enzyme chất ức chế enzyme

- 20 - Enzyme COOSuccinate Chất nhận Fumarate Chất nhận dạng khử Nhiều hợp chất với cấu trúc giống với acid succinic chất ức chế cạnh tranh loại enzyme dehydrogenase này, bao gồm: COOH COOH COOH CH2 CH2 C=O COOH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COOH Oxalate COOH Malonate COOH Glutarate CH2 CH2 COOH COOH Phenylpropionate Oxaloacetate Mạnh số chất ức chế acid malonic Khi tỷ lệ [I]/[S] = 1/50, enzyme bò ức chế 50% Tăng nồng độ chất [I] không đổi, làm giảm mức độ ức chế, ngược lại, giảm nồng độ chất làm tăng mức độ ức chế Nếu acid succinic acid malonic gắn với trung tâm khác enzyme giải thích chúng cạnh tranh với Vì chúng cạnh tranh nên kết luận chúng kết hợp với enzyme chỗ, trung tâm hoạt động Cấu trúc chất ức chế cạnh tranh giống với chất số khía cạnh Các chất ức chế cạnh tranh nhận biết đặc điểm động học qua hiệu ứng nồng độ chất ức chế quan hệ v [S] minh họa đồ thò phương trình Lineweaver-Burk Tác dụng ức chế cạnh tranh tuân theo phương trình sau với tham gia Ki - số phân ly EI: Km [I] 1 ⎯ = ⎯⎯ + ⎯⎯ ⎯⎯ + ⎯⎯ Ki [S] Vmax v Vmax Đặc điểm ức chế competitive có điểm cắt trục tung (1/Vmax ) phản ứng không ức chế độ nghiêng khác với phản ứng không ức chế giá trò + [I]/Ki Đồ thò hình 6a cho thấy rõ nồng độ S cao phản ứng bò ức chế, ngược lại nồng độ S giảm mức độ ức chế tăng lên với giá trò [I]/[S] Ki GS.TS Mai Xuân Lương Khoa Sinh học Enzyme - 21 - Hình Đồ thò đảo ngược kép mô tả kiểu ức chế phản ứng enzyme: (a): ức chế competivive, (b): ức chế noncompetitive, (c): ức chế uncompetitive Km Vmax xác đònh từ độ dốc điểm cắt phản ứng không ức chế, Ki - từ độ dốc và/hoặc chỗ cắt phản ứng bò ức chế GS.TS Mai Xuân Lương Khoa Sinh học - 22 - Enzyme Ức chế không cạnh tranh kiểu thứ I (noncompetitive inhibition) Trong trường hợp mối quan hệ mức độ ức chế với nồng độ chất Ức chế phụ thuộc vào nồng độ chất ức chế Trái ngược với ức chế cạnh tranh, người ta cho hình thành EI xảy nơi để enzyme gắn với chất E+I ↔ va ø EI ES + I ↔ ESI Cả EI ESI phức hệ không hoạt động Có hai số phân ly: [E][I] EI Ki = ⎯⎯⎯ [EI] [ESI] là: KiESI = ⎯⎯⎯ [ES][I] Phương trình đảo ngược kép kiểu ức chế không cạnh tranh Km ⎯⎯ = ⎯⎯ V Vmax [I] 1 [I] + ⎯⎯ ⎯ + ⎯⎯ + ⎯⎯ [Ki ] [S] Vmax Ki Phương trình ức chế cạnh tranh kiểu thứ đường biểu diễn trình bày hình 6b Cả độ nghiêng điểm cắt khác với trường hợp không ức chế giá trò 1+[I]/Ki Các chất ức chế noncompetitive không phản ứng trung tâm hoạt động mà nơi phân tử enzyme dẫn đến biến đổi đáng kể hình dạng enzyme để ngăn cản trung tâm hoạt động kết hợp cách bình thường với chất.Ví dụ ức chế noncompetitive kim loại nặng Ag+, Hg2+, Pb2+ vốn tương tác thuận nghòch với nhóm thyol enzyme yếu tố tạo phức chelat mà hiệu ứng ức chế chúng kết hợp với ion kim loại mà cần để thể hoạt tính xúc tác Nhiều hợp chất kết hợp không thuận nghòch với enzyme tạo dẫn xuất đồng hóa trò trung tâm hoạt động hay phận khác phân tử không tham gia trực tiếp tương tác enzyme-cơ chất Đây ức chế noncompetitive với ý nghóa chặt chẽ chúng ức chế enzyme cách không thuận nghòch Ví dụ papain chứa nhóm thyol trung tâm hoạt động, phản ứng nhanh chóng với iodoacetate để tạo nhóm S-carboxylmethylcysteine Mức độ ức chế papain chất ức chế tỷ lệ thuận với mức độ S-carboxymethyl-hóa Iodacetate ức chế GS.TS Mai Xuân Lương Khoa Sinh học - 23 - Enzyme số enzyme có chứa nhóm thyol trung tâm hoạt động mà làm suy yếu hoạt tính xúc tác làm biến đổi cấu trúc phân tử enzyme Ức chế không cạnh tranh kiểu thứ II (uncompetitive inhibition) Kiểu ức chế xảy chất ức chế kết hợp thuận nghòch với phức hệ ES để tạo ESI mà sau tạo sản phẩm (các chất ức chế noncompetitive kết hợp với enzyme tự với phức hệ ES), vậy: [ESI] = Ki ⎯⎯⎯ [ES][I] Và phương trình đảo ngược kép V 1 [I] Km ⎯ = ⎯⎯⎯ x ⎯ + ⎯⎯ + ⎯⎯ [S] Vmax Ki Vmax Đồ thò phương trình (hình 6c) cho thấy kiểu ức chế dẫn đến thay đổi đặc trưng điểm cắt trục tung không thay đổi độ nghiêng đồ thò so với trường hợp không ức chế Cũng ức chế noncompetitive, kiểu ức chế uncompetitive đảo ngược cách tăng nồng độ chất Kiểu ức chế thường tìm thấy phản ứng enzyme với hai chất trở lên GS.TS Mai Xuân Lương Khoa Sinh học - 24 - Enzyme VI CÁC CHẤT ỨC CHẾ TRAO ĐỔI CHẤT- ANTIMETABOLITE Chất trao đổi (metabolite) hợp chất hình thành trình trao đổi chất bình thường thể, chất chống trao đổi (antimetabolite) chất có cấu trúc giống với chất trao đổi và, có mặt thể, chúng ức chế việc sử dụng chất trao đổi Các chất antimetabolite ức chế sinh trưởng giết chết thể, tác dụng ức chế sinh trưởng khắc phục cách cung cấp chất trao đổi cần thiết Antimetabolite sử dụng để xác đònh chất trao đổi quan trọng, hay yếu tố sinh trưởng, đặc biệt vi sinh vật Tuy nhiên, quan tâm antimetabolite thường với mục đích sử dụng chúng chất ức chế sinh trưởng vi sinh vật gây bệnh tế bào ung thư Như vậy, antimetabolite phát có khả ức chế sinh trường vi sinh vật gây bệnh mà không ảnh hưởng đáng kể đến trao đổi chất sinh vật chủ xem xét để sử dụng chất kháng sinh (antibiotic) Tương tự, ức chế sinh trưởng tế bào ung thư với mức độ lớn ức chế sinh trưởng mô chủ trở thành loại thuốc trò ung thư (antitumor agent) có hiệu qủa Nhiều antimetabolite chất ức chế enzyme đặc hiệu Do đó, hiểu biết enzyme giúp tạo antimetabolite, nhiều chất kháng sinh kháng ung thư phát theo phương pháp kinh nghiệm Để giải thích cách tác dụng đặc hiệu antimetabolite lên enzyme, ta xem xét chế tác dụng nhóm chất kháng sinh gọi "thuốc sulfa" Việc nghiên cứu antimetabolit bắt đầu đặc biệt ý phát ức chế sinh trưởng vi khuẩn sulfanilamide bò ngăn cản mang tính cạnh tranh yếu tố sinh trưởng acid p-aminobenzoid Sự giống mặt cấu trúc hai chất rõ, tượng giống trường hợp ức chế cạnh tranh enzyme NH2 SO2NH2 NH2 COOH Acid p-aminobenzoic GS.TS Mai Xuân Lương Sulfanilamide Khoa Sinh học Enzyme - 25 - Thực vậy, acid p-aminobenzoic khắc phục mang tính cạnh tranh tác dụng ức chế tất sulfonamide có cấu trúc NH2-C6H4SO2NHR, ví dụ sylfaguanidine, sulfathiazol, sulfapyridine sulfadiazine Những thể vốn cần acid p-aminobenzoic (PABA) cho sinh trưởng sử dụng để tổng hợp acid folic Sinh trưởng thể bò ức chế loại sulfonamide ức chế bò đảo ngược PABA Những thể vốn cần acid folic để sinh trưởng sử dụng PABA không bò ức chế sulfonamide Như vậy, sulfonamide ức chế (các) phản ứng enzyme dẫn đến dẫn đến tổng hợp acid folic từ acid paminobenzoic chất tiền thân khác Có lẽ sử dụng loại sulfonamide để chống nhiễm khuẩn người cách có hiệu thể người cần acid folic không tổng hợp acid từ PABA Như vậy, sulfonamide ngăn cản phản ứng trao đổi cần thiết vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến trao đổi chất thể chủ vốn không tổng hợp acid folic từ PABA Một số chất đối kháng acid folic sử dụng mức độ đònh để điều trò bệnh bạch cầu bệnh ung thư khác Ví dụ acid 4amino-pteroylglutamic (aminopterin) ức chế sinh trưởng số loại ung thư GS.TS Mai Xuân Lương Khoa Sinh học Enzyme - 26 - VII HỆ THỐNG MULTIENZYM VÀ VAI TRÒ CỦA ENZYME ĐIỀU HÒA Trong tế bào nhiều enzyme hoạt động đồng thời, sản phẩm phản ứng trước chất phản ứng sau Ví dụ trình biến đổi glucose thành acid lactic thực trật tự phản ứng tạo thành trình glycolis Trong hệ thống multienzyme sản phẩm phản ứng trước chất phản ứng sau Trong hệ thống multienzyme thông thường có enzyme chòu trách nhiệm chi phối tốc độ toàn hệ thống, gọi enzyme điều hòa Tùy thuộc vào mức độ phức tạp, hệ thống multienzyme (hay đa enzyme) chia làm loại (hình 7): 1/ Các enzyme cá biệt hòa tan tế bào chất hoạt động độc lập Các phân tử chất có kích thước nhỏ, dễ khuếch tán, tìm thấy nhanh chóng đường từ enzyme sang enzyme khác (1); 2/ enzyme hệ thống kết hợp thành phức hệ hoạt động phối hợp Đó trường hợp hệ enzyme tổng hợp acid béo nấm men Hệ thống gồm enzyme kết hợp chặt chẽ với Nếu tách rời nhau, tất bò hoạt tính; 3/ Có mức độ tổ chức cao hệ thống enzyme liên kết với cấu trúc phân tử tế bào Đó trường hợp hệ enzyme chuỗi vận chuyển điện tử ti thể Mỗi enzyme cá biệt gắn vào lớp màng ti thể, vừa làm nhiệm vụ xúc tác, vừa đóng vai trò yếu tố cấu trúc màng Hình Các kiểu tổ chức hệ thống Trong hệ thống multienzyme tốc độ phản ứng thường xác đònh tốc độ toàn hệ thống, yếu tố hạn chế nồng độ enzyme nồng độ chất Hoạt tính enzyme điều hòa điều chỉnh thông qua thông qua kiểu phân tử tín hiệu khác vốn chất trao đổi phân tử nhỏ cofactor Có hai loại enzyme điều hòa tham gia đường trao dổi chất khác Loại thứ enzyme allosteric hay dò lập thể Chúng hoạt động thông qua liên kết không đồng hóa trò với chất trao GS.TS Mai Xuân Lương Khoa Sinh học