tìm hiểu về enzyme oxy hóa khử

Nguồn năng lượng duy nhất đối với cơ thể người, động vật và đa số vi sinhvật là năng lượng hóa học tàng trữ trong các phân tử của các chất dinh dưỡng cótrong thức ăn và sau đó được phân

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG :

Muốn tồn tại và duy trì được các chức năng hoạt động sống như sinh trưởng ,sinh sản, vận động cơ học, bài tiết … ,sinh vật cần có năng lượng

Nguồn năng lượng duy nhất đối với cơ thể người, động vật và đa số vi sinhvật là năng lượng hóa học tàng trữ trong các phân tử của các chất dinh dưỡng cótrong thức ăn và sau đó được phân hủy

Những phản ứng phân hủy này có kèm theo giải phóng năng lượng được tiến

hành trong tế bào sống với sự tham gia của những hệ enzym đặc biệt chính là quá trình oxy hóa-khử sinh học và hệ enzym xúc tác cho những phản ứng này là hệ enzym oxy hóa khử

Hệ enzym này chủ yếu do vi sinh vật hoặc do bản thân cơ thể động vật tạo ra trong

quá trình sống của chúng Các enzym này có tên gọi chung là Oxydoreductase : gồm một số nhóm enzym chủ yếu như :dehydrogenase (nhóm ngoại là NAD, NADP, FAD , … ), Oxydase (polyphenoloxydaza, catalaza, lipo_oxydaza, …) và các

chất chuyển trung gian khác Các chất dinh dưỡng cơ bản dùng làm nguyên liệucho quá trình oxy hóa khử trong cơ thể sinh vật là Gluxit, protit, lipit …

Các quá trình oxy hóa sinh học thuộc các phản ứng dị hóa không những chỉlà nguồn năng lượng quan trọng dùng để thực hiện các phản ứng tổng hợp khácnhau mà còn là nguồn cung cấp các chất trung gian dùng làm nguyên liệu cho cácphản ứng tổng hợp và đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc liên hợp các quátrình trao đổi chất

Nguyên liệu dùng để chế biến lương thực , thực phẩm thường là các cơ thểsống hoặc các mô sống và tác nhân chuyển hóa trong một số ngành thực phẩm nhưcông nghiệp lên men chẳng hạn lại là vi sinh vật, vì vậy trong lĩnh vực công nghiệpthực phẩm các quá trình oxy hóa_ khử sinh học có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng

Trong quá trình chế biến thực phẩm, nhiều quá trình oxy hóa _khử sinh họctạo ra các sản phẩm có màu sắc đẹp, vị ngon, hương thơm làm cho thực phẩm cótính chất đặc trưng riêng hoặc làm tăng giá trị cảm quan và tiêu dùng của sản phẩm

Ví dụ : cùng một thứ lá chè, nhờ sự khống chế và lợi dụng tài tình hệ enzym polyphenoloxydaza của bản thân nguyên liệu có sẵn trong lá chè mà người ta tạo ra

chè xanh, chè đen, chè đỏ, chè vàng … ) có hương vị và sắc nước khác nhau vàtrong sản xuất ca cao, thuốc lá người ta cũng sử dụng hoạt động của hệ enzym này

Theo quan điểm hóa học thì sự lên men là quá trình phân giải oxy hóa – khử

đường do hệ enzym của các vi sinh vật tiến hành trong điều kiện yếm khí Năng

lượng do quá trình này sinh ra cũng được dùng để tạo nên các hợp chất cao năngnhằm thỏa mãn nhu cầu năng lượng của vi sinh vật Tuy nhiên phần lớn năng lượngđược giải phóng lại tán xạ dưới dạng nhiệt năng Về quan điểm năng lượng thì sựlên men và các quá trình phân giải yếm khí glucoza là bất lợi, không kinh tế: bởinhững sản phẩm cuối cùng của sự lên men có tàng trữ trong phân tử một thế nănglớn Cho nên muốn cung cấp đủ năng lượng cho hoạt động sống thì vi sinh vật phảiphân giải một lượng đường lớn và do đó cũng tạo nên một lượng lớn sản phẩm cuối

cuøng Ngöôøi ta lôïi dúng ñieău naøy ñeơ sạn xuaât röôïu, bia, coăn, nöôùc giại khaùt coù gas,röôïu, daâm, acid thöïc phaơm …Vì vaôy coù theơ noùi raỉng caùc phạn öùng oxy hoùa – khöûsinh hóc laø cô sôû cụa ngaønh cođng nghieôp leđn men.

Toùm lái, ñoẫi vôùi cô theơ sinh vaôt, caùc phạn öùng oxy hoùa – khöû sinh hóc coù yùnghóa quan tróng baôc nhaât trong söï trao ñoơi chaât cuõng nhö trao ñoơi naíng löôïng Rieđng ñoâi vôùi cođng nghieôp thöïc phaơm, caùc phạn öùng oxy hoùa – khöû sinh hóc coù theơcoù lôïi hoaịc baât lôïi tuøy theo múc ñích cú theơ, ñoâi töôïng bạo quạn vaø cheâ bieân Ñieăuquan tróng ôû ñađy laø söï khaùm phaù vaø hieơu bieât sađu saĩc veă cô cheâ cụa caùc phạn öùngoxy hoùa sinh hóc ñaõ cho pheùp con ngöôøi ñieău khieơn ñöôïc chuùng vaøo nhöõng múcñích mong muoân

PHAĂN II TOƠNG QUAN VEĂ ENZYM :

I.) CAÂU TÁO HOÙA HÓC CỤA ENZYM.

Bạn chaât hoùa hóc cụa phaăn lôùn enzym laø protein Bạn chaât hoùa hóc cụaenzym chư ñöôïc xaùc ñònh ñuùng ñaĩn töø sau khi keât tinh ñöôïc enzym Enzym ñaău tieđn

nhaôn ñöôïc ôû dáng tinh theơ laø Urease cụa ñaôu töông vaø nhieău enzym khaùc ñaõ coù ñụ

baỉng chöùng ñeơ xaùc nhaôn caùc tinh theơ protein thu ñöôïc chính laø enzym

Phaăn lôùn enzym coù dáng hát nhö caùc protein hình hát, tư leô giöõa trúc daøi vaøtrúc ngaĩn cụa phađn töû vaøo khoạng 1 – 2 hay 4 – 6 Caùc enzym cuõng coù phađn töûlöôïng lôùn, ña soâ vaøo khoạng 20.000 ñeân 90.000 dalton, coù nhöõng enzym leđn tôùi moôttrieôu hoaịc lôùn hôn

Gioâng nhö caùc protein hình hát khaùc, caùc enzym coù theơ hoaø tan trong nöôùc,

dung dòch muoâi loaõng nhöng khođng tan trong dung mođi khođng phađn cöïc Dung dòchenzym coù tính chaât cụa dung dòch keo öu nöôùc Khi hoøa tan enzym vaøo nöôùc, caùcphađn töû nöôùc löôõng cöïc seõ keât hôïp vôùi caùc ion, caùc nhoùm ion hoaịc caùc nhoùm phađncöïc trong phađn töû enzym táo thaønh lôùp voû hydrat Löôïng nöôùc hydrat naøy coù vai troøquan tróng ñoâi vôùi caùc phạn öùng sinh hoùa

