Tiểu luận Hóa sinh đại cương: Cấu tạo của Enzyme có nội dung trình bày về: Bản chất hóa học của enzyme; Thành phần cấu tạo của Enzyme; Trung tâm hoạt động của Enzyme; Các dạng phân tử của Enzyme; Trung tâm dị lập thể;... Mời các bạn cùng tham khảo bài tiểu luận tại đây nhé!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC *** TIỂU LUẬN HÓA SINH ĐẠI CƯƠNG Đềtài: “Cấutạocủa enzyme” Giảngviênhướngdẫn: TS. GiangThịPhương Ly Sinhviênthựchiện:PhạmThị Ni MSSV: 20175053 Lớp: HH02 – K62 HàNội, tháng 5 năm 2020 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Ngaybâygiờ, khibạnđọcđiềunày, cóhàngtỷphảnứnghóahọcxảy bêntrongcơthểbạn Chúngxảy vớitốcđộcựcnhanhbêntrongcáctếbào, ra nhưngkhicácphảnứngnàyđượcxảy ratrongcácốngnghiệmtrongphịngthínghiệmthayvìcơthể, chúngxảy ra vớitốcđộcủaốcsên. Điềugìgiảithíchsựkhácbiệtvềtốcđộnày? Cáctếbàocủachúng ta cógì, màmộtốngnghiệmthiếu? Câutrảlờilà: Enzyme! Trongcơthểsống, hầunhưkhơngcómộtqtrìnhhóahọcnàolạikhơngliênquanmậtthiếtđếncácqtrìnhsinhhọ c enzyme xúctác Cóthểnóirằngsựsốnggắnliềnvới enzyme.Chúngtạo ra cácđiềukiệncầnthiếtđểcácphảnứngsinhhóadiễn điềukiệnbìnhthườngvềnhiệtđộ, nhanhchóngmặcdù ở ápsuất, pH. Tênchungmàcácnhàhóahọcsửdụngchomộtthựcthểhóahọclàmtăngtốcđộphảnứnglàc hấtxúctác. Enzyme làchấtxúctácsinhhọcđượchìnhthànhtrongtếbàodướidạnghợpchất protein cócấutrúchóahọcrấtđặcthù. Enzyme trongcơthểsinhvậtvớichứcnăngxúctácchọnlọc, đóngvaitrịđịnhhướngtấtcảmọiphảnứngxảy trongtếbào Khi ngồitếbàonhiều enzyme vẫncịnkhảnănghoạtđộngtươngtự. Nếukhơngcó enzyme, tếbàosẽbịtêliệt. Nên enzyme giữvaitrịquantrọngtrongsựhơhấp, di chuyển, suynghĩ, hành vi, phátâmcũngnhưduytrìsựhữuhiệucủahệmiễndịch Mộtsố enzyme cóthểvơhiệuhóacáchóachấtđộcgây ra ungthư, hoặc do ơ nhiễmmơitrường, … Nhưvậy, enzyme cókhảnăngvàhiệulựcxúctácrấtlớn, cótínhđặchiệurấtcao. Đểđảmbảochochứcnăngcủa enzyme làchấtxúctácsinhhọc, cấutạocủa enzyme phảirấttinh vi phứctạp. Bàitiểuluậnnàychúng ta sẽlàmrõcấutạocủa enzyme NỘI DUNG I BẢN CHẤT HÓA HỌC CỦA ENZYME Cấutrúcprotein củaenzym TIM TIM là mộtenzymcựckỳhiệuquảtrongqtrìnhchuyểnđổi đường thànhnănglượngchocơthể[1] Từgầnmộtthếkỷtrướcđây, cácnhàkhoahọcđãđổxơvàoviệcxácđịnhbảnchấthóahọccủa enzyme Cho đếnnay, cóthểnóirằng, ngồinhómnhỏphântử RNA cóhoạttínhxúctác, tuyệtđạiđasố enzyme cóbảnchấtlàproteinvàsựthểhiệnhoạttínhxúctácphụthuộcvàocấutrúcbậc 1, 2, 4 củaphântửproteinvàtrạngtháitựnhiêncủachúng [2].Thựcchấtbảnchấthóahọccủa enzyme chỉđượcxácđịnhđúngđắntừsau khi kếttinhđược enzyme Enzyme đầutiênnhậnđược ở dạngtinhthểlàureasecủađậutương (Summer, 1926), tiếptheo pepsinvàtrypsin (Northrop vàKunitz, 1930, 1931) Sauđónhữngtácgiảkháccũngđãkếttinhđượcmộtsố enzyme khácvàcóđủbằngchứngxácnhậncáctinhthểproteinnhậnđượcchínhlàcác enzyme[3] Kếtquảnghiêncứutínhchấthóalýcủa enzyme đãchothấy enzyme cótấtcảcácthuộctínhhóahọccủacácchấtprotein. Tínhchấtxúctácphụthuộcvàocấutạocủaprotein Nếumột enzyme bịbiếntínhhayphântáchthànhnhữngtiểuđơnvịthìhoạttínhxúctácthườngbịmấtđi, tươngtự bảnthânprotein enzyme bịphâncắtthànhnhữngaminoaxit.