CHUYÊN ĐỀ ENZYME

1.2.Cấu tạo enzimEnzim chia làm 2 nhóm lớn: - Enzim 1 cấu tử:thành phần cấu tạo chỉ có proteinthường gặp như ureaza,pepsin,amilaza… - Enzim 2 cấu tử:gồm proteinferon hay apoenzim+nhóm n

Chuyên đề Enzyme

Nhóm thực hiện:

1.Nguyễn Khánh Vân

2 Lê thị Mỹ Hương 3.Trần Quỳnh Như 4.Tôn Thất Anh Khương 5.Nguyễn Thị Thanh Trúc 6.Nguyễn Thị Thanh Tâm

Nội dung chính

1 Khái niệm chung về enzyme

2 Cấu tạo enzyme

3 Phân loại và danh pháp

1.Khái niệm chung về enzyme

- Nhờ enzim mà 1 số phản ứng xảy ra rất khó khăn khi

ở điều kiện bên ngoài cơ thể lại có thể phản ứng rất nhanh chóng,liên tục,nhịp nhàng,với nhiều phản ứng liên hợp trong điều kiện bình thường của cơ thể sinh vật

- Hiện nay có khoảng 2000 enzim,trong đó hơn 200 enzim thu nhận ở dạng tinh thể

- ứng dụng của enzim rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y dược,chăn nuôi,thú y,chế biến thực phẩm(bia,rượu,bánh mì,tương,nước chấm…)

1.2.Cấu tạo enzim

Enzim chia làm 2 nhóm lớn:

- Enzim 1 cấu tử:thành phần cấu tạo chỉ có protein(thường gặp như ureaza,pepsin,amilaza…)

- Enzim 2 cấu tử:gồm protein(feron hay apoenzim)+nhóm

ngoại-nhóm prosthetic( agon hay coenzim)

 Cofactor:ion vô cơ(Cu,Zn,Fe) liên kết với enzim cần cho

hoạt động chức năng của enzim(VD:metaloenzym chứ

Cu,Fe)

 Coenzim:phân tử chứa cacbon cấn thiết cho hoạt động của 1

hoặc nhiều enzim,coenzim thường kích thước nhỏ hơn enzim nó tạm thời liên kết

 Nhóm prothetic:là các nhóm phân tử thường liên kết với

enzim(VD:nhóm heme liên kết với protein hemoglobin mang oxygen)

 VD: enzym 2 cấu tử thường gặp như

catalaza,peroxydaza,xitocrom,polyphenol-oxydaza…

Trung tâm hoạt động của enzym:

- Enzym có thể có 1 hoặc nhiều trung tâm hoạt động(thường kích thước rất nhỏ so với toàn bộn phân tử enzym)>quyết định hoạt tính xúc tác của enzym

 Enzym 1 cấu tử:tthđ gồm 1 số nhóm chức aa

liên kết với nhau

 Enzym 2: 1 số nhóm chức của aa+nhóm ngoại

- 1 số nhóm định chức thường tham gia tạo tthđ của enzym:

 -SH xystein

 -OH của serin

 Vòng imidazol của histidin

 (-nh2 của lizin,-cooh của aspactic và

glutamic,-cooh aa cuối mạch)

3.Phân loại và danh pháp:

3.1.Danh pháp: Có hai lọai

Tên thông dụng:như pepsin, trypsin, rennin, catalaza, amilaza, …

Tên hệ thống: “tên cơ chất-tên kiểu phản ứng aza(az)”

Ví dụ: pyruvat-decacboxylaza (khử CO2 của axit pyruvic)Ngòai ra,mỗi enzyme còn mang thêm một mã số gồm 4 số,trước 4 chữ số có chữ EC

Vd: glucose phosphatransferase có mã số EC 2.7.1.1

3.2.Phân lọai: Có 6 nhóm chính

1.Oxydroreductaza:

Xúc tác phản ứng oxy hóa khử

xúc tác cho giai đoạn đầu của chuỗi hô hấp Tách H trực tiếp từ cơ chất sang NAD+ ,NADP + ;và trong quá trình tổng hợp:

chuyển H từ [NADH + H+ ] hoặc [NADPH+H+] đến cơ chất

1.2.Oxydaza:xúc tác cho quá trình chuyển electron đến oxy.Enzym sẽ hoạt hóa oxy,làm chúng có khả năng kết hợp với proton có trong môi trường.

1.3.Peroxidaza:xúc tác cho phản ứng oxy hóa các

chất hữu cơ khi có H2O2.

1.4.Oxygenaza:xúc tác cho phản ứng kết hợp trực tiếp oxy vào phân tử của hợp chất hữu cơ có

vòng thơm.Có 2 loại:oxygenaza xúc tác phản ứng kết hợp toàn phân tử oxy và hydroxylaza xúc tác phản ứng kết hợp một nửa phân tử oxy(thường ở dạng OH)vào hợp chất hữu cơ

Xúc tác cho các phản ứng chuyển vị môt nhóm(gốc)từ chất này sang chất khác.Tham gia vào quá trình trao đổi chất và rất cần cho sư sống

Tên: “tên nhóm (gốc) chuyển + tranferaza”

Ví dụ:lipaza(thủy phân treacylglycerol)

•Glucozidaza: xúc tác phản ứng thủy phân glucozit trong gluxit và glucozit.

Ví dụ:amilaza

•Peptidaza: xúc tác phản ứng thủy phân liên kết

của peptit và protein

Ví dụ: pepxin(thuộc loại endopeptit hydrolaza hoặc protenaza,thủy phân các liên kết peptit ở giữa chuỗi peptit.)

Và các enzym thủy phân các liên kết peptit ở đầu chuỗi petit gọi là exo_peptit hydrolaza hay peptitdeaza)

•Amidaza: xúc tác phản ứng thủy phân của các amid.

Ví dụ:ureaza

Xúc tác sự đồng phân hóa,chuyển dạng đồng phân này sang dạng đồng phân khác

Vd: dạng D→LDạng trans dạng cis,dạng andehit xeton Nếu chuyển nhóm trong nội phân tử thì gọi tên là

Mutaza

Xúc tác sự tổng hợp chất hữu cơ nhờ năng

lượng ATP và các chất tương tự.Vd

aspagagin

glutamin

- Enzym có cấu tạo là protein do vậy chúng có đầy đủ tính chất của protein:dễ biến tính ,dễ kết tủa,dễ mất hoạt tính sinh học,hoạt tính xúc tác khi chịu những tác động bên ngoài hoặc các tác nhân hóa học

Đa số enzyme có dạng hình cầu và không thẩm

anion,hay trung hòa điện

- Enzym tan trong nước,dung môi hữu cơ có cực khác,dung dịch muối loãng,glyxerin

Khối lượng phân tử lớn thường từ 2000-1000000

4- Tính chất của enzyme

4.1.Tính chất hóa lý chung:

4.2 Cường lực xúc tác và cơ chế tác dụng của enzyme:

VD:phản ứng phân hủy H2O2H2O2 → H2O +O2

Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết để

chuyển phân tử chất tham gia phản ứng từ trạng thái bình thường sang trạng thái hoạt động để có thể xảy ra phản ứng được

Khi không có xúc tác năng lượng cần cung cấp để

hoạt hóa H2O là 18000calo/ptg

Khi có xúc tác vô cơ(platin) năng lượng này là

Điều kiện để E tác dụng với S là trung tâm hoạt động của E phải có cấu trúc tương ứng, phù

hợp với cấu trúc không gian của S

- Cần lưu ý rằng một số enzyme tiêu hóa như pepsin, trypsin, chimotripsin… khi mới tiết ra ở dạng không hoạt động gọi là tiền enzyme ( zimogen )

có tên là pepsinogen, trypsinogen,

chymotrypsinogen… chúng chỉ hoạt động khi được hoạt hóa

Ví dụ: hoạt hóa trypsinogeTrypsinogen →trypsin hoạt động + hexapeptit

Yếu tố hoạt hóa enzyme là enzyme:

enteropeptidaza hay chính trypsin

4.3 Tính đặc hiệu xúc tác của enzyme:

a Đặc hiệu quang học

Mỗi enzyme chỉ tác dụng lên một trong những dạng đổng phân quang học sau: dạng D, dạng L, dạng cis, dạng trans…

Ví dụ: Fumarat-hydrataza chỉ tác dụng lên dạng L- axit Malic Fumarat-hydrataza cũng chỉ tác dụng lên dạng trans của axit Fumaric mà không tác dụng lên dạng cis

Là enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định trong cơ chất mà không phụ thuộc vào bản chất hóa học của các cấu tử tham gia tạo thành liên kết đó.

Ví dụ: Lipaza thủy phân liên kết ester trong chất béo

không phụ thuộc cấu tạo gốc R1,R2,R3

b Đặc hiệu tương đối:

c Đặc hiệu nhóm:

- Cần 2 điều kiện:

+ Liên kết giữa A và B nhất định

+ Cấu tạo của A hay B phải nhất định

Ví dụ: Cacboxyl peptidaza xúc tác thủy phân – liên kết peptit –liên kết này phải ở gần một gốc COOH tự do

R-C N-CH-COOH R-COOH + NH2-CH-COOH

O H R’ R’

Ngược lại aminopeptidaza lại cần diều kiện liên kết peptit phải ở gần gốc –NH2 tự do

d Đặc hiệu tuyệt đối:

- Cần 3 điều kiện: Enzym chỉ tác dụng lên một cơ chất nhất định

Ví dụ: ureaza chỉ tác dụng lên ure;

Arginnaza chỉ thủy phân arginin tao L-ornitin + ure, Maltaza chỉ tác dụng lên Malto

Loại enzyme này không tác dụng lên bất kỳ một dạng dẫn xuất nào của cơ chất, mặc dù cấu tạo của cơ chất và dẫn xuất gần giống nhau

Nghĩa là enzyme đòi hỏi ở cơ chất A-B:

+ Mối liên kết giữa A và B phải nhất định + A có cấu tạo nhất định

+ B có cấu tạo nhất định

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme xúc tác Tuy nhiên với xúc tác

thông thường, enzyme là một protein do vậy chỉ hoạt động trong một khoảng t0 nhất định khoảng nhiệt độ này không

làm protein biến tính mất hoạt tính sinh học ( hoạt tính xúc tác) Tương tự các vùng phản ứng hóa học thông thường, trong khoảng nhiệt độ thấp 50-600 C, khi tăng nhiệt độ thì

vận tốc của enzyme xúc tác tăng

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc do

enzyme xúc tác.

4.4.1 Nhiệt độ

Hệ số Q 10 =

Hệ số này của đa số enzym là 1.4-2

Nghĩa là khi tăng nhiệt độ lên 10 độ vận tốc pư tăng lên 1.4-2

Kt+10: hằng số vận tốc pư ở nhiệt độ t+10

Kt:hằng số vận tốc pư ở nhiệt độ t

Khi đạt giá trị V cực đại tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nhiệt độ đến một mức nào đó thường trên 50-600C thì một mặt tăng theo quy luật thông thường , một mặt ở nhiệt độ cao hơn 50-600C, phần

protein của enzyme bắt đầu bị biến tính mạnh mẽ bởi nhiệt độ, hoạt tính xúc tác sẽ giảm nhanh, V phản ứng cũng giảm theo Khi nhiệt độ đạt 80-1000C đa số enzyme bị mất hoạt tính xúc tác ,

vận tốc lúc đó sẽ tiến dần đến 0 Nhiệt độ mà tại đó vận tốc đạt cực đại V = Vmax gọi là nhiệt độ tối ưu của enzyme ( kí hiệu t0

op)

Mỗi enzyme có một t0

op riêng, thường t0

op của đa số enzyme nằm trong vùng 40-500C ( với enzyme động vật) 50-600C ( với enzyme thực vật)

t0

op của enzyme cũng phụ thuộc nhiều yếu tố như thời gian

tác dụng ( thời gian tác dụng càng dài t0

op càng thấp), phụ thuộc nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, dạng tồn tại của enzyme …

pH có ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng, là do pH thay đổi có ảnh hưởng đến trạng thái ion hóa của

các nhóm chức có khả năng ion hóa tham gia trong trung tâm hoạt động của enzyme như nhóm α-

COOH,ω-COOH,-NH2,-OH… cũng như trạng thái

ion hóa của cơ chất và của phức chất trung gian ES

- Tại pHop, phân tử E,S,ES chắc chắn phải có một trạng thái ion hóa thích hợp cho hoạt

động xúc tác của enzym nhờ đó mà vận tốc đạt cực đại

Biểu thức tính các vận tốc tương ứng như sau:

Chia cả tử số và mẫu số cho k+1 ta có

Vmax=k+2[E0]

Thay Vmaxvào phương trình (4) ta có

V=

(5)là pt Michaelis-Menten

Km là hằng số Michaelis đặc trưng cho ái lực E và

S,kmcàng nhỏ ái lực của E S càng lớn,nghĩa là V pư càng lớn.pt (5) biễu diễn sự phụ thuộc V vào nồng dộ cơ chất S.Đường biễu diễn là đường hyperbol

Qua đồ thị ta thấy rằng trong giai đoạn đầu khi tăng nồng

độ S,V tăng nhưng khi V=Vmax thì V không tăng nữa dẫu tăng nồng độ S.Khi V=Vmax/2 thì km=[S]

(5)

4.4.3 Ảnh hưởng nồng độ cơ chất (s) đến vận tốc phản ứng enzym,phương trình Michaelis-Menten

Vậy hằng số Michaelis có trị số bằng nồng độ cơ

chất khi vận tốc pư bằng một nửa Vmax.Khi[s] quá nhỏ so

với km ta bỏ qua giá trị [S] ở mẫu số

PT có dạng

V biến đổi bậc 1 theo nồng độ [S]

Khi kmcó nồng độ quá nhỏ so với [S] ta bỏ qua giá trị km

ở mẫu số pt có dạng V=Vmax pư E theo bậc 0

a.Kìm hãm thuận nghịch:

Là khi có mặt chất kìm hãm hoạt tính enzyme sẽ yếu đi, nhưng khi tách bỏ chất kìm hãm thì hoạt tính enzyme lại trở lại hoạt động ban đầu

VD:Acid Malonic là chất kìm hãm cạnh tranh của

enzyme sucxinat-dehirogenaza là E oxy hóa khử acid

malonic thành acid fumaric,vì acid malonic có cấu tạo gần giống cấu tạo acid suxinic

COOH COOH COOH

CH2 + (CH2)2 CH

COOH COOH CH

COOH

Trong trường hợp kìm hãm cạnh tranh,cách tính vận tốc

pư E phức tạp hơn vì đồng thời với

E+S ES E+P

Thì E cũng tác dụng với I(Chất kìm

hãm)theo pt sau:E+I EI

Tính toán tương tự ta có pt Michealis trong trường hợp có chất kìm hãm cạnh tranh

EI

ES+I IES

EI+S IES

Trong trường hợp này cấu tạo của I ít giống với S,do vậy không xảy ra sự cạnh tranh,I có thể gắn với E ở 1 trung tâm khác với S do vậy tạo ra đồng thời phức EI và cả phức IES nên làm chậm vận tốc

pư từ ES tạo ra sp P khi ái lực S với E và EI như nhau.PT Michealis có dạng:

Vi=

H

ay

*Kìm hãm không gian(Alosteric)

Ở 1 số E ngoài trung tâm hoạt động, nơi liên kết trực tiếp với S và quyết định hoạt tính xúc tác của E, còn có các “tâm dị không gian”là những phần của E

mà khi kết hợp với 1 chất có phân tử nhỏ nào đó sẽ làm cấu trúc bậc 3 của toàn bộ phân tử E sẽ biến đổi,dẫn đến trung tâm hoạt động E cũng bị biến đổi

kèm theo sự biến đổi hoạt tính E

Chất kìm hãm I có thể gắn vào E trùng với vị trí gắn của S,hoặc có thể I gắn vào”Tâm dị không

gian”trên E cả 2 trường hợp này đều có ảnh hưởng tới vận tốc pư E hoặc ảnh hưởng ái lực liên kết giữa S và

tâm hoạt động của E

4.4.5 Ảnh hưởng của chất kích thích hay chất hoạt hóa lên vận tốc phản ứng E xúc tác:

Chất hoạt hóa là những chất có tác dụng làm cho E từ

trạng thái không hoạt động trở thành hoạt động, hoặc từ hoạt động yếu trở thành hoạt động mạnh hơn.Chất hoạt hóa có bản chất rất khác nhau

Có thể là ion kim loại, một số chất hữu cơ nào đó, các

dẫn xuất vitamin,các enzyme proteaza tách bỏ “peptit kìm

hãm”trong E

VD:Các proteaza hoạt hóa tiền E như trypsin,

enteropeptidaza và 1 số proteaza tiêu hóa khác,các E này phá vỡ 1 số liên kết trong phân tử tiền E,loại bỏ 1 số”peptit kìm hãm”,giải phóng trung tâm hoạt động E trở nên hoạt

động ,ví dụ:Trong trường hợp hoạt hóa trypsinogen thành

trypsin hoạt động.Các chất có tác dụng làm phục hồi những nhóm chức hoạt động của trung tâm hoạt động E cũng là

chất hoạt hóa

VD:Papain có nhóm hoạt động –SH trong trung tâm hoạt động E dưới tác dụng chất oxy hóa nhóm –SH sẽ thành –S-S và E mất khả năng hoạt động.Nếu thêm vào môi

trường các chất hoạt hóa có tính khử như

Xistein,glutation,nhóm –SH được phục hồi E sẽ hoạt động trở lại

Các cation kim loại,anion halogen như

K+,Na+,Mg+,Cl-,Br-,I-…Fe+2,Fe+3,Mo+4 cũng hoạt

hóa nhiều E.Về vai trò ion kim loại trong hoạt hóa E

cũng chưa giải thích được đầy đủ có thể ion kim loại

làm thay đổi hằng đổi cân bằng của pư cũng có thể ion kim loại tham gia trực tiếp vào xúc tác và thay đổi điện hóa trị trong pư cũng có thể ion kim loại tham gia trực tiếp vào xúc tác và thay đổi điện hóa trị trong pư cũng

có thể ion kim loại kết hợp S và kết hợp E sau đó tạo

phức trung gian trước khi tạo P

Theo pt sau:

S+M MS

EMS P+E+ME+M ME

M là kim loại

Kim loại đôi khi cũng làm thay đổi cấu trạng

protein, biến dạng E bất hoạt thành hoạt động…

Kim loại cũng tham gia trong cấu tạo trung tâm hoạt động nhiều E đặc biệt E oxy hóa khử.Các ion kim loại còn là cầu nối giữa enzyme và cơ chất S.Hoặc ổn định cấu hình cần cho hoạt động xúc tác của enzyme…

5.Tính chất ưu việt và sự khác biệt giữa Enzyme

thường, pH acid yếu,kiềm yếu hay trung tính …

-Enzyme có tính đặc hiệu cao nên hiệu suất thu sản phẩm chính cao

-Vận tốc phản ứng do Enzyme xúc tác dễ

dàng điều chỉnh

-Enzyme có cường lực xúc tác cao

 6 Ứng dụng của Enzyme:

 Với những tính chất ưu việt enzyme ngày càng được ứng ụng rộng rãi và có hiệu quả cao trong mọi ngành khoa học kĩ thuật khác nhau như: Y, dược, thú y, trồng trọt, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm

 Trong công nghệ thực phẩm dùng làm mềm thịt, enzyme

thường dùng là: Bromelin, papain, dạng chế phẩm protease

VSV.

 Trong công nghệ thuộc da, làm mềm da, sạch lông, bóng da,,,

 Trong công nghệ tơ tằm, làm bóng và tách rời các sợi tơ nhờ

 6.2 Ứng dụng của Amilase:

monosaccharide, oligosaccharide.

(giai đoạn đường hoá), sản xuất nước tương, mạch nha, mật, đường glucose, làm cơm rượu…

ngon hơn.

hồ vải(tẩy lớp hồ bột trên mặt vải), vải mềm, mịn, dễ tẩy trắng, dễ bắt màu khi nhuộm…

 Là chất chống oxy hoá sinh học có hiệu quả nhất,

được dùng bảo quản trong thực phẩm như bia, rượu

vang, dầu béo, fomat, sữa khô, bột trứng, thịt, kẹo, bơ

 6.4 Ứng dụng của pectinase:

 Enzyme thủy phân pectin có tác dụng làm trong các loại nước giải khát, nước quả, dễ lọc do đó được sử

dụng công nghệ sản xuất rượu vang, nước quả

 Sản xuất các sản phẩm từ quả, nước quả cô đặc, mứt đông của quả do tính tạo keo của nó khi có đường, sản xuất cà phê

 Giúp tăng cường phá hủy thành tế bào thực vật, tạo điều kiện cho dễ dàng trích ly tế bào

chất.

 Thủy phân gỗ, các phế liệu công nghiệp thành dịch đường làm thức ăn cho gia súc

+dung dịch muối trung tính….

B3 : tinh sạch enzim (loại protein phi enzim , muối , gluxit …)

+ loại muối , tạp chất có trọng lượng phân tử nhỏ : dùng PP thẩm tích qua

màng bán thấm để giữ lại enzim , protein

a Phương pháp thu nhận Enzim: