Bµi gi¶ng E n z y m TS. Phan h¶I nam

Bµi gi¶ng E n z y m TS Phan h¶I nam Bµi gi¶ngBµi gi¶ng E n z y m E n z y m TS Phan h¶I nam B¶n chÊt ho¸ häc & cÊu tróc ph©n tö cña enzymB¶n chÊt ho¸ häc & cÊu tróc ph©n tö cña enzym  B¶n chÊt ho¸ häc[.]

Bài giảng Enzym TS Phan hảI nam Bản chất hoá học & cấu trúc phân tử enzym Bản chất hoá học số đặc tính enzym Enzym protein đặc hiệu có tác dụng xúc tác phản ứng thể Đặc tính quan trọng E: k/năng xúc tác lớn tính đặc hiệu cao Enzym chất xúc tác, nên có đặc trng chung: - không bị thay đổi sau xúc tác - làm tăng tốc độ f/ để nhanh đạt đến trạng thái cân bằng, mà không làm thay đổi số cân Enzym protein có đủ tính chất vµ cÊu tróc cđa protein nh : - cã KLPT lớn, có cấu trúc phức tạp, không qua đợc màng bán thấm - Dễ bị biến tính yếu tố nhau: tO, pH, muối kim loại nặng, acid t theo pH cđa m«i trêng, dƠ tan/ níc mi loÃng Cấu trúc phân tử enzym Đặc điểm thành phần cấu tạo + E có KLPT lớn cã thÓ tõ 103- 106, VD Ribonuclease cã KLPT= 12000 + Hình dạng: phần lớn E hình cầu Có loại E có chuỗi polypeptid tạo nên (1 subunit) nhng có nhiều E nhiều subunit tạo nên + Thành phần cấu tạo: chia = loại E nh sau : Enzym thành phần: E mà thuỷ phân cho SP aminoacid, đa số E loại hydrolase (K/n tơng đối nhiều E a.a có ion kim loại VD Zn/ Carbonic anhydrase - cần thiết cho hoạt động xúc tác CA) Đặc điểm thành phần cấu tạo Enzym thành phần : + phần protein đơn (TP cho a.a) gọi apoenzym, + phần thứ 2: ko phải protein (phi protein) mà chất hữu cơ/ vô đặc hiƯu cã t¸c dơng céng t¸c víi E qu¸ trình xúc tác Apoenzym định t/c E, nhng thiếu phần phi protein E không hoạt động Phần phi protein gắn chặt vào phần protein (là nhóm ngoại= prosthetic) liên kết lỏng lẻo (coE hay cofactor) + Phân loại CoE: Có nhiều loại, chia theo kiểu f/ chia loại: - CoE vận chuyển nhóm: ATP, nucleozid triphosphat, pyridoxalphosphat, CoA, thyaminpyrophosphat (B1), acid folic - CoE v/c hydro gåm: NAD, NADP, FMN, FAD, CoQ, acid lipoic Trung tâm hoạt động (TTHĐ) enzym Định nghĩa : - Là phần nhỏ E, tham gia trực tiếp vào hoạt động xúc tác E - Là rÃnh đợc tạo nên gấp khúc chuỗi polypeptid, bao gồm a.a có nhóm hh cã ho¹t tÝnh cao nh Ser (-OH), His (imidazol), Cys (-SH), Glu (-COOH) Lys (-NH2) Các a.a xa CTB nhng lại gần CT không gian (VD TTHĐ chymotrypsin có His vị trí 57 Serin vị trí 195) Các nhóm chức TTHĐ enzym gồm loại: (1) Nhóm tiếp xúc (contact) có tác dụng liên kết với chất (S) để giữ S TTHĐ Nhóm tiếp xúc định tính đặc hiệu enzym (2) Nhóm xúc tác (catalitic): phản ứng trực tiếp với S làm biến đổi cấu tạo S để tạo thành sản phẩm (P) (3) Các nhóm tham gia trì hình dạng ko gian TTHĐ enzym để phù hợp với S gắn phản ứng với S Trung tâm hoạt động enzym S Hình 2.1 Trung tâm hoạt động enzym Nhóm tiếp xúc Nhóm xúc tác Nhóm trì cấu trúc không gian giả thuyết hình thành TTHĐ enzym Theo Fisher: TTHĐ có tríc, cïng víi tỉng hỵp E, cã cÊu tróc không gian định.Cơ chất có cấu trúc phù hợp với cấu trúc TTHĐ E để khớp hoàn toàn vào TTHĐ, tơng tự nh chìa khoá ổ khoá (thuyết chìa khoá & ổ khoá) 2.Theo Koshland (mô hình "tiếp xúc cảm ứng") - TTHĐ ko có trớc,mà linh động - Chỉ tiếp xúc với [S] S gây cảm ứng ko gian làm bién đổi hình dạng phân tử E => làm cho nhóm chức TTHĐ di chuyển vá định hớng cách thích hợp để hình thành TTHĐ có cÊu tróc kO gian t ¬ng tù S Nh vËy TTHĐ enzym đợc hình thành trình tiếp xúc E S Vì ngời ta gọi mô hình "tiếp xúc cảm ứng" Tính đặc hiệu enzym K/niệm: Tính đặc hiệu E tính chất xúc tác chọn lọc E S định loại f/ứ định Đó tính chất nhÊt cđa E TÝnh chÊt nµy cÊu tróc cđa E đặc biệt cấu trúc TTHĐ định o Đặc hiệu chất: Có 4, gồm ĐH tuyệt đối, tơng đối, không gian đh kép o Đặc hiệu phản ứng: + Phần lớn E có tính đặc hiệu với loại f/ định, VD:f/ khư carboxyl E decarboxylase xóc t¸c + Cịng có E có khả xúc tác nhiều f/ Vd isoxitrat DH xóc t¸c f/ : NADP isocitrat NADPH oxalosuccinat CO2 -cetoglutarat Tác dụng chế tác dụng enzym Năng lợng hoạt hoá: Trong hoá học cã hƯ thèng cã ®đ ®iỊu kiƯn cho phÐp f/ tự xảy nhng p/ không xảy Muốn cho f/ x¶y - ph¶i cung cÊp NL tõ vào để làm nội năng/ động phân tử hệ thống,do làm chúng làm cho chúng có hoạt tính hoá học cao, lợng gọi NL hoạt hoá (NLHH) f/ hoá học Tác dụng chế tác dụng enzym dụng E làm giảm NLHH f/ Enzym có khả làm giảm mạnh NLHH.Ví dô f/: 2H2O2  2H2O + O2 NÕu: - ko cã E xóc t¸c: NLHH - 18000 calo/mol - xóc tác bạch kim: NLHH - 11700 calo/mol - xúc tác E catalase thì: NLHH - 5500 calo/mol *Tác * Cơ chế tác dụng E: E có tác dụng làm giảm mạnh NLHH trình xúc tác, E đà kết hợp với S tạo thành phức hợp trung gian E-S Do kết hợp làm thay đổi cấu tạo điện tử S, làm cho S thay đổi trạng thái NL nó, từ trạng thái bền vững trạng thái ko bền vững dễ dàng phân ly thành sản phẩm (P) Cơ chất liên kết vào TTHĐ enzym theo liên kết: kỵ n ớc, LK ion, LK hydro, Lliên kết đồng hoá trị lực E-S phụ thuộc vào tơng ứng cấu trúc phân tử đặc biệt phụ thuộc vào lực liên kết E S Động học enzym Khái niệm: N.C động học E để xác định tốc độ f/ E Tộc độ f/ E đợc tính = số lợng [S] bị biến đổi/số lợng SP tạo thành /một đơn vị thời gian Khi to, pH, lực ion đợc giữ ổn định tốc ®é f/ E phơ thc vµo nång ®é [S] vµ nồng độ E Khi nồng độ E giữ 1nồng định tốc độ f/ E phụ thuộc vào n.độ [S] Sự thay đổi tốc độ f/ phụ thuộc nồng độ chất có đặc trng: - n.độ S thấp V tuyến tính với n.độ S, - n.độ S cao hơn: V ko tuyến tính với nồng độ S - tức n.độ S tốc độ f chậm lại - Khi n.độ S đến mức độ V ko dù có S đạt đến tốc độ tối đa (vmax) Vì tất TTHĐ E đà đợc gắn hết với S (hay bÃo hoà chất) Muốn đạt -> vmax n.độ S phải lớn >> nhiều lần nồng độ E- gọi trạng thái bÃo hoà chất Phơng trình Michaelis-Menten Điểm chủ yếu mô hình đặc tính động học xúc tác E hình thành E-S Tốc độ biến đổi S đợc định tốc độ biến đổi ES = sản phẩm(P) & E tự E + S  ES  P + E =>thiÕt lập ph.trình: tốc độ f E hàm số nồng độ S Phơng trình M-Menten đợc viết: [S] v = Vmax  (*) , Khi Km = [S], : v = Vmax/2 Km + [S] Km nồng độ S mà n.độ V = 1/2 tốc độ tối đa ý nghĩa: Km biểu thị lực E & S, lực lớn Km nhỏ & ngợc l Ph.trình Michaelis-Menten dạng thẳng (p.t Lineweaver-Burk) -Theo đồ thị hypecbol M-M, việc xác định Vmax đợc giá trị , =>1/2Vmax Km khó xác, muốn vẽ đợc ĐC cần phải làm nhiều thực nghiệm - Ph trình đờng thẳng Lineweaver-Burk đợc viết ns: [S] Km 1 v = Vmax  1/v = - + Km +[S] Vmax [S] Vmax Ph.tr×nh cã dạng y = ax + b, đờng thẳng 1/v 1/V max -1/Km 1/[S] Các yếu tố ảnh hởng ®Õn ho¹t tÝnh E * NhiƯt ®é - Tõ - 50oC: t0 tèc ®é f (v) cịng  ( tO  10oC -> V  - lÇn) - NÕu > 50oC: V ↓ theo sù tO, 60 800 C nhiều E hẳn hoạt tính bị biến tính - tO mà Vmax gọi tO thích hợp Đa số E có tO thích hợp ~ 35 - 40oC - Tuy nhiên có E chịu đợc tO cao, papain hoạt động đợc tO sôi * pH: - Mỗi E có hoạt tính max 1pH định, gọi pH thích hợp xa pH thích hợp hoạt tính E §a sè E cã pH tèi thÝch lµ 7,35- 7,45 pH thay đổi=> ảnh hởng đến hoạt tính E: pH ả.hởng đến trạng thái ion hoá E tr.thái ion hoá TTHĐ pH làm ảnh h ởng đến tr.thái ion hoá chất * Chất hoạt hoá KN: Chất h.hoá chát có khả làm hoạt tính E Ví dụ: Cl- hoạt hoá amylase * Các chất ức chế (I) + chất có k.năng làm hoạt tính E Nó gắn vào TTHĐ vị trí E => thay đổi cấu hình TTHĐ E để [S] ko gắn vào TTHĐ làm lực E & S ngăn cản hình thành ES + Dựa vào tác dụng chất I với E chia chất I = 4: chủ yếu I cạnh tranh, I ko cạnh tranh; I kháng cạnh tranh, I hỗn hợp Chất ức chế cạnh tranh KN: chất có cấu tạo tơng tự nh [S], cạnh tranh với [S] kết hợp vào TTHĐ làm E hoạt động xúc tác Đặc điểm: + Sự kết hợp chất I vào TTHĐ kết hợp TN giống nh S+ E Cho nên có cạnh tranh liên tục chất I [S] Do tốc độ f phụ thuộc vào nồng độ I [S] Nếu ta nồng độ [S]>> nồng độ I loại đợc tác dụng chất I + Chất I cạnh tranh ko làm thay đổi Vmax -1/ Km thay đổi ức chế không cạnh tranh Khái niệm: Chất I có cấu tạo với [S], kết hợp ko thuận nghịch vào TTHĐ vào vị trí nhng gây biến dạng E TTHĐ => làm E hoạt tính Đặc điểm: + loại c đặc hiệu phụ thuộc vào nồng độ I ko thể loại bỏ ức chế = cách nồng độ [S] đơn + Chất ức chế kết hợp vào E nh vào E-S + Chất c I ko cạnh tranh làm Vmax ko làm thay đổi Km 1/v 1/V max kh«ng cã I cã I -1/Km 1/[S] Mét sè dạng phân tử enzym ... với S g? ?n ph? ?n ứng với S Trung t? ?m hoạt động enzym S Hình 2.1 Trung t? ?m hoạt động enzym Nh? ?m tiếp xúc Nh? ?m xúc tác Nh? ?m trì cấu trúc không gian giả thuyết hình thành TTHĐ enzym Theo Fisher: TTHĐ... cao Enzym chất xúc tác, n? ?n có đặc trng chung: - không bị thay đổi sau xúc tác - l? ?m tăng tốc độ f/ để nhanh đạt đ? ?n trạng thái c? ?n bằng, m? ? không l? ?m thay đổi số c? ?n Enzym protein có đủ tính... subunit) nhng có nhiều E nhiều subunit tạo n? ?n + Thành ph? ?n cấu tạo: chia = loại E nh sau : Enzym thành ph? ?n: E m? ? thuỷ ph? ?n cho SP aminoacid, đa số E loại hydrolase (K /n tơng đối nhiều E a.a có ion