SINH HÓA HỌC TĨNH chương 5 ENZYME

1 1 BÀI GIẢNG SINH HĨA HỌC PHẦN I – SINH HĨA HỌC TĨNH Chương V- ENZYME TP.HCM-2008 2 Chương V- ENZYME 1. Enzyme và hiện tượng xúc tác sinh học 2. Cấu tạo 3. Cơ chế hoạt động xúc tác 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt lực xúc tác của enzyme 5. Danh pháp và phân loại 3 1. Bản chất hóa học của enzyme? Những đặc điểm cấu trúc chung của enzyme, trung tâm hoạt động của enzyme. 2. Giải thích cơ chế xúc tác chung của enzyme. 3. Tính đặc hiệu của enzyme và các điều kiện môi trường ảnh hưởng đến khả năng xúc tác của enzyme ? 4. Danh pháp và phân loại enzyme theo 6 lớp. Thành phần cấu tạo và hoạt động xúc tác của mỗi lớp. MỤC TIÊU 4 1. ENZYME VÀ HIỆN TƯỢNG XÚC TÁC SINH HỌC • Enzyme là những protein giữ chức năng xúc tác các phản ứng sinh hóa học. Nhờ E xúc tác mà các p ư SHH cần thiết cho sự sống và sự sinh sản của tế bào xẩy ra với . tốc độ cao, . có tính đặc hiệu cao, . tiết kiệm NL. • E có thể xúc tác ở điều kiện in vivo và in vitro. 2 5  Xúc tác là hiện tượng làm . tăng tốc độ phản ứng, . hệ thống p ư chóng đạt tới trạng thái cân bằng động bằng những chất đưa từ ngoài vào. Chất làm tăng tốc độ p ư gọi là “chất xúc tác”, chúng chỉ tham gia trong các SP trung gian của p ư, chúng không có mặt trong s p cuối cùng của p ư. 6 2. CẤU TAÏO CỦA ENZYME • Phân tử enzyme là các protein dạng cầu, tùy loại E, chúng hoạt động ở dạng cấu trúc bậc ba hoặc bậc bốn. • E một cấu tử – protein đ g : TP bao gồm các AA, chỉ 1 chuỗi hoặc 2 hay nhiều chuỗi polypeptide giống nhau hay khác nhau. • E nhị cấu tử - protein phức tạp : Protein đ/g + nhóm ghép (cofactor) (apoenzyme) (coenzyme) Kết hợp đặc hiệu Trực tiếp xúc tác với cơ chất phản ứng 7 • Trường hợp apoenzyme liên kết chặt chẽ với coenzyme → →→ → CoE được gọi là nhóm ngoại – prosthetic group. • Trường hợp apoenzyme liên kết lỏng lẻo với coenzyme, khi hoạt động xúc tác CoE tách khỏi apoE → →→ → CoE được gọi là cosubstrate 8 2.2. TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME  Là vùng tiếp xúc của E với cơ chất (S = substrate ) trên phân tử E, là nơi xẩy ra qúa trình xúc tác.  TTHĐ hình thành do sự sắp xếp của một số AA chuyên biệt, nằm xa nhau trên polypeptide nhưng gần nhau trong cấu trúc không gian : - Cysteine – SH - Serine - OH - Histidine – NH N 3 9 TTH cú 2 ủaởc ủieồm quan troùng : hỡnh dng TTHẹ phự hp vi hỡnh dng phõn t cụ chaỏt m nú xỳc tỏc; in tớch TTHẹ tng ng nhng trỏi du vi in tớch phõn t cụ chaỏt. Cỏc iu kin mụi trng (nhit , pH ) nh hng n cu trỳc bc ba ca phõn t protein enzyme u nh hng ti hỡnh dng v iờn tớch ca TTH nh hng n hot lc xỳc tỏc ca enzyme. 10 Fischer's lock and key hypothesis of enzyme action. 11 12 Diagrams to show Koshland's induced fit hypothesis of enzyme action. 4 13 3. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG XÚC TÁC • Thuyết hấp phụ : chất xúc tác hấp phụ cơ chất lên bề mặt chúng → →→ → t ập trung S, tăng nồng độ S → →→ → t ăng vận tốc p/ư (hệ thống p/ư dị thể : chất xúc tác thể rắn, S thể lỏng, khí). • Thuyết lập hợp chất trung gian : chất xúc tác tạo hợp chất trung gian với S, p/ư đi theo đường vòng → →→ → gi ảm NL đòi hỏi để hoạt hóa cơ chất → →→ → t ăng vận tốc p/ư (hệ thống p/ư đồng thể : chất xúc tác & S cùng thể lỏng, khí). 14 H 2 O 2 H 2 O + O 2 , NLHH : 75 kj/mol H 2 O 2 H 2 O + O 2 , NLHH : 49 kj/mol H 2 O 2 H 2 O + O 2 , NLHH : 8 kj/mol  E là protein → →→ → vừa có k/n hấp phụ cao, vừa có k/n TL h/c trung gian → →→ → E có k/n xúc tác cao hơn nhiều so với chất vô cơ . không xúc tác bt platin catalase 15 Năng lượng hoạt hóa cần cung cấp cho một phản ứng 16 4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬN TỐC PHẢN ỨNG ENZYME  Đơn vị hoạt lưc của enzyme  Biểu thị trực tiếp : khối lượng → →→ → ít sự dụng vì khối lượng enzyme thường rất thấp so với khối lượng cơ chất mà nó xúc tác.  Biểu thị gián tiếp : hoạt độ → →→ → được sử dụng nhiều.  Đơn vị quốc tế hoạt độ của enzyme IU (international unit) : là lng enzyme xúc tác bin đi 1 mmol cơ cht hay to ra 1 mmol s/p trong thi gian 1 phút di điu kin chun ca nhit đ, pH và nng đ cơ cht (IU/lit) 5 17  Mỗi phòng thí nghiệm thường biểu thị đơn vị hoạt lực enzyme theo p/p xét nghiệm riêng của mình → →→ → để so sánh phải đổi ra đơn vị chuẩn quốc tế SI (International System of Units) bằng cách nhân với hệ số chuyển đổi. 18 HỆ SỐ CHUYỂN ĐỔI MỘT SỐ ĐƠN VỊ HOẠT LỰC ENZYME SANG ĐƠN VỊ HỆ THỐNG QUỐC TẾ U/litGlutamic pyruvic transaminase U/lit0.48Sigma-Frankel unit (SFU); Kamen unit (KU) Wroblewski-LaDue unit (WLU); Reitman- Frankel unit (RFU) – 0.001 OD/phút/ml Glutamic oxaloacetic transaminase (SGOT, AST) U/lit1.85Somogyi unit (SU) - mg G/30 phút Amylase (AMYL) U/lit0.75Sibley-Lehninger unit (SLU)-mgDNP/hour/ml Aldolase (ALD) Đơn v quc t H s ch/đi Đơn v không h thng Các enzyme huyt thanh 19 U/lit7.10 5.40 King Amstrong unit (KAU) - mg phenol P/30phút Bodansky unit (BU) - mg P/giờ Phosphatase kiềm (AlP) U/lit1.85King Amstrong unit (KAU) - mg phenol P/30phút Phosphatase acid (AcP) U/lit16.7Roe-Byler unit (RBU) – ( µ mol/giờ/ml) Lipase U/lit0.0167Volfson-Williams-Ashman unit (WWAU) – nmol/giờ/ml Isocitrate dehydrogenas e (ICD) U/lit0.48Sigma-Frankel unit (SFU); Kamen unit (KU); Wroblewski- LaDue unit (WLU); Reitman- Frankel unit (RFU) – 0.001 OD/phút/ml Glutamic pyruvic transaminase (SGPT, ALT) 20 Ghi chú : • U = 1 international unit = 1µmol/phút = 16.67 nkat/giây = 0.0167 µkat/giây 6 21 4.1. VẬN TỐC BAN ĐẤU CỦA PHẢN ỨNG 22 4.2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ • Điều kiện in vitro : 0 – 40 0 C : t o tăng → →→ → tốc độ p/ứ tăng, đơn thuần nhiệt độ c/c NL cho p ư. >45 0 C: vận tốc p/ư bắt đầu giảm do nhiệt làm biến tính protein. >80 0 E bị biến tính hoàn toàn. . E nguồn gốc đ/v : t 0 tối ưu : 40 – 50 0 C . E nguồn gốc t/v : t 0 tối ưu : 50 – 60 0 C Một số VSV chịu nhiệt, sống trong suối nước nóng 70 – 80 0 C. • Điều kiện in vivo : nhiệt độ cơ thể tăng 1-2 0 C → →→ → p/ư đốt cháy chất hữu cơ trong mô bào tăng hàng trăm lần → →→ → gây sốt, đó là p/ư bảo vệ của cơ thể. 23 24 4.3. ẢNH HƯỞNG CỦA pH • pH môi trường thay đổi ảnh hưởng đến sự phân ly của các nhóm chức trên chuỗi polypeptide → →→ → thay đổi điện tích TTHĐ → →→ → a/h khả năng kết hợp E + S → →→ → giảm v p/ư. • Mỗi E chỉ hoạt động tốt trong một giới hạn pH nhất định, ngoài khoảng pH tối ưu đó thì vận tốc p/ư rất thấp. • Bảng 5.2 (T.112) : khoảng pH tối ưu của một số enzyme. 7 25 pH tối ưu của một số enzyme 4,6 – 5,0Sucrase (nấm men) 7,0 – 8,0Lipase (tụy tạng) 9,0 - 10Phosphatase (huyết tương) 7,8 – 9,5Trypsin (tụy t ạ ng) 4,5 – 5,0Cathepsin (cơ) 1,5 – 2,5Pepsin (dạ dày) 5,2 β ββ β-Amylase (mạch nha) 6,8 – 7,0 α αα α-Amylase (nước bọt) pHEnzymepHEnzyme 26 27 4.4. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ENZYME Vận tốc p/ư tăng tỷ lệ thuận với sự tăng nồng độ enzyme trong hệ thống p/ư Lượ ợợ ợng cơ chấ ấấ ất biế ếế ến đổ ổổ ổi 3x 2x 1x E 3 E 2 E 1 t 0 t 1 t 2 Vậ ậậ ận tố ốố ốc ban đầ ầầ ầu tỷ ỷỷ ỷ lệ ệệ ệ thuậ ậậ ận vớ ớớ ới nồ ồồ ồng độ ộộ ộ E 28 4.5. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CƠ CHẤT Nồng độ S tăng → →→ → v p/ư tăng, khi tất cả các TTHĐ của E đều t/g xúc tác → →→ → v p/ư đạt tối đa. 8 29 30 4.6. SỰ HOẠT HĨA VÀ ỨC CHẾ ENZYME  HOẠT HĨA ENZYME Trong mơ bào E khi mới được tiết ra thường ở trạng thái chưa hoạt động (tiền E, tiếp đầu ngữ “pre” hay “pro”enzyme, tiếp vị ngữ “ ogen”.  Cắt bỏ một đoạn polypeptide của tiền enzyme (proenzyme hay zymogen) làm bôc lộ trung tâm hoạt động. Ví dụ : pepsin ogen pepsin + peptide (42.000) (35.000) (7.000)  Thành lập cầu nối disulfur (-S – S-) để hoàn chỉnh trung tâm hoạt động : Trypsin ogen Trypsin + heptapeptide Pepsin + HCl Enterokinase 31  Thành lập phức hợp với các ion kim loại, các ion này có vai trò làm cầu nối trung gian, gắn cơ chất lên trung tâm hoạt động bằng các cầu nối phụ. Vai trò này thường thuộc về các ng/tố vi lượng.  Hoạt hóa nhờ hiện tượng cảm ứng bởi chất gây hiệu ứng dò không gian.  Sự hoạt hóa (hay ức chế) E thường được kiểm sốt bởi sự phosphoryl hóa hay sự khử phosphoryl : E khơng HĐ E hoạt động HH bng phosphoryl hóa bi kinase + ATP c ch bng kh  phosphoryl bi phosphatase – H 3 PO 4 32  ỨC CHẾ ENZYME  Đa số các trường hợp ngộ độc là do ức chế hoạt động của trung tâm hoạt động của enzyme. Thí dụ : (-CN) liên kết với Fe 3+ của cytochrome oxidase → →→ → ức chế chuỗi hơ hấp mơ bào.  Ức chế cạnh tranh (H.5.8, T.119) : (-CHI – COOH) cạnh tranh với gốc (- CH 2 – SH) của Cys trong TTHĐ.  Ức chế khơng cạnh tranh : chất ức chế làm biến đổi cấu hình phân tử E để làm thay đổi khả năng xúc tác của E. 9 33 Competitive inhibitors bind reversibly to the enzyme, preventing the binding of substrate. On the other hand, binding of substrate prevents binding of the inhibitor. Substrate and inhibitor compete for the enzyme. 