản ứng tăng nồng độ chất tương đối thấp Khi nồng độ chất lớn tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất có khuynh hướng đạt cực đại nồng độ enzyme có mặt định Ở nồng độ chất thấp, nhiều phân tử enzyme có trung tâm hoạt động chưa liên kết với chất Nên việc tăng hạn chế chất tăng tốc độ phản ứng Tuy nhiên, nồng độ chất cao, hầu hết trung tâm phản ứng liên kết với chất làm cho số phân tử enzyme trở thành yếu tố giới hạn Khi số phân tử ezyme tăng tốc độ phản ứng cự đại tăng lên tương ứng Chất kìm hãm Hoạt tính enzyme bị thay đổikhi có mặt chất ức chế (a) Chất ức chế cạnh tranh Các chất kìm hãm có cấu trúc tương tự chất Chất ức chế gắn thuận nghịch vào trung tâm phản ứng enzyme cạnh tranh với chất, khiến cho hoạt động xúc tác enzyme chậm lại Khi chất ức chế giải phóng hoạt động xúc tác enzyme trở lại thường Ví dụ: acid malonic hoạt động chất cạnh tranh trung tâm hoạt động enzyme sucxinic dehydrogenase với acid sucxinic Trong điều kiện bình thường, sucxinic dehydrogenase xúc tác loại hai nguyên tử H acid sucxinic tạo thành acid fumaric Khi có mặt acid maloic, enzyme liên kết với trung tâm hoạt động tạo thành phức hợp enzyme – chất ức chế chuyển hóa Như làm số lượng trung tâm phản ứng giảm tốc độ phản ứng giảm theo (b) Chất ức chế không cạnh tranh Chất ức chế khơng cạnh tranh khơng gắn vào vị trí xúc tác mà gắn thuận nghịch vào vị trí khác enzyme Điều làm thay đổi cấu hình vị trí hoạt động khơng cịn phù hợp với chất Vùng mà chất ức chế cạnh tranh gắn vào enzyme gọi vị trí di lập thể (allosteric site) gây hiệu ứng dị lập thể (allosteric effect) Khi chất ức chế giải phóng, hoạt động xúc tác enzyme trở lại bình thường 3/4 Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Một số chất kìm hãm gây biến đổi hoạt tính enzyme cách khơng thuận nghịch Chất kìm hãm dạng làm biến đội liên tục hay phá hủy trung tâm hoạt động enzyme Phần lớn chất độc chất kìm hãm khơng thuận nghịch chẳng hạnh cyanide (CN-) gắn vào cytochrome cản trở việc vận chuyển điện tử đến O2, penicillin ức chế không thuận nghịch enzyme transpeptidase vi khuẩn cản trở tạo vách tế bào Nhiệt độ Mỗi enzyme hoạt động tốt nhiệt độ tối ưu định Khi nhiệt độ lệch sang hai bên nhiệt độ tối ưu hoạt động enzyme giảm tốc độ phản ứng giảm theo Sự tăng nhiệt độ làm cho làm cho động enzyme chất tăng, chúng chuyển động nhanh hơn, va chạm nhiều Các phức chất emzyme-cơ chất hình thành nhiều hơn, phản ứng xảy nhanh Tuy nhiên nhiệt độ cao, enzyme bị biến tính Khi cấu hình vị trí xúc tác khơng cịn phù hợp với chất, enzyme hoạt tính xúc tác Khi nhiệt độ hạ thấp nhiệt độ tối ưu, chất phân tử enzyme chuyển động chậm Tần số va chạm chúng thấp> Ít phức hợp enzyme-cơ chất hình thành tốc độ phản ứng giảm pH Mỗi enzyme hoạt động tối ưu giới hạn pH thích hợp chẳng hạn pepsin hoạt động tối ưu pH 2, trypsin hoạt động tối ưu pH 8.5 Khi pH lệch sang hai bên phía pH tối thích, hoạt tính enzyme giảm xuống 4/4 ... chậm 2/4 Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Bất kỳ điều kiện làm thay đổi cấu hình enzyme làm thay đổi hoạt tính enzyme Nồng.. .Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Tính đặc hiệu enzyme Khác với chất xúc tác vơ cơ, enzyme có khả xúc tác cho một hay số chất kiểu phản ứng định Tính đặc hiệu enzyme. .. chế giải phóng, hoạt động xúc tác enzyme trở lại bình thường 3/4 Cơ chế hoạt động,phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme Một số chất kìm hãm gây biến đổi hoạt tính enzyme cách khơng thuận