Bài giảng công nghệ protein – enzyme chương 5
1 1 Cơ ch Cơ ch ế ế t t á á c d c d ụ ụ ng c ng c ủ ủ a a enzyme enzyme V V ậ ậ n t n t ố ố c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng h ng h ó ó a h a h ọ ọ c đư c đư ợ ợ c x c x á á c đ c đ ị ị nh b nh b ở ở i gi i gi á á tr tr ị ị năng lư năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a a t t ứ ứ c l c l à à m m ứ ứ c năng lư c năng lư ợ ợ ng c ng c á á c c ch ch ấ ấ t tham gia ph t tham gia ph ả ả n n ứ ứ ng ph ng ph ả ả i đ i đ ạ ạ t đư t đư ợ ợ c đ c đ ể ể c c ắ ắ t đ t đ ứ ứ t liên t liên k k ế ế t c t c ầ ầ n thi n thi ế ế t v t v à à h h ì ì nh th nh th à à nh c nh c á á c liên k c liên k ế ế t m t m ớ ớ i. i. Năng Năng lư lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a c a c à à ng l ng l ớ ớ n th n th ì ì v v ậ ậ n t n t ố ố c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng c ng c à à ng ng ch ch ậ ậ m v m v à à ngư ngư ợ ợ c l c l ạ ạ i. Do l i. Do l à à m gi m gi ả ả m năng lư m năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a a ph ph ả ả n n ứ ứ ng, c ng, c á á c ch c ch ấ ấ t x t x ú ú c t c t á á c c c c ó ó t t á á c d c d ụ ụ ng th ng th ú ú c đ c đ ẩ ẩ y v y v ậ ậ n n t t ố ố c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng h ng h ó ó a h a h ọ ọ c. c. V V í í d d ụ ụ : b : b ộ ộ t platin l t platin l à à m m ộ ộ t ch t ch ấ ấ t x t x ú ú c t c t á á c h c h ó ó a h a h ọ ọ c đư c đư ợ ợ c s c s ử ử d d ụ ụ ng r ng r ộ ộ ng rãi. V ng rãi. V ì ì c c á á c ch c ch ấ ấ t tham gia ph t tham gia ph ả ả n n ứ ứ ng trên b ng trên b ề ề m m ặ ặ t platin đ t platin đ ề ề u đư u đư ợ ợ c chuy c chuy ể ể n sang tr n sang tr ạ ạ ng th ng th á á i c i c ó ó kh kh ả ả năng ph năng ph ả ả n n ứ ứ ng cao hơn ng cao hơn . Do v . Do v ậ ậ y năng lư y năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a a s s ẽ ẽ nh nh ỏ ỏ hơn v hơn v à à t t ố ố c đ c đ ộ ộ ph ph ả ả n n ứ ứ ng s ng s ẽ ẽ cao hơn cao hơn . . 2 2 Cơ ch Cơ ch ế ế t t á á c d c d ụ ụ ng c ng c ủ ủ a a enzyme enzyme Như v Như v ậ ậ y, trong c y, trong c á á c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng c ng c ó ó x x ú ú c t c t á á c, c, ch ch ấ ấ t x t x ú ú c t c t á á c l c l à à m gi m gi ả ả m năng lư m năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t t h h ó ó a c a c ủ ủ a ph a ph ả ả n n ứ ứ ng h ng h ó ó a h a h ọ ọ c c , c , c ó ó ngh ngh ĩ ĩ a l a l à à n n ó ó ch ch ỉ ỉ tham gia v tham gia v à à o c o c á á c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng trung ng trung gian m gian m à à không đ không đ ó ó ng vai trò l ng vai trò l à à ch ch ấ ấ t tham t tham gia ph gia ph ả ả n n ứ ứ ng. Sau ph ng. Sau ph ả ả n n ứ ứ ng, ch ng, ch ấ ấ t x t x ú ú c c t t á á c l c l ạ ạ i ph i ph ụ ụ c h c h ồ ồ i v i v ề ề tr tr ạ ạ ng th ng th á á i ban đ i ban đ ầ ầ u đ u đ ể ể ti ti ế ế p t p t ụ ụ c x c x ú ú c t c t á á c. c. 3 3 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme H H ầ ầ u như t u như t ấ ấ t c t c ả ả c c á á c bi c bi ế ế n đ n đ ổ ổ i h i h ó ó a sinh trong t a sinh trong t ế ế b b à à o v o v à à cơ th cơ th ể ể s s ố ố ng đ ng đ ề ề u đư u đư ợ ợ c x c x ú ú c t c t á á c b c b ở ở i i enzyme enzyme ở ở pH trung t pH trung t í í nh, nhi nh, nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ v v à à á á p su p su ấ ấ t t b b ì ì nh thư nh thư ờ ờ ng trong khi đa s ng trong khi đa s ố ố c c á á c ch c ch ấ ấ t x t x ú ú c t c t á á c c h h ó ó a h a h ọ ọ c kh c kh á á c l c l ạ ạ i ch i ch ỉ ỉ x x ú ú c t c t á á c c ở ở nhi nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ v v à à á á p p su su ấ ấ t cao. t cao. Ch Ch í í nh nh nh nh ờ ờ vi vi ệ ệ c t c t ạ ạ o đư o đư ợ ợ c môi trư c môi trư ờ ờ ng đ ng đ ặ ặ c hi c hi ệ ệ u u (b (b ở ở i trung tâm ho i trung tâm ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a enzyme liên k a enzyme liên k ế ế t t v v ớ ớ i cơ ch i cơ ch ấ ấ t) c t) c ó ó l l ợ ợ i nh i nh ấ ấ t v t v ề ề m m ậ ậ t năng lư t năng lư ợ ợ ng đ ng đ ể ể th th ự ự c hi c hi ệ ệ n ph n ph ả ả n n ứ ứ ng m ng m à à enzyme c enzyme c ó ó đư đư ợ ợ c c nh nh ữ ữ ng kh ng kh ả ả năng đ năng đ ặ ặ c bi c bi ệ ệ t đã nêu trên t đã nêu trên 4 4 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme Trong ph Trong ph ả ả n n ứ ứ ng c ng c ó ó s s ự ự x x ú ú c t c t á á c c c c ủ ủ a enzyme, a enzyme, nh nh ờ ờ s s ự ự t t ạ ạ o th o th à à nh ph nh ph ứ ứ c h c h ợ ợ p trung gian enzyme p trung gian enzyme - - cơ ch cơ ch ấ ấ t m t m à à cơ ch cơ ch ấ ấ t đư t đư ợ ợ c ho c ho ạ ạ t h t h ó ó a. a. Khi cơ Khi cơ ch ch ấ ấ t k t k ế ế t h t h ợ ợ p v p v à à o enzyme, do k o enzyme, do k ế ế t qu t qu ả ả c c ủ ủ a s a s ự ự c c ự ự c h c h ó ó a, s a, s ự ự chuy chuy ể ể n d n d ị ị ch c ch c ủ ủ a c a c á á c electron v c electron v à à s s ự ự bi bi ế ế n d n d ạ ạ ng c ng c ủ ủ a c a c á á c liên k c liên k ế ế t tham gia tr t tham gia tr ự ự c ti c ti ế ế p p v v à à o ph o ph ả ả n n ứ ứ ng d ng d ẫ ẫ n t n t ớ ớ i l i l à à m thay đ m thay đ ổ ổ i đ i đ ộ ộ ng năng ng năng c c ũ ũ ng như th ng như th ế ế năng năng , k , k ế ế t qu t qu ả ả l l à à l l à à m cho phân m cho phân t t ử ử cơ ch cơ ch ấ ấ t tr t tr ở ở nên ho nên ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ ng hơn ng hơn , nh , nh ờ ờ đ đ ó ó tham gia ph tham gia ph ả ả n n ứ ứ ng d ng d ễ ễ d d à à ng. ng. 5 5 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme Năng lư Năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a khi c a khi c ó ó x x ú ú c t c t á á c enzyme c enzyme không nh không nh ữ ữ ng nh ng nh ỏ ỏ hơn hơn r r ấ ấ t nhi t nhi ề ề u so v u so v ớ ớ i trư i trư ờ ờ ng h ng h ợ ợ p không c p không c ó ó x x ú ú c t c t á á c c m m à à c c ũ ũ ng nh ng nh ỏ ỏ hơn so v hơn so v ớ ớ i c i c ả ả trư trư ờ ờ ng h ng h ợ ợ p c p c ó ó ch ch ấ ấ t t x x ú ú c t c t á á c thông thư c thông thư ờ ờ ng. ng. V V í í d d ụ ụ trong ph trong ph ả ả n n ứ ứ ng phân h ng phân h ủ ủ y H y H 2 2 O O 2 2 th th à à nh nh H H 2 2 O v O v à à O O 2 2 n n ế ế u không c u không c ó ó ch ch ấ ấ t x t x ú ú c t c t á á c th c th ì ì năng năng lư lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a l a l à à 18 Kcal/mol, n 18 Kcal/mol, n ế ế u c u c ó ó ch ch ấ ấ t x t x ú ú c c t t á á c l c l à à platin th platin th ì ì năng lư năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a l a l à à 11,7 11,7 Kcal/mol, còn n Kcal/mol, còn n ế ế u c u c ó ó enzyme catalase x enzyme catalase x ú ú c t c t á á c c th th ì ì năng lư năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a ch a ch ỉ ỉ còn 5,5 Kcal/mol. còn 5,5 Kcal/mol. 6 6 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme Nhi Nhi ề ề u d u d ẫ ẫ n li n li ệ ệ u th u th ự ự c nghi c nghi ệ ệ m đã cho th m đã cho th ấ ấ y qu y qu á á tr tr ì ì nh t nh t ạ ạ o th o th à à nh ph nh ph ứ ứ c h c h ợ ợ p enzyme cơ ch p enzyme cơ ch ấ ấ t v t v à à s s ự ự bi bi ế ế n đ n đ ổ ổ i ph i ph ứ ứ c h c h ợ ợ p n p n à à y th y th à à nh s nh s ả ả n ph n ph ẩ ẩ m, gi m, gi ả ả i i ph ph ó ó ng enzyme t ng enzyme t ự ự do thư do thư ờ ờ ng tr ng tr ả ả i qua ba giai i qua ba giai đo đo ạ ạ n theo sơ đ n theo sơ đ ồ ồ sau. sau. E + S E + S ES ES P + P + E E [Trong [Trong đ đ ó ó E l E l à à enzyme, S l enzyme, S l à à cơ ch cơ ch ấ ấ t t (Substrate), ES l (Substrate), ES l à à ph ph ứ ứ c h c h ợ ợ p enzyme p enzyme - - cơ ch cơ ch ấ ấ t, t, P l P l à à s s ả ả n ph n ph ẩ ẩ m (Product) m (Product) 7 7 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme - - Giai đo Giai đo ạ ạ n th n th ứ ứ nh nh ấ ấ t: t: enzyme k enzyme k ế ế t h t h ợ ợ p v p v ớ ớ i cơ i cơ ch ch ấ ấ t b t b ằ ằ ng liên k ng liên k ế ế t y t y ế ế u t u t ạ ạ o th o th à à nh ph nh ph ứ ứ c h c h ợ ợ p p enzyme enzyme - - cơ ch cơ ch ấ ấ t (ES) không b t (ES) không b ề ề n, ph n, ph ả ả n n ứ ứ ng ng n n à à y x y x ả ả y ra r y ra r ấ ấ t nhanh v t nhanh v à à đòi h đòi h ỏ ỏ i năng lư i năng lư ợ ợ ng ng ho ho ạ ạ t h t h ó ó a th a th ấ ấ p; p; - - Giai đo Giai đo ạ ạ n th n th ứ ứ hai: hai: x x ả ả y ra s y ra s ự ự bi bi ế ế n đ n đ ổ ổ i cơ ch i cơ ch ấ ấ t t d d ẫ ẫ n t n t ớ ớ i s i s ự ự k k é é o căng v o căng v à à ph ph á á v v ỡ ỡ c c á á c liên k c liên k ế ế t t đ đ ồ ồ ng h ng h ó ó a tr a tr ị ị tham gia ph tham gia ph ả ả n n ứ ứ ng. ng. - - Giai đo Giai đo ạ ạ n th n th ứ ứ ba: t ba: t ạ ạ o th o th à à nh s nh s ả ả n ph n ph ẩ ẩ m, m, còn còn enzyme đư enzyme đư ợ ợ c gi c gi ả ả i ph i ph ó ó ng ra dư ng ra dư ớ ớ i d i d ạ ạ ng t ng t ự ự do. do. 8 8 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme C C á á c lo c lo ạ ạ i liên k i liên k ế ế t ch t ch ủ ủ y y ế ế u đư u đư ợ ợ c t c t ạ ạ o th o th à à nh nh gi gi ữ ữ a E v a E v à à S trong ph S trong ph ứ ứ c h c h ợ ợ p ES l p ES l à à : : tương tương t t á á c t c t ĩ ĩ nh đi nh đi ệ ệ n, liên k n, liên k ế ế t hydrogen, t hydrogen, tương tương t t á á c Van der Waals c Van der Waals . M . M ỗ ỗ i lo i lo ạ ạ i liên k i liên k ế ế t đòi t đòi h h ỏ ỏ i nh i nh ữ ữ ng đi ng đi ề ề u ki u ki ệ ệ n kh n kh á á c nhau v c nhau v à à ch ch ị ị u u ả ả nh hư nh hư ở ở ng kh ng kh á á c nhau khi c c nhau khi c ó ó nư nư ớ ớ c. c. 9 9 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme C C á á c lo c lo ạ ạ i liên k i liên k ế ế t ch t ch ủ ủ y y ế ế u đư u đư ợ ợ c t c t ạ ạ o th o th à à nh nh gi gi ữ ữ a E v a E v à à S trong ph S trong ph ứ ứ c h c h ợ ợ p ES l p ES l à à : : tương tương t t á á c t c t ĩ ĩ nh đi nh đi ệ ệ n, liên k n, liên k ế ế t hydrogen, t hydrogen, tương tương t t á á c Van der Waals c Van der Waals . M . M ỗ ỗ i lo i lo ạ ạ i liên k i liên k ế ế t đòi t đòi h h ỏ ỏ i nh i nh ữ ữ ng đi ng đi ề ề u ki u ki ệ ệ n kh n kh á á c nhau v c nhau v à à ch ch ị ị u u ả ả nh hư nh hư ở ở ng kh ng kh á á c nhau khi c c nhau khi c ó ó nư nư ớ ớ c. c. . d ễ ễ d d à à ng. ng. 5 5 Cơ ch Cơ ch ế ế c c ủ ủ a x a x ú ú c t c t á á c c enzyme enzyme Năng lư Năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a khi c a khi c ó ó x x ú ú c t c t á á c enzyme c enzyme không. n ế ế u c u c ó ó enzyme catalase x enzyme catalase x ú ú c t c t á á c c th th ì ì năng lư năng lư ợ ợ ng ho ng ho ạ ạ t h t h ó ó a ch a ch ỉ ỉ còn 5, 5 Kcal/mol. còn 5, 5 Kcal/mol. 6 6 Cơ. E [Trong [Trong đ đ ó ó E l E l à à enzyme, S l enzyme, S l à à cơ ch cơ ch ấ ấ t t (Substrate), ES l (Substrate), ES l à à ph ph ứ ứ c h c h ợ ợ p enzyme p enzyme - - cơ ch cơ ch ấ ấ t,