Enzyme VÀ SỰ XÚC TÁC SINH HỌC

Th.S Dinh Ngọc Loan Khoa Cơng Nghệ Thực Phẩm – ĐH Nơng Lâm Tp HCM KHÁI NIỆM: - Chất xúc tác sinh học: vận tốc cao, đặc thù - Có tế bào sinh vật - Tham gia phản ứng in vivo in vitro - > 2000 enzyme khám phá - Ứng dụng rộng rãi: CNTP, chăn ni, y dược CẤU TRÚC CỦA ENZYME 2.1 Bản chất enzyme - Protein: cấu trúc bậc I, II, III, IV - Cofactor (nếu có): chất phi protein 2.1.1 Enzyme cấu tử - Thành phần cấu tạo có protein: nhiều chuỗi polypeptide - Khối lượng phân tử phụ thuộc số lượng chuỗi chiều dài chuỗi - Dal = 1,67 * 10-24g 2.1.2 Enzyme nhị cấu tử - Ngồi protein (apoenzyme) có thêm cofactor - Apoenzyme ảnh hưởng đến tính đặc hiệu chất - Cofactor ảnh hưởng đến đặc điểm phản ứng xúc tác - Cofactor: + Ion kim loại: Zn2+, Fe2+, Cu2+, Mg2+, Ca2+… liên kết chặt với apoenzyme + Dẫn xuất vitamin: liên kết chặt lỏng với apoenzyme 2.2 Tính chất lý hóa - Tính hòa tan: tan nước  dung dòch keo - Tính lưỡng cực - Tính dễ biến tính - Dễ bò phân giải protease 2.3 Trung tâm hoạt động enzym - Enzym cấu tử Trung tâm hoạt động nhóm chức acid amin liên kết lại Ví dụ: Nhóm SH cystein Nhóm OH serin NH2 lysin COOH aspartic glutamic COOH AA cuối mạch - Enzym hai cấu tử Ngoài số nhóm chức axid amin có thêm cofactor (cation kim loại hay coenzym: nhóm ngoại, cosubstrate) Tính đặc hiệu enzym Acid Fumaric ( Dạng Trans) L acid Malic Tính đặc hiệu enzym - Đặc hiệu nhóm • + Enzym phải tác dụng lên kiểu liên kết hóa học đònh • + Cấu tạo cấu tử tạo thành liên kết phải xác đònh Ví dụ: Carboxy peptidase + Xúc tác thủy phân liên kết peptid + Liên kết peptid phải gần gốc COOH tự Tính đặc hiệu enzym - Đặc hiệu tuyệt đối Enzym tác dụng lên chất đònh Ví dụ: Urease thủy phân urê - Đặc hiệu tương đối Tác dụng lên kiểu liên kết hóa học, không phụ thuộc vào chất hóa học chất Ví dụ: Lipase: Thủy phân liên kết Ester Lipid - A: Enzym Glucose 6P dehydrogenase B: Phosphatase C: Phosphoglucomutase D: Phospho hexo Isomerase Phân loại danh pháp 7.1 Tên thông dụng Pepsine, trypsine, amilase, catalase… 7.2 Tên hệ thống Phần 1: Tên chất Phần 2: Tên kiểu phản ứng + ase Ví dụ: Malate dehydrogenase Phân loại danh pháp Hội nghò quốc tế sinh hóa 1964: -Enzym chia làm nhóm -1) Enzyme oxyd hóa khử ( oxydoreductase) -2) Enzym vận chyển (Transferase) -3) Enzyme thủy phân ( Hydrolase) -4) Enzyme phân cắt (lyase) -5) Enzyme đồng phân hóa (Isomerase) -6) Enzyme tổng hợp (ligase hay synthetase) Phân loại danh pháp -Mỗi enzym mã hóa số Ví dụ: EC 2.7.1.1(enzym hexose phosphotransferase) Số thứ “2” : nhóm enzym nhóm Số thứ “7” : nhóm phụ lớp nhóm vận chuyển phosphate Số thứ “1”: phân nhóm phụ cho biết nhóm nhận phosphate nhóm rượu Số thứ “1”: thứ tự enzym nhóm Loại enzyme Phản ứng enzyme xúc tác Oxydoreductas e Các phản ứng oxy hóa khử Transferase Các phản ứng chuyển nhóm phân tử Hydrolase Thủy phân phân Glucose-6-Phosphatease Glucose-6-Phosphate + H2O tử Ví dụ phản ứng Lactate dehydrogenase: Pyruvate + NADH + H Lactate + NAD Aspartate Carbamoyltransferase: Aspartate + CarbamoylPhosphate Carbamoylaspartate + Phosphate Glucose + Pi Lyase Isomerase Loại bỏ nhóm để