[3] Phầnlớn enzyme códạnghạtnhưcácproteinhìnhhạt, tỷlệgiữatrụcdàivàtrụcngắncủaphântửvàokhoảng 12 hoặc 46 Vềkhốilượngphântử enzyme cũngnhưcácproteinkháccókhốilượngphântửlớnkhoảng 12000 dalton đến 1000000 dalton hoặclớnhơn Enzyme cókhốilượngphântử bé nhấtlàribonuclease (12700 dalton), đasố enzyme cókhốilượngphântửtừ 20000 đến 90000 hoặcvàitrămnghìn Dalton [3] Do kíchthướcphântửlớn, enzyme khơngđi qua đượcmàngbánthấm Enzyme cóthểhịa tan trongnước, trongdungdịchmuốilỗngnhưngkhơng trongdungmơikhơngphâncực khơngbềnvàdễdàngbịbiếntínhdướitácdụngcủanhiệtđộcao, tan Enzyme axithoặckiềmđặc, muốikimloạinặng nồngđộcao), phầnlớn enzyme bịmấtkhảnăngxúctác. Mứcđộgiảmhoạttínhcủa enzyme tươngứngvớimứcđộbiếntínhcủaprotein Ngồi ra, mộtsốphântử RNA cịncóhoạttínhxúctácgiống enzyme, đượcgọichung là ribozyme Do chúngcócấutrúcmạchđơnnêncóthểtựcuộngậpthànhcấuhìnhkhơnggianđặctrưngđểxúctác hoặcchúngcóthểliênkếtvớiphântửnucleicacidhayproteinkhácđểhìnhthànhcấutrúckhơngg ianđặctrưng, phùhợpvớinhiệmvụxúctác. Mộtsố ribozyme tiêubiểulàthểtựcắtnối intron, ribozyme của virus HIV ( gâybệnhviêm gan), viroid, …[1] II THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA ENZYME Cũngnhưprotein, enzyme cóthểlàproteinđơnloạigiảnhoặcproteinphứctạp. Trêncơsởđó, xétvềcấutrúc, người ta phân enzyme thành loại : enzyme đơngiản (mộtthànhphần) enzyme phứctạp (haithànhphần) Trườnghợp enzyme là mộtproteinđơngiảngọi enzyme mộtthànhphần Trườnghợp enzyme là mộtproteinphứctạp(chiếm 6070%) nghĩalàngồiproteinđơngiảncịngắnthêmnhómkhơngphảiproteinnhưlipid, glucid… gọi là enzyme haithànhphần Enzyme mộtthànhphần: II.1 Trongphântửchỉchứamộtcấutử protein cịnđượcgọilà “feron” hay “apoenzyme” Protein đượctạothànhtừmộtphântửhoặcmộtsốmạchpolypeptit, mỗimạchnhưvậychứacác amino acid nốivớinhaubằngliênkếtpeptit Tấtcảcác protein đượcxâydựngtừ 20 loại amino acid khácnhau Các amino acid nàychứacáchợpchấtbéovịngthơmhoặcdịvịngcóítnhấtmộtnhóm amin vànhómcacboxyl Vídụ: Amilase, urease, pepxin, … Enzyme haithànhphần: II.2 Trongphântửngồi protein cịnphầnkhơngphải protein gọilànhómngoại(Cofactor).Loạinàythườnglànhữngchấthữucơđặchiệucóvaitrịthúcđẩyx úctác Ở enzyme đacấutử, phần apoenzyme đóngvaitrịxúctácnhưngnếuthiếuthànhphầnthứhai (cácchấthữucơđặchiệu) enzyme khơngthểhoạtđộngđược. Chínhvìthếchấthữucơđặchiệunàycịnđượcgọilàchấtcộngtác.Vídụ: Catalase, peroxidase; anhydrase cacbonic – mộtloại enzyme giúpduytrìđộ pH củacơthểkhơngthểhoạtđộngtrừkhinóđượcgắnvàomột ion kẽm, … Cofactor cócấutrúcnhỏ, khơngđượccấutạotừcác acid amin, làmnhiệmvụvậnchuyểncácnguntử hay electron trongcácphảnứnghóahọcmà enzyme củanóxúctác. Nhómngoạirấtđadạng, chia làmhailoại: nhómghépvà coenzyme Phầnkhơngphải protein của enzyme đượcgọilànhómghép (prosthetic group) khinóliênkếtchặtchẽvớiphần protein enzyme bằngliênkếtđồnghóatrị, làthànhphầncốđịnhcủaphântửvàthamgiachuyểnhóahidro, điệntử.Vídụ: FMN, FAD của dehydrogenase, PLP của aminotransferase, Hem của cytochrome Coenzyme làphầnkhôngphải protein enzyme trongtrườnghợpnógắnlỏnglẻovới apoenzyme, dễtách vànhậplại, chạytừapoenzyemenàytới apoenzyme kiavàcóthểtồntạiđộclập [4].Vídụ: NAD+, NADP+ củanhiềudehydrogenase Coenzyme trựctiếpthamgiaphảnứngxúctác, giữvaitròquyếtđịnhkiểuphảnứngmà enzyme xúctácvàlàmtăngđộbềncủa apoenzyme đốivớicácyếutốgâybiếntính Cịn apoenzyme cótácdụngnângcaohoạttínhxúctáccủa coenzyme vàquyếtđịnhtínhđặchiệucủa enzyme Tuynhiênsựphânbiệtnàychỉmangtínhchấttươngđối, vìkhócóthểcómộttiêuchuẩnthậtrõràngnàođểphânbiệtgắnchặt hay khơnggắnchặt, hơnnữanhữngnghiêncứugầnđâyđãthấyrằng, nhiều coenzyme cũngkếthợpvới apoenzyme bằngliênkếtcộnghóatrị Ngồi cácnhà khoa họccũngchothấy, trongthànhphầncủanhững enzyme cósựhiệndiệncủamộtsốkimloại. Cáckimloạinàythườnglàmộttrongnhữngthànhphầncủachấthữucơđặchiệu.Vídụ, tronghệ enzyme cytochrome, catalase, peroxydase, sắt (Fe) gắnchặtvớinhân porphyrin. Cáckimloạicótrongthànhphầncủa enzyme thườngrấtdễtách khỏi enzyme. Trongtrườnghợp enzyme mấtkimloại, chúngsẽmấthoạttính Khi ta đưacáckimloạitươngứngvàocác enzyme, hoạttính enzyme lạiđượckhơiphục. Tínhchấtnàymangtínhchấtthuậnnghịch Vaitrịcủakimloạitronghoạtđộngcủa enzyme vẫnchưathựcsựlàmsángtỏ Tuynhiêncácnhà khoa họccũngchorằng, cóthểkimloạiđóngvaitrịliênkếtgữa enzyme vàcơchất, liênkếtgiữa apoenzyme và coenzyme, thamgiatrựctiếpvàoqtrìnhvậnchuyểnđiệntử, nhưvaitrịcủasắttrong cytochrome vàperoxidase [5] II.3 Cấutrúccủa cofactor Các cofactor cóbảnchấthóahọckhácnhau; phântửthườngchứadịvịng Cofactor làphầntrựctiếpthamgiaphảnứnghoặccóchứcnăngnhậnbiếtcácđạiphântử. Nhiều cofactor làdẫnxuấtcủacác vitamin tan trongnướcvàphầnlớnthườngchứa phosphate trongnucleotid [4] II.3.1 Cofactor củacác oxidoreductase NAD+ (NicotinamidAdenineDinucleotid) NADP+ (NicotinamidAdenineDinucleotidPhosphate) Chúnglàdẫnxuấtcủavitamin PP (nicotinamid, niacin) NAD+ NADP+ là dẫnxuấtcủakhoảng 250 dehydrogenase Cơchếhoạtđộng: Dạngoxihóa Dạngkhử Trongqtrìnhoxihóakhử, nhânnicotinamidtrựctiếpthamgiaphảnứng, C4củanhâncókhảnăngnhườnghoặcnhậnmộtnguntử hydro Trongphảnứng nguntử hydro củacơchấtgắnlênnhânnicotinamid, nguyêntử hydro nằmtrongmôitrườngdướidạng proton [6] FMN: Flavin mononucleotide FAD: Flavin – Adenine – Dinucleotid Chúnglàdẫnxuấtcủavitamin B2 (Riboflavin) FMN FAD liênkếtchặtvới apoenzyme, tạothànhflavoprotein Dạngoxihóa (FAD, FMN) cómàuvàng, lõihoạtđộnglàvịngisoalloxasine Cơchếhoạtđộng: FMN và FAD đềucónhân Flavin lànơitrựctiếpthamgiaphảnứng oxy hóakhử Lipoate (6,8 dithioctanate) Dạng OXH DạngKhử Coenzyme Q Thamgiavậnchuyểnhidrovàlàthànhviêncủachuỗihơhấptếbào (trong ty thể) CónhiềuloạiCoEQtùythuộcvàomạchnhánh (gốcterpen) dài hay ngắn (có n gốcterpenkhácnhau n=10, n=9, n=8, n=7, n=6) CoE Q10 thườngcó ở độngvậtcóvú (n=10) CácCoEnàylànhững coenzyme oxy hóakhử. CoEnàyhoạtđộngđượclànhờsựbiếnđổigiữaquinonvà quinol [6] Dạngquinon hay dạngoxihóa Dạngkhử hay hydroquinon Hem Nhómghépcủa oxidoreductase (catalase, peroxidase, cytochrome) vậnchuyển electron Hemoglobin Heme II.3.2 Cofactor củacác transferase ATP (adenosine triphosphate): cofactor củacác transferase cótênlà kinase TPP (thiaminepyrophosphate) Làdẫnxuấtcủa vitamin B1, vòng pyrimidine gắnvớithiazolnhờcầu –CH2. Phầnthamgiaphảnứnglàvòngthiazol, vịng pyrimidine vànhóm diphosphate làmnhiệmvụgắnvới