34 Diagram showing the mechanism of non-c ompetitive inhibition. 35 5. DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI DANH PHÁP  Nhóm E tiêu hóa được gọi tên tùy tiện  Quy tắc gọi tên : theo tên Latin của cơ chất + kiểu phản ứng + ASE Cơ chất Enzyme - Amylum (tinh bột) Amylase - Proteinum (protein) Protease Phản ứng Enzyme - Vận chuyển gốc (-CH 3 ) Methylferase - Thủy phân Hydrolase - Khử nước Dehydratase 36 PHÂN LOẠI  6 lớp Phụ lớp Phụ của phụ lớp Enzyme 10 37 Thí dụ : Enzyme mang chỉ số E.C 2.7.1.1  Chỉ số “2”: E thuộc lớp 2 - Transferase, vận chuyển các nhóm chức.  Chỉ số “7” : phụ lớp 7, vận chuyển nhóm phosphate (-H 2 PO 3 ).  Chỉ số “1” : phụ phụ lớp 1- chất nhận nhóm (- H 2 PO 3 ) là một alcohol.  Chỉ số “1” : enzyme là hexokinase. Tóm lại, enzyme mang chỉ số E.C 2.7.1.1 là E có tên và chức năng như sau : D- hexose-6-phospho- transferase , xúc tác phản ứng vận chuyển nhóm (-H 2 PO 3 ) từ ATP sang nhóm hydroxyl ở C6 của glucose. 38 Thành lập các liên kết cần sự dụng các nối ∼ ∼∼ ∼ P cao năng LigaseVI V/c các nhóm ng/tử và gốc p/t trong nội bộ p/t để thành lập các đồng phân IsomeraseV Thành lập hoặc phân giải các nối đơi LiaseIV Thủy phân (E một cấu tử)HydrolaseIII V/c các nhóm ngun tử và gốc p/t từ chất này sang chất khác TransferaseII khử hydrogen (oxy hóa), hydrogen hóa (khử) oxydo- reductase I Xúc tác phn ngLp 39 CÁC ENZYME THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG CHẨN ĐỐN 2.7.3.2Creatine kinaseCK (DPK) 3.1.1.8CholinesteraseChE 2.6.1.1Aspartate aminotransferaseAST (GOT) 3.5.3.1ArginaseARG 3.2.1.1 α αα α-Amylase Amyl 3.1.3.1Alkaline phosphataseAP 2.6.1.2Alanine aminotransferaseALT (GPT) H thng phân loi Tên thng giVit tt 40 3.4.21.4Trypsin 2.2.1.1TransketolaseTK 2.7.1.40Pyruvate kinasePK 1.1.1.14Sorbitol dehydrogenaseSDH 2.1.3.3Ornithine carbamoyltransferaseOCT 3.1.1.3Lipase (triacylglycerol lipase)LIP 1.1.1.27Lactate dehydrogenaseLDH 1.11.1.9Glutathion peroxydaseGPx 2.3.2.2 γ-Glutamyl transferaseGGT H thng phân loi Tên thng giVit tt [...]... N Acyltransferase – ho t tóa &v/c các acid béo Coenzyme có tên là coenzyme acyl hóa, d n xu t t panthotenic acid : -CH2O – P=O HO- OH H3C- 50 O- A.pantoic N Pyridoxamine phosphate 51 SH β -alanine A.panthothenic -O- O C-R Thioethylamine SH 52 13 (3) L P HYDROLASE (Enzyme th y phân) (4) L P LIASE ăn thành các ơn phân cơ th có th h p thu ư c Là nh ng enzyme xúc tác p/
c t tr c ti p các liên k t trong... CoE là pyridoxalphosphate (dx c a vitamin B6) C CH 2 N CH3 C CH N + N C S _ O _ O _ C CH3 C CH CH O P O P O 2 2 O O Thiamine pirophosphate (TPP) 55 56 14 Phosphotriose isomerase • Phosphoglyceraldehyde Phosphodioxyacetone (5) L P ISOMERASE (Enzyme ng phân hóa) Là các E xúc tác s v n chuy n nhóm ngun t hay g c phân t trong n i b phân t t o ng phân ra các ch t Glucose-6-phosphate isomerase : chuy n nhóm... phân LK peptide c a protein và peptide Aldolase : c t C6 → 2 C3 Là nh ng enzyme m t c u t , g p ph bi n trong ng tiêu hóa, nh s tham gia c a nư c chúng th c hi n ph n ng phân gi i các ch t h u cơ ph c t p c a th c Esterase : th y phân LK este c a lipid Dehydratase (tách H2O) Amidase : th y phân các amid Deaminase (tách NH3) 53 54 NH 2 DECARBOXYLASE H C • Decarboxylase c a α-ketoacid có CoE là thiamin... ng ơn, t o ra ng phân dãy D hay L 57 (6) L P LIGASE Xúc tác p/
t/h ch t có s d ng năng l
ng t các n i phosphate cao năng (∼P) ∼ Aminoacyl-t-RNA synthetase t/l p LK C – O trong p/ư hoạt hóa amino acid của tiến trình sinh tổng hợp protein Glutamine synthetase thành lập liên kết giữa C – N trong phản ứng tổng hợp glutamine Ligase thành lập liên kết giữa C - N trong sinh tổng hợp protein, tái t h p DNA... protein, tái t h p DNA Acetyl CoA carboxylase thành lập l/k t C - C trong tiến trình tổng hợp acid béo (p/ư thành lập malonyl 59 CoA) 58 CARBOXYLASE : v i CoE là biotin, cung c p nhóm CO2 trong p/ư t ng h p acid béo Ngun t N ho t ng Phân t BIOTIN CO2 NH –lysine c a apoenzyme 60 15 ... -FMN : CH3 Flavin H C 5 C C7 8 C H C N 10 9 N C C C 4 H C CH3 C 3 NH C C C CH 3 1 2C O N FMN Flavin 45 1 N R H CH3- HCOH N 10 CH3- R FMN (FAD) (H++ e-) +2H O C 1 N H -2H • • NH C=O Flavin N O _ O P NH 2 N O HC O FAD O N O CH2 _ O P O H H OH H OH C C C A N CH N H 46 Hệ thống cytochrome : là các chromoprotein với nhóm heme chứa Fe3+ Có nhiều loại cytochrome, khác nhau về thế năng oxy hóa khử, chúng chỉ...(1) L P OXYDO-REDUCTASE (L p enzyme oxy hóa- kh ) Xúc tác p/
oxy hóa- kh (trao i e- ho c trao + + e-) Các nhóm chính : iH=H Các dehydrogenase ch a nhân pyridine (d n xu t t vitamin PP) : v/c 2H (2H+ + 2e-) Các dehydrogenase ch a nhân flavin (d n xu... TRANSFERASE (Các enzyme v n chuy n) Xúc tác p/
v n chuy n các nhóm ngun t hay g c phân t t ch t này sang ch t khác Phosphotransferase - v/c –H2PO3 Aminotransferase – v/c nhóm –NH2 Sulfurtransferase – v/c nhóm –SO3H Acyltransferase – v/c các acid béo Heme của cytochrome 49 Aminotransferase (Trans aminase) : V/c nhóm amine trong ph n ng chuy n amine t/h amino acid trong mơ bào ng v t Coenzyme là pyridoxalphosphate . carbamoyltransferaseOCT 3 .1. 1.3Lipase (triacylglycerol lipase)LIP 1. 1 .1. 27Lactate dehydrogenaseLDH 1. 11. 1.9Glutathion peroxydaseGPx 2.3.2.2 γ-Glutamyl transferaseGGT H thng phân loi Tên thng giVit tt 11 41 (1) . ENZYME THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG CHẨN ĐỐN 2.7.3.2Creatine kinaseCK (DPK) 3 .1. 1.8CholinesteraseChE 2.6 .1. 1Aspartate aminotransferaseAST (GOT) 3 .5. 3.1ArginaseARG 3.2 .1. 1 α αα α-Amylase Amyl 3 .1. 3.1Alkaline. O _ O CH 3 C C C C C C H CH 3 H N N C C C N NH C O O CH 2 HCOH HCOH HCOH CH 2 O P O O O _ P O CH 2 OO _ H O H OH H OH H N HC N C C C N N CH NH 2 FMN FAD 1 2 3 4 10 9 5 6 7 8 11 1 10 A Flavin isoalloxazin D-ribitol 47 NH N N CH 3 - O C 10 1 CH 3 - C=O R NH H N N H CH 3 - O C 10 1 CH 3 - C=O R FMN (FAD) FMNH 2 (FAD.H 2 ) +2H