tạo thành nối đơi bổ sung nhóm vào nối đơi Fumarate hydratase L-malate fumarate + H2O Các phản ứng xúc Alanine racemase: L-alanine tác đồng phân hóa Lygase Nối phân tử nhờ luợng ATP (hay nucleoside triphosphate khác) D-alanine Glutamine synthetase: Glutamate + NH3 + ATP Glutamine + ATP + Pi 1) Enzyme oxyd hóa khử: oxydoreductase - Enzym xúc tác phản ứng oxyd hóa khử Tên gọi: Nhóm cho H+ – nhóm nhận H+ - oxydoreductase - Enzyme nhò cấu tử Protein + coenzym NAD: - NAD - NADP Nicotinamid adenine dinucleotid NADP: Nicotinamid adenine dinucleotid phosphate Enzyme oxyd hóa khử: oxydoreductase - Enzyme phổ biến Dehydrogenase: vận chuyển hydrogen Oxydase: oxyd hóa Cytochrome: vận chuyển điện tử Peroxydase: H2O2 H2O + ½ O2 2) Enzym vận chyển: Transferase - Xúc tác phản ứng chuyển vò gốc (nhóm chức) từ chất sang chất khác Phosphotransferase: chuyển gốc phosphate Glycoxyl –transferase: chuyển gốc glycoxyl Carboxyl transferase: chuyển gốc CO2 3) Enzyme thủy phân: Hydrolase - Xúc tác phản ứng thủy phân với tham gia H2O - Các enzym phổ biến • + Esterase: thủy phân liên kết ester • + Glucosidase: thủy phân liên kết glycoside (Amilase, maltase) • + Peptidase: thủy phân liên kết peptid: protease, pepsin, papain • + Amidase: thủy phân liên kết amin + Urease, glutaminase… 4) Enzyme lyase - Xúc tác phản ứng phân cắt nhóm tham gia H2O Ví dụ: + Enzyme decarboxylase + Enzyme aldolase C – C + Enzyme hydratase: tách hay nhận H2O 5) Enzyme Isomerase - Xúc tác phản ứng đồng phân hóa Dạng Cis  dạng trans Dạng D  dạng L Dạng Aldehyd  dạng cetone Chuyển nhóm nội phân tử: Mutase - Enzyme phổ biến: Triophosphate isomerase Glucophosphate isomerase 6) Enzyme ligase hay synthetase Xúc tác phản ứng Xúc tác phản ứng tổng hợp chất hữu nhờ lượng ATP chất khác Enzyme phổ biến: Glutamine synthetase: Thàh lập liên kết C-N phản ứng tổng hợp glutamine Acetyl CoA carboxylase Thàh lập liên kết C-C tham gia phản ứng tổng hợp acid béo [...]...3 Cơ chế hoạt động xúc tác của Enzym Cường lực xúc tác: - Enzym có tất cả tính chất của chất xúc tác + Cần sử dụng với một lượng nhỏ + Sau phản ứng được trả lại nguyên như trạng thái ban đầu - Ưu điểm của enzym: Cường lực xúc tác mạnh hơn chất xúc tác vô cơ Ví dụ: H2O2 18 Kcalo H2O + ½ O2 pt + 11,7 Kcalo H2O2 H2O + ½ O2 Catalase + 5,5 Kcalo H2O2 H2O + ½ O2 Cơ chế xúc tác - Thuyết hợp chất trung... ta thường dùng hằng số Michaelis (Km) Đây là nồng độ cơ chất enzyme cần để thực hiện được một nửa tốc độ cực đại và được dùng như một đại lượng đo ái lực thực sự của một enzyme đối với cơ chất Giá trị Km càng thấp có ý nghĩa là nồng độ cơ chất mà enzyme xúc tác phản ứng cũng càng thấp.Hoạt tính enzyme cũng thay đổi theo sự thay đổi của pH và nhiệt độ ( hình 16.18) Phương trình Michaelis V= Hằng số... S Thuyết này được giải thích cơ chế tác dụng của: alpha - amilase, ribonuclease, hexokinase - •Thuyết tiếp xúc cảm ứng ( Koshland) dk.3 Một số enzym cần hoạt hóa mới hoạt động được - •Thuyết hấp phụ + Chất xúc tác hấp phụ cơ chất lên bề mặt chúng  nồng độ cơ chất vùng bề mặt chất xúc tác tăng  tạo điều kiện phản ứng xảy ra dễ dàng + Dùng giải thích cơ chế xúc tác phản ứng giữa 2 chất cụ thể -Ví... tốc độ của một phản ứng do enzyme xúc tác tăng lên theo nồng độ cơ chất Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng cũng khơng tăng nữa vì các phân tử enzyme đã bão hồ cơ chất và đang chuyển hố cơ chất thành sản phẩm với tốc độ cực đại (Vmax) Đường cong của nồng độ cơ chất bây giờ sẽ là đường hyperbole (Hình 16.17) Để biết được nồng độ cơ chất mà một enzyme cần để hoạt động thích... Menten Hoạt tính enzyme thay đổi rõ rệt với sự thay đổi của các yếu tố mơi trường mà một trong các yếu tố quan trọng nhất là nồng độ cơ chất Như ta đã biết, nồng độ các cơ chất bên trong tế bào thường thấp Ở nồng độ cơ chất rất thấp enzyme chậm tạo thành sản phẩm do ít khi được tiếp xúc với phân tử cơ chất Nếu có mặt nhiều phân tử cơ chất hơn enzyme sẽ liên kết cơ chất thường xun hơn và tốc độ phản ứng... gian) Giải thích hệ thống phản ứng đồng thể (Enzym và cơ chất cùng một trạng thái) (Enzym) (Sản Điều kiện để enzym kết hợp cơ chất: dk.1 Trung tâm hoạt động enzym có cấu trúc không gian phù hợp với cơ chất (Thuyết Fisher) – (Thuyết ổ khóa – chìa khóa) - •Thuyết Fisher – Thuyết ổ khóa – chìa khóa dk.2 Thuyết tiếp xúc cảm ứng Khi tương tác E và S xảy ra, có sự thay đổi cấu hình không gian của trung tâm hoạt... – Menten - Km: Hằng số Michaelis + [S] ↑  V ↑ + V = Vmax  V không tăng dù S tăng +V= thì Km = S - Hằng số Michaelis đặc trưng cho ái lực enzym và cơ chất Km càng nhỏ thì ái lực enzym và cơ chất càng lớn 4.4 Sự hoạt hóa enzym - Đònh nghóa Chất hoạt hoá có tác dụng làm tăng hoạt tính enzym - Chất hoạt hóa Ion kim loại – vitamin – chất hữu cơ Quá trình hoạt hóa: xảy ra theo 1 trong 4 hướng - Cắt bỏ... Hoạt hóa nhờ hiện tượng cảm ứng của chất gây hiệu ứng dò không gian 4.5 nh hưởng của chất kìm hãm (ức chế) lên vận tốc phản ứng - Đònh nghóa chất kìm hãm Chất kìm hãm là chất làm yếu hay ngưng tác dụng xúc tác của enzym Phân loại chất kìm hãm 1) Kìm hãm thuận nghòch - Khi có mặt chất kìm hãm: hoạt tính enzym yếu; - Khi loại bỏ chất kìm hãm: hoạt tính enzym bình thường ... tạo điều kiện phản ứng xảy ra dễ dàng + Dùng giải thích cơ chế xúc tác phản ứng giữa 2 chất cụ thể -Ví dụ: Cơ chất thể lỏng (khí) Enzym thể rắn 4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng do enzym xúc tác 4.1 Nhiệt độ •nh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng + Ở to thấp (0o - 40oC): V↑ khi to ↑ + Ở to cao: V ↓ khi to ↑ (enzym biến tính) + 80oC – 100oC: Đa số enzym bò mất hoạt tính + toopt  Vmax ... quốc tế sinh hóa 1964: -Enzym chia làm nhóm -1) Enzyme oxyd hóa khử ( oxydoreductase) -2) Enzym vận chyển (Transferase) -3) Enzyme thủy phân ( Hydrolase) -4) Enzyme phân cắt (lyase) -5) Enzyme. .. Đây nồng độ chất enzyme cần để thực nửa tốc độ cực đại dùng đại lượng đo lực thực enzyme chất Giá trị Km thấp có ý nghĩa nồng độ chất mà enzyme xúc tác phản ứng thấp.Hoạt tính enzyme thay đổi... Chất xúc tác sinh học: vận tốc cao, đặc thù - Có tế bào sinh vật - Tham gia phản ứng in vivo in vitro - > 2000 enzyme khám phá - Ứng dụng rộng rãi: CNTP, chăn ni, y dược CẤU TRÚC CỦA ENZYME 2.1