apoenzyme PLP (pyridoxalphosphate) Là dẫnxuấtcủavitamin B6 Nhómghépcủa transaminase – chuyển amin vàdecarboxylase – khửcarboxylchoacid amin Ngoài NAD(P+), PLP làcofactorthứ 3 cónhân pyridine Thànhphầncấutạocủapyrimidincónhómaldehyde nhómbàylàbộphậntrựctiếphoạtđộngcủaCoE 10 Coenzyme A, CoASH (coenzyme acyl hóa) Vậnchuyển acyl, acyl đượcgắnvàonhóm thiol (SH) nhờliênkết thioester TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME III III.1 Kháiniệm: Enzyme proteinđặcbiệt.Ngồicấutrúcgiốngnhưcấutrúcbìnhthườngcủaprotein, enzyme cịncócấutrúcrấtđặcbiệtliênquanđếnhoạttínhxúctáccủa enzyme.Khơngphảitồnbộcácphầncủa enzyme đềuthamgiavàohoạtđộngxúctác, mà có một phần nhỏ của phân tử enzyme chứa các nhóm chức trực tiếp kết hợp với cơ chất (chất phản ứng bị chuyển hóa dưới tác dụng của enzyme) tham gia trực tiếp trong việc hình thành, cắt đứt các liên kết vv, … để tạo thành sản phẩm phản ứng gọi là trung tâm hoạt động (TTHĐ) của enzyme. Từ các kết quả nghiên cứu về bản chất hóa học và cơ chế tác động của trung tâm hoạt động, chúng ta có một số nhận xét chung về trung tâm hoạt động như sau: Là bộ phận dùng để liên kết với cơ chất Chỉ chiếm tỷ lệ rất bé so với thể tích tồn bộ của enzyme, nằm trong “túi” hoặc trong “khe”, ở gần bề mặt phân tử Gồm các nhóm chức của amino acid ngồi ra có thể có các ion kim loại và các nhóm chức của các coenzyme (enzyme đa cấu tử) [7] 11 Phần cịn lại đóng vai trị như một cái khung, giữ cho cấu trúc khơng gian thích hợp với khả năng xúc tác. Nếu bị tác động bởi các điều kiện bên ngồi như nhiệt độ, pH, nồng độ các chất, bộ khung này sẽ biến đổi cấu trúc khơng gian. Từ đó làm thay đổi sâu sắc hoạt tính hoạt tính enzyme. Phần của phân tử enzyme khơng có liên quan đến hoạt tính enzyme, nếu bị tác động, bị mất đi hoặc bị biến đổi sẽ hồn tồn khơng ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme [8] III.2 Đặcđiểm: Trungtâmhoạtđộngcódạng khehởbachiều bao từcácdưlượngkhácnhaucủachuỗiaxit amin gồmcácaxit chính. Cácaxit amin amin đóngmộtvaitrịquantrọngtrongtínhđặchiệuliênkếtcủavịtríhoạtđộngthườngkhơngliềnkề vớinhautrongcấutrúcchính, nhưngtạothànhvịtríhoạtđộng do kếtquảcủaviệctạocấutrúcbậc3, bậc 4 Trong enzyme mộtthànhphần, acid amintạo ra trungtâmhoạtđộngthườngphânbốtrênnhữngphầnkhácnhaucủamạchpolypeptit (cấutrúccấpmột) nhưngthựctếchuỗipolypeptitcủa enzyme tồntại ở trạngtháikhônggian (cấutrúccấpbavàcấpbốn), nêncác amino acid nàythườngnằmkềnhautrongkhơnggian, đượcđịnhhướngxácđịnhtrongkhơnggiancáchnhaunhữngkhoảngcáchnhấtđịnhsaochochún gcóthểtươngtácvớinhautrongqtrìnhxúctáctạothànhtrungtâmhoạtđộng. Sựkếthợpcủacácnhómchứccủacác acid amin thườnggặplànhóm –SH của cysteine, OH của serine, thereoninevàtyrosine, εNH2 của lysine, COOH của glutamic, aspatic, vịng imidazole của histidine, indolcủa tryptophan, nhóm guanidine của arginine Vídụ: Trungtâmhoạtđộngcủaα– chymotrypsin bao gồmnhóm hydroxyl Ser – 195, imidazole His – 57 vànhómcacboxylcủa Asp – 102 Cácgốcnày ở kháxanhautrongchuỗi polypeptide nhưnggiữacácnhómchứcnăngcủachúngchỉcáchnhau 2,8 – 3,0Ao 12 Trong enzyme haithànhphần, TTHĐ cũngnhưtrên, cácnhómchứccủa amino acid thamgiatạothành TTHĐ liênkếtvớinhaubằngliênkết hydro Ngồi ra trongtrungtâmhoạtđộngloạinàycịncósựthamgiacủa coenzyme vàcóthểcả ion kimloạinhư Ca, Zn2+ (Cacboxypeptidase A), Cu+ (Ascorbatoxydase, Phenolxydase), … Các ion kimloạicómặttrongtrungtâmhoạtđộngcủa enzyme cóvaitrịxúctácrấtlớn Mỗimột enzyme thườngcómộttrungtâmhoạtđộng Tuynhiêncũngcónhững enzyme cóhaitrungtâmhoạtđộng (alcohol hydrogenase củagan), thâmchícó enzyme cótớibốntrungtâmhoạtđộng (alcohol dehydrogenase củanấm men) Cấutrúckhơnggiancủa enzyme đãtạo trungtâmhoạtđộngcủa enzyme, thamgiavàoquátrìnhxúctác bao gồmcác amino acid thamgiaxúctác, ion kimloạivànhómchứccủa coenzyme Vậytrungtâmhoạtđộngcủa hoạtđộngnhưnào? Hoạtđộngcủatrungtâmhoạtđộngcóliênquanđếncơchất. DướiđâylàmộtsốmơhìnhTTHĐ của enzyme: Mơhình Fischer 13 enzyme Người ta nhậnthấy, cơchất (substrate) sẽliênkếtvới enzyme đặchiệuđểthamgiaphảnứngđặctrưngtươngứng.Chínhvìthế, mỗiloại enzyme chỉcóthểthamgiaxúctácphảnứngchomộtloạicơchấtnhấtđịnh.Vídụ: đường sucrose chỉcóthể do enzyme sucrase xúctácthủyphânthànhhai monosaccharide tươngứnglàđường glucose vàđường fructose; hay chấttruyền tin trunggian acetylcholine bịphânhủybởi enzyme acetylcholinesterase đểtạothành acetyl và choline… Đểgiảithíchchosựđặchiệunày, mơhình khóavàchìakhóa đãđược Emil Fischer đềxuấtvàonăm 1894 Enzyme cóvaitrịgiống “ổ khóa” thểhiện qua vịtríliênkếtcócấutrúcđặchiệumàchỉcócơchấtđặchiệu (đóngvaitrị “chìakhóa”) cócấutrúckhơnggiankhớpvớimiềnhoạtđộngcủa enzyme. Khóavàchìakhóalàmơhìnhsaochotrungtâmhoạtđộngcủa phùhợpvớicơchấtkhơngcầnthayđổicấutrúccủa liênkếtvớicơchất enzyme saukhi enzyme Thuyếtnàycóthểgiảithíchđượctínhđặchiệucủaenzyme nhưngkhơngthểgiảithíchđượcsựổnđịnhtrạngtháichuyểntiếpmà enzyme cóđược 14 enzyme MơhìnhKoshland Vìvậy,năm 1958Koshlandđãđềxuấtgiảthuyếtbổ sung chomơhình Fischer. Ơngchorằngcấutrúccủa enzyme linhhoạtvàđặcbiệtvùngtrungtâmhoạtđộnglàrấtmềmdẻovàlinhhoạt, cácnhómchứcnăngcủatrungtâmhoạtđộngcủa enzyme tự chưa ở tưthếsẵnsànghoạtđộng, khitiếpxúcvớicơchất, trongphầntrungtâmhoạtđộngcủaphântử enzyme cácnhómchứcnăng thayđổivịtrítrongkhơnggian, ở tạothànhhìnhthểkhớpvớihìnhthểcủacơchất Do đó, cơchấtcóthểliênkếtvới enzyme saochohoạtđộngxúctácdiễn hiệuquảnhất.Cũngvìvậy, người ta gọimơhìnhnàylàmơhình “tiếpxúccảmứng” hoặc “khớpcảmứng” Đơikhi, phântửcơchấtcóbiếnđổinhẹvềcấutrúcđểtănghiệuquảxúctácnhưtrongtrườnghợp glycoside hydrolase Liênkếttrongtrungtâmhoạtđộngliênquanđếnliênkết tươngtáckỵnướcvàliênkếtcộnghóatrịkịpthời. 15 hydro, TTHĐđanghoạtđộngsauđósẽổnđịnhtrạngtháichuyểntiếptrunggianđểgiảmnănglượngkíc hhoạt. Nhưngchấttrunggianrấtcóthểkhơngổnđịnh, chophép enzyme giảiphóngcơchấtvàtrởvềtrạngtháikhơngliênkết Mơhìnhnàyđịihỏinănglượngđểthayđổihìnhdạngcủacơchất. Mộtkhihìnhdạngđư ợcthayđổi, cơchấtkhơngliênkếtvới enzyme, cuốicùngsẽthayđổihìnhdạngcủa enzyme. Mộtkhíacạnhquantrọngcủamơhìnhnàylànólàmtănglượngnănglượngtự do. Cáccơchấtkếthợpvớitrungtâmhoạtđộngtạophứchợpenzymcơchất (ES): E + S → ES → E + P S:cơchất P:sảnphẩm Giữacơchấtvàtrungtâmhoạtđộngtạothànhnhiềutươngtácyếu, đócóthểdễdàngbịcắtđứttrongqtrìnhphảnứngđểgiảiphóng do enzyme vàsảnphẩmphảnứng Trungtâmhoạtđộngcủacác enzyme cóthểnằmtrênmộtphầndướiđơnvịhoặc cócấutrúcbậc 4 bao gồmcácnhómchứcnăngthuộccácphầndướiđơnvịkhácnhau Trungtâmhoạtđộnglàmiền protein quantrọngnhấtđốivới enzyme. Nếuxuấthiệnđộtbiếnsainghĩa, vơ nghĩa, lệch khung đọc mở, những triplet mã hóa cho amino acid nằm ở vùng này thì có khả năng cao enzyme bị mất chức năng IV TRUNG TÂM DỊ LẬP THỂ IV.1 Kháiniệm: Trong phân tử enzyme ngồi trung tâm hoạt động cịn một số vị trí khác có thể tương tác với các chất khác gọi là trung tâm alosteri (trung tâm dị lập thể hay trung tâm điều hịa). Các chất kết hợp vào trung tâm này gọi là các chất điều hịa alosteric. Khi 16 các chất này kết hợp với enzyme làm thay đổi cấu trúc khơng gian của phân tử enzyme, của TTHĐ do đó làm thay đổi hoạt độ xúc tác của enzyme. Nếu làm tăng hoạt độ gọi là chất điều hịa dương, nếu làm giảm hoạt độ gọi là chất điều hịa âm. Điều đáng lưu ý là các chất điều hịa này kết hợp với enzyme nhưng khơng bị chuyển hóa dưới tác dụng của enzyme mà nó kết hợp Nguồn: http://www.mum.ca/biology/desmid/brian/BIOL206006/CB06/html IV.2 Đặcđiểmcủatrungtâmdịlậpthể: Hầu hết các enzyme alosteric là các protein có cấu trúc bậc 4, trong phân tử thường có 2 hay một số trung tâm hoạt động, có thể kết hợp với 2 hay một số phân tử cơ chất, chất có thể thực hiện chức năng của chất điều hịa – điều hịa homotropic (đồng hợp). Các chất điều hịa có cấu trúc khác cơ chất – điều hịa heterotropic (dị hợp) Thơng thường enzyme alosteric điều hòa theo kiểu kết hợp vừa homotropic và heterotropic Ví dụ: Hoạt tính của các enzyme điều khiển đóng vai trị mấu chốt trong các q trình trao đổi được điều khiển bởi các chất gây hiệu ứng dị lập thể 17 V CÁC DẠNG PHÂN TỬ CỦA ENZYME Trong cấu trúc phân tử của enzyme, tính chất tinh vi và phức tạp khơng chỉ giới hạn phạm vi từng phân tử, từ thành phần cấu tạo và các bậc cấu trúc cho đến cấu tạo của trung tâm hoạt động cùng với vai trị của các nhóm chức năng mà cịn thể hiện ở tính đa dạng của các phân tử enzyme. Tính đa dạng của nhiều enzyme khác nhau đã được phát hiện ở các cơ thể sống khác nhau từ người, động vật, thực vật đến vi sinh vật. Người ta thấy rằng có những enzyme xúc tác cùng một phản ứng hóa học và có cùng tính đặc hiệu cơ chất nhưng có nguồn gốc khác nhau nên thể hiện nhiều tính chất khác Aldolase có nguồn gốc từ nấm men có nhiều tính chất khác với aldolase của mơ động vật; pepsin, trypsin, chymotrypsin, xanthin oxydase và lysozyme cũng có những dạng phân tử khác nhau. Nhiều enzyme tương tự nhau thu được từ cùng một loại mơ nhưng của những lồi khác nhau cũng có những tính chất khác biệt nhau: α amylase của dịch nước bọt và dịch tụy của người thì giống nhau, nhưng chúng khác với α amylase thu được từ tụy lợn về độ hịa tan, về pH thích hợp và một số tính chất khác. Những enzyme có nguồn gốc từ những mơ khác nhau của cùng một lồi, tuy xúc tác cùng một loại phản ứng hóa học, nhưng khác nhau rất rõ rệt về tính đặc hiệu cơ chất như trường hợp của những cholinesterase. Các enzyme xúc tác những phản ứng chuyển hóa giống nhau trong các tế bào của nhiều mơ khác nhau có tính chất đặc hiệu cơ quan, ví dụ lactat dehydrogenase của cơ tim và cơ xương khác nhau rõ rệt về tốc độ di chuyển điện di và nhiều tính chất khác. Ngay trong một mơ hay một cơ quan, cũng tồn tại những dạng phân tử khác nhau: trong cơ tim ít nhất cũng có hai dạng phân tử của lactat dehydrogenase có tốc độ di chuyển điện di khác nhau, từ nấm men có thể tách ra được bốn dạng phân tử của phosphoglyceraldehyde dehydrogenase. Trong một tế bào, một enzyme nào đó cũng có thể có những dạng phân tử khác nhau tồn tại trong các bộ phần khác nhau của tế bào, ví dụ aspartat aminotransferase có dạng phân tử trong ty lạp thể khác với dạng phân tử của enzyme này ở bào tương 18 Như vậy, tính đa dạng của các phân tử enzyme có thể thể hiện ở nhiều mức độ, từ các lồi khác nhau đến các mơ hay cơ quan khác nhau của cùng một cơ thể và ngay cả các bộ phận khác nhau của cùng một tế bào. Các dạng phân tử khác nhau của cùng một enzyme, tuy cùng có chức năng xúc tác một phản ứng hóa học giống nhau nhưng vì cấu trúc phân tử của chúng đều ít nhiều có khác nhau, do đó chúng có những tính chất khác nhau về hóa học, vật lý, miễn dịch thậm chí ngay cả động học và tính đặc hiệu của phản ứng enzyme Theo kiến nghị chính thức của ủy ban thường trực về enzyme của Hội Hóa sinh Quốc tế, danh từ isoenzyme được dùng để chỉ những dạng phân tử khác nhau của một enzyme tồn tại trong một loài; ngoài danh từ này, danh từ isozyme cũng được quen dùng Theo một số tác giả, khi phân loại các dạng phân tử khác nhau của enzyme, phải phân biệt giữa isoenzyme và heteroenzyme. Danh từ isoenzyme chỉ dành cho những dạng phân tử của một enzyme có nguồn gốc từ cùng một cơ quan và mơ cũng như phải có cùng hoạt động xúc tác như nhau; danh từ heteroenzyme dành cho những dạng phân tử cùng có hoạt động xúc tác giống nhau nhưng có thể có nguồn gốc từ các cơ quan hoặc lồi khác nhau Trong các enzyme đa dạng đã trình bày, các isoenzyme lactat dehydrogenase được nghiên cứu đặc điệt kỹ do chúng có ý nghĩa về mặt chẩn đốn bệnh. Chúng có 5 dạng phân tử tetrame có cùng trọng lượng phân tử như nhau có thể phân chia được riêng rẽ bằng điện di thành các cấu tử rất khác nhau VI PHỨC HỢP MULTIENZYME Trong cơ thể sống, ngồi các enzyme polyme những enzyme có cấu trúc bậc bốn, do nhiều đơn vị nhỏ cấu tạo nên; cịn tồn tại hệ thống nhiều enzyme hay cịn gọi là hệ thống multienzyme. Đó là những hệ thống gồm các enzyme có liên quan với nhau, 19 xúc tác cho dây chuyền phản ứng của một q 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 Có thể minh họa hệ thống gồm 3 enzyme E 1, E2, E3 xúc tác cho dây chuyền phản ứng nhưsau: Trong sơ đồ này, A là cơ chất của E1, B là sản phẩm của phản ứng do E1 xúc tác nhưng lại là cơ chất của E2 v.v Các hệ thống nhiều enzyme trong tế bào có mức độ tổ chức phức tạp khác nhau. Các enzyme trong hệ thống nhiều enzyme có thể tồn tại riêng rẽ ở dạng hịa tan, khơng liên kết với nhau hoặc có thể kết tụ với nhau, liên kết với nhau khá bền tạo thành phức hợp nhiều enzyme khi tách riêng khỏi phức hợp enzyme, sẽ mất hoạt tính xúc tác [9]. Ngồi ra, một số hệ thống enzyme có thể liên kết với thành phần cấu tạo của tế bào như màng ribosome. Các enzyme của chuỗi hơ hấp xúc tác cho q trình chuyển điện tử từ cơ chất đến oxy, được gắn chặt vào màng trong của ty thể và thực chất là một phần cấu trúc của ty thể. Người ta đã gặp các phức hợp multienzyme trong nhiều q trình chuyển hóa: q trình khử carboxyl oxy hóa của pyruvic acid tạo thành acetyl coenzyme A, q trình tổng hợp acid béo ngồi ty lạp thể nấm men, lồi có vú, lồi chim , q trình tổng hợp những peptide có hoạt tính kháng sinh như gramicidine và tyrocidin, q trình tổng hợp tryptophan v.v 20 KẾT LUẬN Qua việctìmhiểucấutạocủa enzyme, mộtđiểmđặcbiệtcủa enzyme màkhơngcó ở cácchấtxúctácvơcơkháclà “tínhđặchiệu” cao; enzyme cóthểnhận ra vàchọncơchấtđểbiếnnóthànhsảnphẩmmongmuốn Hiệuquảxúctáccủa enzyme làcựckỳcao, tăngtốcđộphảnứnghóahọclênđếnvàitriệulần Điềunàyđãlýgiảicâuhỏiđặt phầnmởđầu Ngồi ra, enzyme cịncókhảnăngphânhủysinhhọctựnhiên, chophépgiảmtácđộngmơitrườngcóthểxảy khisửdụng Nhưvậy, enzyme đóngmộtvaitrịlớntronghoạtđộnghàngngàycủacơthể người, ngồi enzyme cũngcónhiềuứngdụngtrongcácngànhcơngnghiệpkhácnhaunhưcơngnghiệphóahọc, thựcphẩm, dượcphẩm, mỹphẩm, vàcáclĩnhvựckhác 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO TàiliệutiếngViệt https://vi.wikipedia.org/wiki/Enzym ĐỗQuý Hai 2004 GiáotrìnhHóasinhđạicương, Tàiliệulưuhànhnộibộtrường ĐHKH Huế PhạmThịTrânChâu, TrầnThịÁng. 1999. Hóasinhhọc, NXB Giáodục, HàNội Slide bàigiảng TS. GiangThịPhương Ly NguyễnĐứcLượng (Chủbiên), Cao Cường, NguyễnÁnhTuyết, Lê ThịThủyTiên. 2004. Cơngnghệ enzyme, NXB ĐạihọcQuốcgiaThànhphốHồChí Minh Tr 12 Trần Thanh Phong 2004 Tàiliệulưuhànhnộibộtrường ĐHKH Huế 103 GiáotrìnhHóasinhđạicương, NguyễnĐứcLượng (Chủbiên), Cao Cường, NguyễnÁnhTuyết, Lê ThịThủyTiên. 2004. Cơngnghệ enzyme, NXB ĐạihọcQuốcgiaThànhphốHồChí Minh Tr 13 TS BùiXnĐơng Giáotrìnhcơngnghệ enzyme, TrườngđạihọcBách khoa ĐàNẵng Tàiliệutiếng Anh Bergmeyer H. U. 1968. Methods of enzymeatic analysis, translated from the third German edition, New York 10 Copeland R. A. 2000. Enzyme, copyright by WileyVCH, Inc 11 Lehninger A. L. 2004. Principles of Biochemistry, 4th Edition. W.H Freeman 12 Mikkelsen S. R. 2004. Bioanalytical chemistry, copyright by John Wiley & Sons, Inc 22 ... enzyme làchấtxúctácsinhhọc, cấutạocủa enzyme? ? phảirấttinh vi phứctạp. Bàitiểuluậnnàychúng ta sẽlàmrõcấutạocủa? ?enzyme NỘI DUNG I BẢN CHẤT HÓA HỌC CỦA? ?ENZYME Cấutrúcprotein củaenzym TIM TIM... TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG CỦA? ?ENZYME III III.1 Kháiniệm: Enzyme proteinđặcbiệt.Ngồicấutrúcgiốngnhưcấutrúcbìnhthườngcủaprotein, enzyme cịncócấutrúcrấtđặcbiệtliênquanđếnhoạttínhxúctáccủa enzyme. Khơngphảitồnbộcácphầncủa... thành phần? ?cấu? ?tạo? ?và các bậc? ?cấu? ?trúc cho đến? ?cấu? ?tạo? ? của? ?trung tâm hoạt động cùng với vai trị? ?của? ?các nhóm chức năng mà cịn thể hiện ở tính đa dạng? ?của? ?các phân tử ? ?enzyme. Tính đa dạng? ?của? ?nhiều? ?enzyme? ?khác nhau đã