Enzym trong dung dòch deê daøng bò keât tụa döôùi taùc dúng cụa moôt soâ yeâu toâvaôt lyù vaø hoùa hóc voân laøm keât tụa protein Vidú : döôùi taùc dúng cụa muoâi trung hoøanhö amon sunfat hoaịc caùc dung mođi höõu cô nhö axeton, etanol… ôû nhieôt ñoô thaâp,enzym bò keât tụa nhöng khođng bò maât hoát tính Ngöôïc lái, döôùi taùc dúng cụa caùcyeâu toâ gađy bieân tính protein ( nhieôt ñoô cao, axit hoaịc kieăm ñaịc, muoâi kim loái naịng

ôû noăng ñoô cao) phaăn lôùn enzym seõ bò bieân tính , maât hoát tính xuùc taùc Ñieău ñaùngchuù yù laø möùc giạm hoát ñoô töông öùng möùc ñoô bieân tính cụa phađn töû protein, enzym.Caùc tính chaât ñaõ neđu ñöôïc söû dúng ñeơ thu nhaôn cheâ phaơm enzym coù hoát tính xuùctaùc hoaịc ñeơ öùc cheâ enzym khi caăn thieât

Enzym ñöôïc caâu táo töø caùc L –α acid amin keât hôïp vôi nhau qua lieđn keât peptit Caùc enzym cuõng bò thụy phađn döôùi taùc dúng cụa peptit – hydrolaz, axit hoaịc kieăm Khi enzym bò thuyû phađn hoaøn toaøn táo thaønh caùc L –α acid amin, trong nhieău

tröôøng hôïp ngoaøi acid amin coøn thu nhaôn ñöôïc caùc chaât khaùc Trong tröôøng hôïp thöùnhaât enzym laø moôt protein ñôn giạn, gói laø enzym moôt thaønh phaăn ; tröôøng hôïp thöùhai, enzym laø moôt protein phöùc táp, gói laø enzym hai thaønh phaăn Phađn töû enzym

hai thành phần (holoenzym) bao gồm phần protein (apoenzym) kết hợp với một

nhóm khác không phải là protein gọi là nhóm ngoại hoặc coenzym Một coenzym

khi kết hợp với các apoenzym khác nhau, tạo thành các holoenzym khác nhau, xúc

tác cho quá trình chuyển hóa các chất khác nhau nhưng giống nhau về kiểu phản

ứng Apoenzym quyết định tính đặc hiệu của enzym và làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzym Coenzym quyết định kiểu phản ứng mà enzym xúc tác, trực tiếp tham gia phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzym đối với các yếu tố gây biến tính Các coenzym thường là dẫn xuất của các Vitamin hoà tan trong nước Đa số enzym

thuộc enzym 2 thành phần Đến nay người ta cũng đã xác định được rằng phần lớncác enzym trong tế bào là những protein có cấu trúc bậc 4 Ở những điều kiện xácđịnh, phân tử của chúng có thể bị phân ly thuận nghịch tạo thành các phân tử dướiđơn vị (pdđv) , hoạt độ enzym bị giảm hoặc có thể bị mất hoàn toàn Ở những điềukiện thích hợp các pdđv lại có thể kết hợp với nhau và hoạt động xúc tác củaenzym được phục hồi

Trong tế bào còn tồn tại nhiều hệ enzym (multienzym) : bao gồm các enzym

xúc tác cho dây chuyền phản ứng của một quá trình trao đổi chất nhất định, trongđó sản phẩm của phản ứng do một enzym xúc tác là cơ chất của enzym xúc tác chophản ứng tiếp theo Ví dụ : hệ thống gồm 3 enzym E1, E2, E3 xúc tác cho dâychuyền phản ứng sau :

II.) TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG

Mỗi hoạt động xúc tác của enzym đều thông qua bộ phận đặc biệt của phântử enzym gọi là trung tâm hoạt động của enzym Trung tâm này gồm những nhómhóa học, những liên kết peptit tiếp xúc trực tiếp với cơ chất Một phần hoặc toànbộ phân tử enzym được coi là có khung cấu trúc thích hợp để duy trì hình dạng cầnthiết đối với tính chất đặc hiệu và hiệu lực xúc tác Do vậy khi làm thay đổi hìnhdạng của chúng dẫn đến khả năng xúc tác bị thay đổi

Trung tâm hoạt động của enzym thường bao gồm những acid amin có nhóm

hóa học có hoạt tính cao như serin (-OH), Histidin (vòng imidazol), cystein (-SH), Lysin (-NH2), Tryptophan (indol), glutamic (-COOH) Các gốc acid amin tạo nên

trung tâm hoạt động không nhất thiết sắp xếp ở cạnh nhau trong cấu trúc bậc mộtnhưng gần nhau trong cấu trúc 2, 3 và 4 ion kim loại có vai trò trong trung tâmhoạt động Coenzem là thành phần quan trọng của trung tâm hoạt động

Có enzym có trung tâm hoạt động nhưng có enzym có hai hay nhiều trungtâm hoạt động có thể giống nhau hoặc khác nhau về cấu tạo hoặc chức năng chỉ có

cơ chất đặc hiệu có cấu trúc thích hợp với trung tâm hoạt động của enzym để tạothành phức hợp enzym – cơ chất, quá trình xúc tác chỉ xảy ra khi cơ chất gắn vàotrung tâm hoạt động Fisher (1894) cho rằng trung tâm hoạt động được hình thànhsẵn với một cấu tạo nhất định và chỉ cho phép cơ chất có cấu tạo tương ứng kết hợpvào cơ chế này có thể ví như “ổ khoá” và “chìa khóa” Thuyết này đã giải thíchđược một số trường hợp nhưng không giải thích đầy đủ nhiều kết quả thu đượctrong thực nghiệm Do vậy Koshland (1958) đã đưa ra giả thuyết khác là mô hình

“tiếp xúc cảm ứng” Theo thuyết này thì đặc điểm của vùng trung tâm hoạt động làrất mềm dẻo và linh hoạt chưa ở tư thế sẵn sàng hoạt động chỉ khi tác dụng với cơchất gây cảm ứng tác dụng không gian làm biến đổi hình dạng phân tử enzym tạonên trung tâm hoạt động, định hướng một cách chính xác để gắn với cơ chất Trongquá trình này cấu trúc enzym bị biến đổi, đã làm cho một số tính chất lí hoá củaenzym thay đổi theo như hình sau

1.) Trung tâm dị lập thể.

Trong quá trình xúc tác của phân tử enzym, ngoài trung tâm hoạt động làmxúc tác còn có một loại trung tâm khác làm nhiệm vụ điều chỉnh hoạt tính củaenzym, gọi là trung tâm điều chỉnh hay là trung tâm dị lập thể Trung tâm dị lậpthể ở khác vị trí trung tâm hoạt động Cơ chế tác dụng của yếu tố dị lập thể là ởchỗ khi nó tác động vào trung tâm dị lập thể của enzym làm thay đổi hình dạngkhông gian của enzym chuyển trạng thái hoạt động của enzym hoạt động haykhông hoạt động Sự kết hợp yếu tố dị lập thể vào trung tâm dị lập thể của enzymthường là sự kết hợp thuận nghịch Cơ chế tác dụng của yếu tố dị lập thể là ở chỗkhi nó tác dụng vào trung tâm dị lập thể của enzym làm thay đổi hình dạng củaenzym dẫn đến làm biến đổi trung tâm hoạt động làm cho hoạt tính xúc tác củaenzym bị thay đổi tăng lên hay giảm đi Trung tâm dị lập thể đóng vai trò quantrọng trong cơ chế điều chỉnh enzym thường hay nói đến cơ chế của sự ức chếngược là cơ chế điều chỉnh dị lập thể mà thông thường enzym của phản ứng đầutiên của quá trình chuyển hoá là enzym dị lập thể và sản phẩm cuối cùng của quátrình phản ứng là yếu tố dị lập thể âm

2.) Enzym polyme.

Là enzym có cấu tạo bởi nhiều đơn vị nhỏ, mỗi đơn vị nhỏ là một chuỗipolypeptit và được gọi là protome Enzym polyme thường có từ hai đến bốn đơn vịnhỏ, có trường hợp có tới 10 đến 12 đơn vị nhỏ Malat dehydrogenase có hai đơn vịnhỏ, Urease có tám đơn vị nhỏ, catalase có 6 đơn vị nhỏ,ATP của ti thể tim bò có

10 đơn vị nhỏ Enzym polyme thường chỉ thể hiện hoạt tính xúc tác cao khi phân tửnguyên vẹn, khi các đơn vị nhỏ bị tách rời ra thì hoạt tính của enzym bị giảm haymất hẳn

3.) Các dạng phân tử của enzym(Isozym)

Enzym cùng xúc tác một loại phản ứng hoá học nhưng có thể tồn tại nhiềudạng phân tử khác nhau và có một số tính chất lý, hoá, miễn dịch khác nhau Cácdạng phân tử khác nhau của một enzym thường đựơc gọi là isozym Lactatdehydrogenase có phân tử lượng khoảng 130.000 do bốn đơn vị nhỏ tạo nên, mỗiđơn vị nhỏ là một chuỗi polypeptit có trọng lượng phân tử khoảng 35.000 Cácchuỗi polypeptit này được sinh tổng hợp do hai gen khác nhau kí hiệu :H và M; cónguồn gốc ở tim (H) và cơ (M) được sắp xếp thành 5 dạng phân tử lớn:

LDH1:HHHHLDH2:HHHMLDH3:HHMMLDH4:HMMMLDH5:MMMMTỷ lệ các dạng phân tử còn có thể thay đổi tuỳ theo tuổi tác, trạng thái sinh lý vàbệnh lý

III.) CÁC TIỀN CHẤT ENZYM.

Hầu hết các enzym được tổng hợp trong cơ thể đều thông qua giai đoạn đầutiên là những tiền chất enzym không có hoạt động xúc tác gọi là Zymogen hayProenzym Những tiền chất enzym này bị biến đổi bằng quá trình thuỷ phân liênkết peptit loại bỏ những đoạn peptit có tác dụng kìm hãm hoặc che lấp trung tâmhoạt động về enzym Do đó phân tử lượng enzym có hoạt tính thường nhỏ hơn phântử lượng của Proenzym Ơû người và động vật có vú các enzym thuỷ phân protid

trong ống tiêu hoá được tổng hợp ra dưới dạng proenzym Ví dụ : pepsinogen, chymotrypsinogen, trypsinogen trong quá trình hoạt hoá pepsinogen đã giải phóng 5

chuỗi peptit ngắn có trọng lượng phân tử 4000 dlk và một peptit có trọng lượngphân tử 3200dlk có tác dụng ức chế hoạt tính của enzym khi còn kết hợp với

enzym Quá trình hoạt hoá trypsinogen xảy ra sự thuỷ phân liên kết peptit giữa gốc axít amin thứ 6 và 7 loại bỏ hexapeptit đã làm thay đổi hình dạng bộc lộ trung tâm hoạt động của enzym Đối với chymotrypsinogen chuyển thành trymotrypsin bằng sự thuỷ phân giải phóng 2 dipeptit làm thay đổi hình dạng phân tử làm cho His vị trí 57 xích gần gốc Ser vị trí 195 tạo trung tâm hoạt động enzym

IV.) CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA ENZYM.

Cơ chế tác dụng chung của enzym là làm giảm năng lượng hoạt hoá, làmtăng tốc độ phản ứng Hoạt động xúc tác của enzym bao gồm nhiều yếu tố và cóthể kể một vài yếu tố chính như sau:

Sự tiếp cận và định hướng :

Cơ chất được tiếp cận với enzym sao cho liên kết cảm thụ của cơ chất đượctiếp cận với các nhóm hoạt động của enzym và được định hướng chính xác với cácnhóm ấy Quá trình này sẽ gây ra sự biến đổi các quỹ đạo liên kết của chúng làmcho phức hợp enzym – cơ chất ở vào trạng thái hoạt hóa

Mối quan hệ giữa hình dạng không gian của enzym đối với hoạt đông xúctác : cấu trúc phân tử không gian của enzym có liên quan mật thiết với hoạt độngxúc tác của enzym Sự biến đổi cấu trúc không gian của enzym nhất là trung tâmhoạt động xúc tác của enzym Người ta cho rằng, sự kết hợp giữa enzym và cơ chấttạo thành phức hợp trung gian [ES] đã gây ra tác dụng cảm ứng tương hỗ tức thờigiữa enzym và cơ chất Cấu trúc enzym luôn luôn được biến đổi sao cho các nhómhoạt động của enzym được định hướng chính xác và tiếp cận thuận lợi với cơ chấtsao cho phân tử cơ chất bị “căng ra” hoặc bị “xoắn lại” và dễ dàng bị bẻ gẫy.

Sự tiếp xúc acid – base :

Nhờ xúc tác acid – base mà hầu hết các phản ứng xảy ra trong cơ thể thựchiện ở môi trường pH trung tính, nồng độ H+ và OH- rất thấp Nếu không có cơ chếnày các phản ứng hóa học thường xảy ra ở môi trường có nồng độ H+ và OH- cao.Với những nhóm hoạt động đặc biệt có khả năng nhường hay nhận proton enzymthực hiện được quá trình xúc tác acid – kiềm này Sự xúc tác này phụ thuộc 2 yếutố quan trọng, thứ nhất là lực của acid – base nghĩa là hằng số phân ly proton củachúng; thứ hai là tốc độ nhường hay nhận proton base của cid- base Thí dụ : nhóm

imidazol của Histidin là một trong những chất xúc tác acid – base khá mạnh.

Sự xúc tác đồng hóa trị :

Nhiều enzym có thể kết hợp với cơ chất bằng liên kết đồng hóa trị tạo phứchợp trung gian có hoạt tính cao, giảm được năng lượng hoạt hóa của phản ứng để

cơ chất dễ dàng tham gia phản ứng tạo sản phẩm Hoạt động của enzym thườngthông qua hợp chất trung gian enzym – cơ chất đồng hóa trị được phân biệt theogốc acid amin của enzym được trực tiếp phản ứng với cơ chất Nhóm Serin bao

gồm enzym này, nhóm Hydroxyl của gốc Serin đặc hiệu của enzym tham gia tạo thành liên kết este hoặc với nhóm acyl như trong trường hợp của chymotrypsin để

tạo phức hợp trung gian acyl – enzym, hoặc với nhóm phosphat trong trường hợpphosphoglucomutase để tạo ra một phospho enzym Trong nhóm cystein bao gồm

phospho glyceraldehyd dehydrogenase, papain, acetyl CoA acetyl transferase liên

kết đồng hóa trị thioeste được hình thành giữa nhóm acyl của cơ chất và nhóm

sulfhydryl của gốc cystein đặc hiệu của enzyn Nhóm Histidin bao gồm một số

enzym vận chuyển nhóm phosphat như gluco 6 phosphatase, succinyl – CoAsythetase Những enzym này có nhóm imidazol của Histidin dặc hiệu của enzym

được phosphoryl hóa Nhóm Lysin bao gồm enzym fructodiphosphat aldolase, tranaldolase, D – amino acid oxidase, hợp chất trung gian của chúng là base Schiff

giữa nhóm - NH2 của Lysin đặc hiệu của enzym và nhóm carbonyl của cơ chất

Cơ chế tác dụng của enzem không phải do một yếu tố đơn độc mà tác dụngtổng hợp của nhiều yếu tố, nhiều nhóm hoạt động của enzym tạo ra Cơ chế tácdụng của từng men rất phức tạp và có những đặc điểm riêng trong đó có vai trò xúctác của enzym do các nhóm chức trong phân tử enzym Bản chất enzym là protein,phân tử của chúng gồm hàng trăm hoặc hàng ngàn gốc acid amin, các acid aminnày liên kết với nhau bằng các liên kết peptid qua các nhóm α – carboxyl và α –amin Tất cả các acid amin (trừ glycin) đều có mạch nhánh Các mạch nhánh

này thường có trạng thái tự do và tuỳ theo bản chất của nó, có thể tham gia vàonhững phả ứng hóa học nhất định Trong những acid amin cấu tạo nên trung tâmhoạt động của enzym có những acid amin có mạch nhánh với hoạt tính hóa họccao Các nhóm này tạo nên các nhóm chức năng của trung tâm hoạt động ; cónhững nhóm trực tiếp tham gia vào các hoạt động xúc tác ; có những nhóm kháclàm nhiệm vụ kết hợp và định hướng cho cơ chất và coenzym và tạo nên bộ phậntiếp xúc của en zym : Tuy nhiên ta không thể xác định được một ranh giới rõ rệtgiữa các nhóm “xúc tác” và các nhóm “tiếp xúc” và vì những nhóm tiếp xúc cũngthường tham gia vào sự xúc tác Các nhóm chức năng thường nằm ở những bộ phậnkhác nhau trong các chuỗi polypeptid của phân tử enzym, nhưng do sự cuộn khúccủa các mạch peptid, các nhóm đó lại gần kề nhau về không gian và định hướngtheo một cách nhất định Sự phá huỷ hoặc khóa một nhóm chức năng nào đóthường gây ra sự ngừng hãm hoặc làm chậm phản ứng xúc tác Khi cấu trúc bậc 3,hay bậc 4 của phân tử enzym bị hư hại hay rối loạn vì lý do vật lý, hay rối loạn vìlý do hóa học nào đó, cũng thường gây tổn hại đến cấu trúc tinh vi của trung tâmhoạt động, là rối loạn sự định hướng tương hỗ của các nhóm chức năng

Các nhóm chức năng thường có trong phân tử enzym bao gồm:

- Các nhóm carboxyl của acid aspartic và acid glutamic

- Nhóm έ- amin của Lysin

- Nhóm guanidin của arginin

- Nhóm indol của Tryptophan

- Nhóm imidazol của Histidin

- Nhóm Hydroxyl của Serin và threomin

- Nhóm phenol của Tyrosin

- Nhóm sulfuhydryl của Cystein

- Nhóm thioeste của Methionin

- Những mạch carbon của những acid amin khác và vòng thơm củaphenylalanin; các nhóm chức năng tham gia vào hoạt động của enzym bằngnhiều cơ chế Nhờ khả năng nhường hoặc nhận proton, chúng có thể hoạtđộng như những chất xúc tác acid hoặc chất xúc tác theo nghĩa rộng Chúngcũng có thể liên lết bằng liên kết đồng hóa trị với cơ chất tạo thành phứchợp enzym – cơ chất có hoạt tính cao, để thực hiện cơ chế xúc tác đồng hóatrị

- Trong những enzym có chứa kim loại, nhiều trường hợp chính ion kim loạiđóng vai trò trung gian giữa những nhóm chức năng của enzym và cơ chất.Ion kim loại là những chất mang điện tích dương, có thể đóng vai trò chấthút điện tử rất mạnh và do đó tham gia vào cơ chế phản ứng rất có hiệu lực

V.) TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYM

Tính đặc hiệu cao của enzym là một trong những sai khác chủ yếu giữaenzym với các chất xúc tác khác Mỗi enzym chỉ có khả năng xúc tác cho sự

chuyển hóa một hay một số chất nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định Đặctính tác dụng lựa chọn này gọi là tính đặc hiệu hoặc tính chuyên hóa của enzym.

1.) Đặc hiệu kiểu phản ứng

Thể hiện ở chỗ mỗi enzym chỉ có thể xúc tác cho một trong những kiểu phản

ứng chuyển hóa một chất nhất định Ví dụ : phản ứng oxy hóa khử, thuỷ phân …

2.) Đặc hiệu cơ chất

Cơ chất là chất có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của enzym và

bị chuyển hóa dưới tác dụng của enzym Mức độ đặc hiệu của các enzym khônggiống nhau, ngưới ta thường phân biệt thành các mức sau :

a.)Đặc hiệu tuyệt đối

Enzym chỉ có tác dụng trên một chất nhất định và hầu như không có tác dụng vớimột chất nào khác Ví dụ: Urease hầu như chỉ có tác dụng với Ure, thuỷ phân nóthành khí CO2 và NH3

NH2 – CO – NH2 + H2O CO2 + 2NH3

b.) Đặc hiệu nhóm tuyệt đối

Các enzym này chỉ tác dụng lên những chất có cùng một kiểu cấu trúc phân tử, mộtkiểu liên kết và có những yêu cầu xác định đối với nhóm nguyên tử gần liên kếtchịu tác dụng Ví dụ: mantaz thuộc nhóm α – glucozidaz chỉ xúc tác cho phản ứngthuỷ phân liên kết glucozid đuợc tạo thành từ nhóm OH glucozid của α – glucozvới nhóm OH của một monoz khác

c.)Đặc hiệu nhóm tương đối:

Mức độ đặc hiệu kém hơn nhóm trên ở chỗ enzym không có những đòi hỏi gìnghiêm ngặt đối với nhóm ở gần liên kết bị phân giải Ví dụ: Lipaz xúc tác chophản ứng thuỷ phân Lipid

Phần lớn các enzym đều có tính đặc hiệu lập thể nghĩa là enzym chỉ có tác dụngvới một trong 2 dạng đồng phân không gian của các chất Ví dụ :

lactatdehydrogenaz chỉ tác dụng lên acid L – lactic mà không có tác dụng với D –

lactic

Trong tự nhiên cũng có các enzym xúc tác cho phản ứng chuyển hóa tươnghỗ giữa các cặp đồng phân không gian tương ứng ví dụ: lactatraxemaz của vikhuẩn xúc tác cho phản ứng chuyển hóa lẫn nhau giữa acid D và L – lactic …vv.Các enzym này có vai trò quan trọng khi sản xuất các chất dinh dưỡng bằngphương pháp hóa học , vì chúng có thể chuyển các chất từ dạng cơ thể không thểsử dụng được sang dạng có thể hấp thụ

Enym còn có khả năng phân biệt được 2 gốc đối xứng trong phân tử giống nhau

hoàn toàn Ví dụ : 2 nhóm –CH2OH trong phân tử glixerin, glixerophatphat _ kinaz

xúc tác phản ứng chuyển vị gốc phophat từ ATP đến C3 của glixerin

VI.) CÁC TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC PHẢN ỨNG DO ENZIM KIỂM SOÁT :

Các phản ứng do enym kiểm soát có một số đặc tính quan trọng có liên quantới cơ chế hoạt động của enzym, sự ảnh hưởng của nhiệt độ pH, nồng độ cơ chất và

enzym, các chất ức chế cũng như các cofactor là có tầm quan trọng sinh học đặcbiệt.

1) Nhiệt độ :

Sự tăng ban đầu của tốc độ phản ứng khi nhiệt độ tăng là phù hợp với bất kìphản ứng hóa học nào vì năng lượng nhiệt tăng lên làm tăng năng lượng động họccủa các phân tử phản ứng và làm cho tần số va chạm tăng lên Trong trường hợpnày số phức hợp enzym - cơ chất được tạo nên nhiều hơn trong một đơn vị thờigian, đồng thời sự xúc tác tăng và số phân tử sản phẩm cũng tăng lên

Với nhiều loại phản ứng , kể cả các phản ứng xúc tác vô cơ, sự tăng này sẽtiếp diễn vô hạn, tuy nhiên trong phản ứng do enzym kiểm soát, nhiệt độ tối ưunhanh chóng đạt tới tương ứng với tốc độ cực đại của phản ứng Cao hơn nhiệt độtối ưu, tốc độ phản ứng giảm nhanh Đó là vì phân tử enzym, cũng như các proteinkhác, cấu hình có được là nhờ các lực hấp dẫn yếu, như các liên kết hydro : cácliên kết này trở nên không bền ở nhiệt độ cao làm cho enzym trở nên biến tính.Trung tâm hoạt động mất đi cấu hình chuẩn và không phù hợp được nữa với cơ chấtvà enzym không thể hoạt động như chất xúc tác Đa số enzym có nhiệt độ tối ưugiữa 40-50oC, tuy thế có một số loại chuyên hoá để hoạt động tốt hơn ở trên hoặcdưới khoảng nhiệt độ đó Ví dụ như một số loài vi khuẩn sống được ở các vùngnước nóng trên 85oC và có các enzym đặc biệt bền vững ,loài cá băng ở Nam cựccó enzym hoạt động có hiệu qủa ở -2oC

pH :

Đa số enzym có pH tối ưu gần với 7, đó cũng là ph bình thường bên trong tếbào Các enzym hoạt động bên ngoài tế bào thường đói hỏi nhiều pH khác nhau Vídụ rõ rệt là enzym pepsin thấy trong dịch vị, nó hoạt động tốt trong điều kiện độacid rất cao pH khoảng 1-2

Sự lệch với pH tối ưu có thể ảnh hưởng đến hoạt tính enzym theo một trong haicách trái ngược nhau Trong trường hợp khi các vị trí hoặc liên kết hoặc xúc táctrong trung tâm hoạt động có dạng dạng các ion tích điện, một số giá trị pH là ứcchế vì nó làm tái kết hợp các ion này Các nhóm không tích điện tạo nên sẽ khôngtương tác được với cơ chất và mất đi tính xúc tác của nó Khả năng thứ hai là dophân tử enzym có thể thay đổi cấu hình và trở nên biến tính ; điều này dễ xảy ra ởcác pH cực trị khi mà nó làm yếu các lực liên kết các bộ phận của phân tử enzymlại với nhau

2) Nồng độ cơ chất và nồng độ enzym :

Tốc độ của đa số các phản ứng do enzim kiểm soát bị thay đổi theo nồng độ cơchất Khi nồng độ cơ chất tăng làm cho tốc độ phản ứng tăng lên tương ứng, nhưngchỉ khi nồng độ cơ chất còn ở mức tương đối thấp Khi nồng độ cơ chất lớn hơn, tốcđộ phản ứng trở nên ít phụ thuộc vào nồng độ cơ chất và tiến tới một cực đại cốđịnh tùy thuộc vào số lượng enzym có mặt Ở nồng độ cơ chất thấp, nhiều phân tửenzym có trung tâm hoạt động tự do và sự cung cấp hạn chế cơ chất sẽ xác định tốcđộ phản ứng Ở nồng độ cơ chất cao, hầu hết trung tâm hoạt động bị chiếm lĩnh và

lúc này số lượng các phân tử enzym lại là yếu tố quyết định tốc độ phản ứng Khisố enzym tăng tốc độ cực đại cũng theo đó mà tăng lên tương ứng

Trong phạm vi trao đổi chất tế bào, mối tương quan này có tầm quan trọng nhưnhững phương thức kiểm soát tốc độ của các phản ứng khác nhau – đối với một sốphản ứng, nồng độ cơ chất bình thường vẫn là nhân tố quan trọng, thế nhưng vớicác enzym khác nồng độ enzym mới là quyết định

3) Các chất ức chế enzim

Các chất ức chế cạnh tranh :

Các chất này có cấu tạo hóa học và hình dạng khá giống cơ chất Khi có mặt cơchất và chất ức chế, chúng cạnh tranh nhau trung tâm hoạt động và làm cho hoạtđộng xúc tác của enzym bị hoãn lại Để ví dụ về ức chế cạnh tranh có thể lấy

trường hợp enzym sucxinic dehydrogenaza, nó xúc tác một trong nhiều bước của

quá trình giải phóng năng lượng ở trong tế bào Cơ chất bình thường của enzym làacid sucxinic, nó biến thành acid fumaric khi bị lấy đi hai nguyên tử hydro, enzymgiải phóng các sản phẩm rồi lại được dùng lại.các chất ức chế cạnh tranh không cómột ảnh hưởng lâu bền tới phân tử enzym va sự ức chế do chúng gây nên có thểkhắc phục bằng cách giảm nồng độ chất ức chế

Các chất ức chế không cạnh tranh :

Các chất này khác với chất ức chế cạnh tranh ở chỗ chúng không kết hợp với trungtâm hoạt động của enzym và không chịu ảnh hưởng của nồng độ cơ chất Loại phổbiến nhất là các ion kim loại nặng, như các ion thủy ngân (Hg+) và bạc (Ag+) Cácchất này kết hợp với phân tử enzim gây những biến đổi gián tiếp tới hình dạng củatrung tâm hoạt động, làm cho nó không thể tương tác được với cơ chất Sự ảnhhưởng xuất hiện khi phản ứng hóa học xảy ra ở một khu vực thứ nhất trên phân tửprotein làm thay đổi hình dạng và tính chất của khu vực thứ hai, được gọi là phảnứng dị khối

4) Các cofactor enzim :

Nhiều enzim không thể hoạt động chính xác khi thiếu một chất nhỏ hơn, khôngphải protein, mà gọi là cofactor.Nó có mặt bên trong giới hạn của trung tâm hoạtđộng Cofactor thường hoạt động như cái “cầu “ giữa enzym và cơ chất, nó thườngtham gia trực tiếp vào phản ứng hóa học của quá trình xúc tác Đôi khi cofactorcung cấp nguồn năng lượng hóa học thúc đẩy phản ứng

Một số enzym cần các ion kim loại là cofactor – ví dụ như Fe, Mg … Đôikhi , coenzym liên kết cộng hóa trị với enzym ở trạng thái khá bền vững và hìnhthành nhóm tiền tố – (prostetic) của protein phức hợp Tuy thế khoảng 80% enzymlà những protein tinh khiết chỉ gồm các mạch polypeptid, các coenzym cần có chỉliên kết tạm thời khi enzym thực hiện chức năng xúc tác của chúng

PHẦN III MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÁCH VÀ TINH CHẾ ENZYM :

Các chế phẩm enzym thu nhận theo 2 phương pháp là Nuôi cấy bề mặt (môitrường nuôi dạng rắn) và Nuôi bề sâu (chìm – môi trường nuôi dạng lỏng) Ta gọilà những chế phẩm enzym thô dạng lỏng hay rắn – chỉ dùng trong một số ngành

công nghiệp như da, dệt, tơ tằm, sợi đay, nước chấm lên men, chăn nuôi, rượu vvkhông đòi hỏi độ tinh khiết của enzym quá cao.

Tuy nhiên cũng có ngành công nghiệp, đặc biệt trong y dược, phân tích hóahọc vv… cần chế phẩm enzym có độ tinh khiết cao Nên phải tách và tinh chếenzym bằng quy trình phức tạp Đây là giai đoạn đòi hỏi thời gian, công sức và kỹthuật tiến hành phải tiû miû, chính xác, cẩn thận, khoa học và cũng gặp nhiều khókhăn

Yêu cầu của giai đoạn này là thu được enzym có độ tinh khiết cao và và bảotoàn được hoạt tính của enzym trong thời gian tách ,tinh sạch

Với canh trường rắn :

Muốn chiết rút enzym từ môi trường rắn, trước tiên cần phải phá vỡ tế bào

vi sinh vật bằng phương pháp cơ học như : nghiền nhỏ (có thể nghiền với cát, thạchanh, bột thuỷ tinh … để tăng thêm khả năng phá vỡ tế bào ) Sau đó chiết rút enzymtừ canh trường nuôi bằng dung môi thích hợp Tuỳ theo enzym đó tan trong dungmôi nào

Dịch chiết enzym sau khi lọc, thường có chứa 10 – 15% chất khô và các enzym cótrong tế bào vi sinh vật

Làm lạnh nhanh dịch chiết xuống 10 – 12 0C để ngăn cản vi sinh vật lạ phá hỏngdịch enzym, để bảo toàn hoạt tính enzym, cô đặc trong chân không dịch enzym nàytới độ khô 50 – 55%( hay sấy phun ở nhiệt độ < 40 0C ), ta có chế phẩm dùng tốttrong ngành da, dệt … Nếu muốn thu enzym dạng bột khô người ta cần kết tủaenzym từ dung dịch bằng một trong các tác nhân sau đây:

- Cồn cao độ (96 – 98%) ; tỷ lệ 1 : 3 hay 1 :4 (dịch enzym : cồn)

- Dung môi khác như izopropanol, aceton với tỉ lệ 1 : 1,5 hay 1 : 2 (dịchenzym : dung môi)

Chú ý : kết tủa với cồn hay các dung môi này tốt nhất là ở nhiệt độ thấp 3-50C ,khuấy đều khi dung môi từ từ vào

- Muối trung tính như NaCl, (NH4)2SO4, Na2SO4, MgSO4, muối phosphat mono– hay di – basic vv…

Thông thường hay dùng (NH4)2SO4 vì độ hoà tan của muối này cao khôngphụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, không làm biến tính protein nhưng nhược điểm làtốn nhiều muối ( từ 50 – 60% so với dịch enzym) Với pepsin người ta hay dùngNaCl (20 – 25%) muối này rẻ, dễ kiếm, không có hại …

Sau khi kết tủa, ly tâm, lấy phần enzym tủa, trong enzym này còn chứa nhiềutạp chất như: protein , muối, các chất có trọng lượng phân tử thấp khác, chấtmàu … nên cần tiếp tục tinh sạch bằng một số biện pháp như sau :

- tách chất có trọng lượng phân tử thấp (như muối … ) bằng phương pháp thẩmtích qua màng bán thấm

- Tách một phần các tạp chất bằng nồng độ rượu thấp (40 – 45%) khi đóenzym chủ yếu nằm trong dung dịch

- Có thể hòa tan enzym bằng lượng nước tối thiểu, lọc bỏ chất không tan, rồikểt tủa lại bằng rượu cao độ

- Dựa vào độ hòa tan khác nhau trong hỗn hợp rượu và nước người ta có thểtách amilaza ra khỏi proteaza.

Khi nồng độ rượu thấp (50 – 52%) thì hầu hết proteaza kết tủa (90%) chỉ cólượng nhỏ amilaza kết tủa theo (10%), nhưng khi nồng độ rượu đạt 76% thì hầunhư amilaza kết tủa hoàn toàn

Hiện nay việc tách , tinh sạch enzym đã được tiến hành với kết quả mỹ mãnbằng những phương pháp hiện đại như : lọc gel, hấp phụ chọn lọc, sắc ký nhựatrao đổi ion vv

Với canh trường lỏng

Sau khi tách khỏi hợp chất không tan xác vi sinh vật ta cần cô đặc để tăng lượngchất khô, giảm thể tích từ 4- 10 lần trong thiết bị cô đặc chân không , ở nhiệt độ 25– 300C

Người ta có thể cô đặc bằng hấp thu trên nhựa trao đổi ion, hay các chất hoạt độngbề mặt, biện pháp này cho phép giảm thể tích enzym đáng kể (xuống 5- 10 lần)

PHẦN I V CÁC THUYẾT OXI HÓA KHỬ SINH HỌC :

I.) CÁC THUYẾT OXI HOÁ SINH HỌC CỔ ĐIỂN

Từ lâu các nhà khoa học quan tâm đến vấn đề bản chất của sự oxi hoá sinh học.Ngay từ thế kỷ XVIII Lavoisier khẳng định rằng :”Sự hô hấp _đó là sự cháy chậmvà hoàn toàn giống như sự cháy của than “Song việc nghiên cứu các loại quá trìnhoxi hoá khác nhau sau này cho thấy Lavoisier chỉ đúng khi đánh giá toàn bộ quátrình.Thực ra về bản chất sự oxi hoá chậm các chất hữu cơ trong cơ thể khác xa vớisự cháy thông thường,mặc dù các sản phẩm là nước và CO2

Tuy nhiên, việc sáng lập ra học thuyết hô hấp dựa trên quan niệm sự oxi hoá các chất của cơ thể bằng sự oxi hoá không khí đã mở đầu cho phương thức hoáhọc và tạo tiền đề cho việc nghiên cứu bản chất của các quá trình oxi hoá sinhhọc.Từ đó đến nay một loạt các học thuyết sinh học ra đời.Thời kỳ thống trị củacác thuyết hoạt hoá oxi và được thay thế bằng thời kì phát triển và hưng thịnh củacác thuyết hoạt hoá hydro và những ý định hợp nhất các học thuyết đó lại.Cuốicùng là thời kỳ phát triển của những quan điểm hiện đại dựa trên các quá trình oxihoá phức tạp,đa dạng giai đoạn, tổ chức cao tồn tại trong tế bào sống với các chấtxúc tác khác nhau thực hiện cả hoạt hoá oxi lẫn hoạt hoá hydro và sáng lập ra giảnđồ oxi hoá cuối cùng.Trong các thuyết thì thuyết của peroxyt của Bach và thuyếtkhữ hydro của Palladin –Wieland là có ý nghĩa hơn cả

-1.) Thuyết peroxyt của Bach

Thuyết dựa trên quan niệm hoạt hoá xúc tác oxi.Theo Bach sự oxi hoá làsự kết hợp oxi phân tử vào chất bị oxi hoá để tạo ra peroxyt, khi đó oxi phântử (O=O)tham gia phản ứng ở dạng nhóm –O-O- :

R O O 2R + O2 hay R + O2 R

R O O

Peroxyt được tạo thành các đó chứa một nửa oxi kết hợp ở trạng thái hoạtđộng là chất mang oxi hoạt hoá.Oxi này sẽ oxi hoá các chất khác Bach cho là tếbào sống thích ứng được với peroxyt là do nó có khả năng phân giải peroxyt hoạthoá của chúng và sử dụng oxi của chúng để oxi hoá các chất khó oxi hoá hơn.Cảhai quá trình này đều là các quá trình xúc tác và được tiến hành dưới tác dụng củaenzim: calataza và peroxydaza.

Qúa trình oxi hoá sinh học theo thuyết Bach được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

A + O2 AO2

peroxydaza

AO2 + B BO + AO hay BO2 + A

Trong đó A – chất dễ bị oxi hoá

B - chất khó oxi hoá

Như vậy là theo thuyết của Bach thì sự tạo thành peroxyt hữu cơ có ý nghĩaquyết định đối với quá trình oxi hoá sinh học Khả năng sử dụng các hợp chất oxihoá trong cơ thể khi hô hấp, không đòi hỏi năng lượng bên ngoài được thực hiệnnhờ các hệ xúc tác sau:

-Các enzim hoạt hoá oxi phân tử là oxidaza

-Các hợp chất hữu cơ không no có khả năng tạo peroxyt kém bền khi tự oxihoá bởi oxi phân tử –oxygenaza

-Các enzim xúc tác sự oxi hoá nhờ oxi hoạt động của peroxyt-peroxydaza

Tuy rằng thuyết peroxyt bị hạn chế ở chỗ chỉ cơ chế của một số quá trình oxi hoákhử trong thực vật, song nghiên cứu về cơ chế oxi hoá peroxyt cho đến nay khôngkém phần quan trọng Nó là cơ sở của một loạt các phản ứng khác nhau : phản ứngoxi hoá các hợp chát vô cơ, hydrocacbon, rượu, aldehyt…

2.) Thuyết khử hydro của Palladin – Wieland

Theo ông giai đoạn đầu của oxi hoá chất hữu cơ là sự loại hydro và quá trìnhhô hấp được thực hiện nhờ các tác nhân xúc tác đặc hiệu có khả năng oxi hoákhử thuận nghịch Palladin gọi các chất này là các chất sinh màu hô hấp

Những chuyển hoá oxi hoá khử các chất sinh màu hoá học trong tế bàosống được tiến hành bằng cách tách kếp hợp hydro vào chúng Vai trò của chấtmàu hô hấp trong qúa trình oxi hoá là chiếm lấy hydro của cơ chất, chúngkhông phải là chất chuyển oxi mà là chất chuyển hydro.Trong tế bào,chất màuhô hấp đóng vai trò chất nhận hydro ,còn chất sinh màu hô hấp là chất nhậnoxi Sự tạo thành nước xem như giai đoạn cuối của quá trình

Palladin biểu diễn sự oxi hoá sinh học do enzim oxidaza xúc tác như sau:

C6H12O6 + 6H2O + 12R 6CO2 + 12RH2

12RH2 + 6O2 12R + 12H2O

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

Trong đó R - biểu thị chất màu hô hấp

NH 2 - chất sinh màu hô hấp

Quan niệm hoạt hoá hydro của Palladin được Wieland hoàn thiện về mọinặt.Oâng thu axetaldehit từ rượu etylic trong điều kiện yếm khí ở nhiệt độthường khi có paladi xúc tác và quinon hoặc metylen xanh làm chất nhận hydrovà ông giả thuyết cơ chế tạo thành axetaldehit như sau :

II.) QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI VỀ CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH OXI HOÁ – KHỬ SINH HỌC.

Các loại phản ứng oxi hoá khử:

Theo quan niệm hiện đại quá trình mất electron hoặc hydro của phân tửchất nào đó gọi là sự oxi hoá , quá trình ngược lại gọi là sự khử Chất nhườngelectron và hydro gọi là chất khử Chất nạp thêm electron và hydro gọi là chấtoxi hoá Sự oxi hoá và sự khử luôn xảy ra đồng thời và liên hợp chặt chẽ vớinhau thành một phản ứng oxi hoá khử thống nhất

Các quá trình oxi hoá khử có thể xảy ra theo một số những các sau đây:

1.) Kết hợp gắn trực tiếp oxi vào cơ chất bị oxi hoá và tạo ra sản phẩm oxi hoá

A + O2 AO2

Ví dụ trong quá trình tạo thành nước, hydro nhường điện tử cho oxi và

bị oxi hoá, còn oxi nhận electron và bị khử

2H2 + O2 2H2O

2.) Cho và nhận electron khơng cần có oxi tham gia

Trong nhiều trường hợp phản ứng oxi hoá khử có thể xảy ra bằng cáchnhường và thu electron không cần có oxi tham gia.Ví dụ các phản ứng sau đây: 2Fe2+ - 2e 2Fe3+

electron Nhờ tính chất này các xitocrom tham gia vào việc chuyển vận electron từ

cơ chất đến oxi

3.) Khử hydro hoá

Nhiều phản ứng oxi hoá được thực hiện bằng cánh tách hydro khỏi cơ chất.Chúngcó thể được biểu diễn ở dạng tổng quát sau:

AH2 + B oxi hoá A + AH2

Các phản ứng khử hydro trong đó oxi là chát nhận trực tiếp do các hydrogennaza hiếu khí hay do các oxidaza xúc tác

Ví dụ : sự oxi hoá xitamin tự nhiên dưới tác dụng oxidaza của L

ar,…) trung gian Các

phản ứng này chứa coenzim của dehyrogenaza (cơ chất : chất nhận _

oxidoreductaza) xúc tác Thứ tự các chuyển hoá có thể xảy ra như hình bên

Chất tiếp nhận hydro thứ nhất (C1

ar) được dehydrogenaza thứ nhất (E1 ) khử

đến C1

ar – H2 có thệ làm cơ chất cho một enzim nào đó Và như vậy có một số chấtcác chất chuyển trung gian tương tự hoạt động nối tiếp nhau thì có thể tạo thànhmột chuỗi gọi là chuỗi hô hấp hay chuỗi chuyển electron Chuỗi này đứng giữa cơ

chất, hydrogenaza đầu tiên của nó và chất nhận hydro cuối cùng Trong điều kiện

hiếu khí thì oxy phân tử là chất nhận hydro cuối cùng Qúa trình chuyển hoá phứctạp này có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Ở ty thể , giữa flavin và chất nhận cuối cùng là oxi có các chất chuyển trung

gian coenzym Q, các xitocrom, Fe phihem, Cu và xitocromoxydaza là mắt xích cuối

cùng của chuỗi Sự oxi hoá axít suxinic thành axít fumaric là một minh hoạ cụ thểcho quá trình oxi hoá khử phức tạp kiểu này

COOH COOH

Axit sucxinic axit fumalic

4.) Thế oxi hoá khử

Trong mọi trường hợp việc chuyển electron chỉ có thể thực hiện được trongtế bào cơ chất có khả năng thu nhận electron, nghĩa là có ái lực đối với electron.Trong phản ứng oxi hoá khử các chất tham gia có các ái lực đối electron khác nhau Chất nào có ái lực electron lớn hơn thì chất đó nhận Đại lượng phản ánh khảnăng thu hay nhường electron tức là khả năng oxi hoá khử của chất và được gọi thếoxi hoá khử

Đại lượng thế oxi hoá khử chỉ rõ chiều vận chuyển electon Các chất cóđiện thế âm chỉ có thể khử các chất có điện thế đương Đối với mỗi chất có khảnăng tạo nên hệ oxi hoá khử sẽ tồn tại hai dạng : dạng oxi hoá và dạng khử trongdung dịch Thế oxi hoá khử có thể tính theo phương trình sau:

RT [ dạng oxi hoá ]

E = EO + ln

nF [ dạng khử ]

Trong đó E – Thế oxi hoá khử của một chất nhất định trong những điều kiện xácđịnh

Eo - thế oxi hoá khử ở các điều kiện chuẩn

R - Hằng số khí, R= 1,98 cal/mol OC

T - Nhiệt độ tuỵêt đối OK

n - số electron được di chuyển

F - hằng số Faraday, F = 95000 C/phân tử gam hay 23,066 kcal/mol

PHẦN V PHÂN LOẠI ENZIM OXI HÓA KHỬ :

I.) CÁC ENZIM HOẠT HOÁ HYĐRO (ĐEHYĐROGENAZA) :

Đ a số các phản ứng oxi hoá sinh học là phản ứng tách hyđrô khỏi cơ chất

Enzim xúc tác quá trình tách hyđro gọi là Đêhyđrogenaza Sơ đồ cơ chế tác dụng

của chúng có thể biểu diễn như sau:

AH2 + B = A + BH2

Tất cả đêhyđrogenaza là các enzim lưỡng cấu tử – các proteit Tính đặc hiệu của chúng do phần protein của enzim quyết định Một co.đêhyđrogenaza có thể là cấu tử của nhiều hệ enzim đêhyđrogenaza khác nhau

Theo bản chất nhận hyđro, người ta chia đêhyđrogenaza ra làm 2 nhóm chính:

- Các dehydrogenaza hiếu khí là nhửng enzim có khả năng hoạt hoá H2 của cơchất và chuyển nó trực tiếp oxi không khí;

- Các dehydrogenaza yếm khí là những enzim không có khả năng chuyển H2trực tiếp cho oxi không khí mà chuyển hydro cho 1 chất chuyển trung gian nào đó

Theo bản chất của nhóm ngoại, các đêhydrogenaza được phân ra thành :

- Dehydrogenaza piridin

- Dehdrogenaza flavin

Coenzim của các hydrogenaza piridin là nicotinamitadenindinucleotit (NAD) hoặc nicotinamitadenindinucleotit phosphat (NADP) và NAD) còn có các tên gọi tương ứng là coenzim I , codehydrogenaza I và coenzim II ,codehydrogenaza II Các dehydrogenaza piridin thuộc nhóm enzim dehydrogenaza yếm khí

Nhóm ngoại của các đêhydrygenaza flavin(flavoproteit) là flavinmononucleotit(FMN) hay flavinadenindinucleotit(FAD) có riboflavin(vitamin

B2) trong thành phần

Một số enzim là các chất chuyển trung gian (dehydrogenaza yếm khí), mộtsố khác

lại là dehydrogenaza hiếu khí hay là oxidaza flavin.

Dehydrogenaza rất phổ biến trong mô động vật, thực vật và vi sinh vật.

Chúng tham gia vào các quá trình hô hấp hiếu khí và yếm khí Hàm lượng củcchúng trong cơ thể khác nhau, thậm chí ngay trong mô và cơ quan khác nhau củamột cơ thể cũng rất khác nhau

1.) Dehydrogenaza piridin

Trong tiến trình oxi hjoá sinh học codehydrogenaza piridin là các chất tiếp nhận

hydro đầu tiên Chúng có công thức cấu tạo như sau: