ENZYMES Cấu trúc Enzyme

ENZYMES Là protein có đặc tính xúc tác để kích hoạt cho phản ứng © 2007 Paul Billiet ODWS Cấu trúc Enzyme   Enzymes proteins (I, II, III IV) Chúng có cấu tạo hình cầu Human pancreatic amylase © Dr Anjuman Begum © 2007 Paul Billiet ODWS Cấu tạo Enzyme cấu tử: protein- vài enzyme chuỗi polypeptide- khối lượng phụ thuộc chiều dài enzyme Enzyme nhị cấu tử: Enzyme (apoenzyme) +cofactor (phi protein) = holoenzyme - Cofactor: tham gia trực tiếp xúc tác - Apoenzyme: tính đạc hiệu E với chất Cofactors    Nhóm ngoại (prosthetic): Cofactor liên kết chặt chẽ với apoenzyme VD: catalase, peroxydase Coenzyme: Liên kết lỏng lẻo vời apoenzyme dễ dàng phóng thích Nhiều vitamin coenzyme (trang 87 SGK) Nitrogenase enzyme with Fe, Mo and ADP cofactors Jmol from a RCSB PDB file © 2007 Steve Cook © 2007 Paul Billiet ODWS H.SCHINDELIN, C.KISKER, J.L.SCHLESSMAN, J.B.HOWARD, D.C.REES STRUCTURE OF ADP X ALF4(-)-STABILIZED NITROGENASE COMPLEX AND ITS IMPLICATIONS FOR SIGNAL TRANSDUCTION; NATURE 387:370 (1997) Trung tâm hoạt động enzyme    © H.PELLETIER, M.R.SAWAYA ProNuC Database © 2007 Paul Billiet ODWS Các nhóm chức nằm rải rác chuỗi polypeptide cấu hình (I, II III )- tạo nên trung tâm họat động Enzyme bị biến tính-mất hoạt tính Cấu hình môi trường hóa học bên trung tâm hoạt động cho phép phản ứng xảy dễ dàng Cơ chất   Cơ chất chất tham gia phản ứng mà kích hoạt enzyme Mỗi enzyme phù hợp với chất theo thuyết « ổ khóa chìa khóa » xác định trung tâm hoạt động enzyme © 2007 Paul Billiet ODWS Phức hợp enzyme-cơ chất Phức hợp enzyme-cơ chất (E-S) tạo thành nhóm chức E nối với nhóm chức S- lực nối giống lực nối cấu trúc không gian protein Nhóm amino acid nhận biết chất (giai đoạn 1) E+S E-S - Nhóm amino acid tham gia biến đổi chất (giai đoạn 2) E-S E+P Nhóm amino acid trì cấu hình chiều trung tâm hoạt động E  Phức hợp enzyme-cơ chất Sự thay đổi vị trí nhóm a.a nhận biết nhóm tham gia biến đổi chất linh hoạt biến đổi cấu hình Sự thay đổi vị trí trình liên kết với S sản phẩm Biến đổi cấu hình trung tâm hoạt động (TTHD) ức chế hoạt động enzyme Thuyết « ổ khóa chìa khóa »        Sự gắn kết vừa vặn S TTHD E Giống gắn kết ổ khóa chìa khóa Chìa khóa tương tự E S ổ khóa Cấu trúc hình thành tạm thời gọi phức hợp enzymecơ chất (E-S) Sản phẩm tạo thành có hình dạng khác với chất ban đầu Khi hình thành, sản phẩm phóng thích từ TTHD E khỏi phản ứng mà thay đổi tính chất cấu hình gắn kết với chất khác © 2007 Paul Billiet ODWS Thuyết « ổ khóa chìa khóa » S E E E Enzymesubstrate complex Enzyme may be used again P P Reaction coordinate © 2007 Paul Billiet ODWS Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động Enzyme     Nồng độ chất pH Nhiệt độ Chất ức chế © 2007 Paul Billiet ODWS Nồng độ chất: phản ứng E Reaction velocity Substrate concentration  Sự gia tăng vận tốc tỷ lệ thuận với nồng độ chất © 2007 Paul Billiet ODWS Nồng độ chất: phản ứng có enzyme Vmax Reaction velocity Substrate concentration   Phản ứng nhanh tất phân tử enzyme gắn kết, đạt đến điểm bão hòa Nếu thay đổi nồng độ enzyme sau Vmax thay đổi © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng pH Optimum pH values Enzyme activity Trypsin Pepsin © 2007 Paul Billiet ODWS pH 11 Ảnh hưởng pH      Mức độ pH cao nhất, E bị biến tính Thay đổi cấu trúc enzyme Các TTHD bị bóp méo chất không phù hợp với Ở pH có giá trị khác với giá trị tối ưu enzyme, thay đổi nhỏ điện tích enzym phân tử chất xảy Sự thay đổi ion hóa ảnh hưởng đến gắn kết chất với TTHD © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng nhiệt độ      Q10 (hệ số nhiệt độ) = tốc độ phản ứng gia tăng tăng 10 ° C Đối với phản ứng hóa học Q10 = đến 3? (Tỷ lệ phản ứng tăng gấp đôi gấp ba tăng thêm 10 ° C nhiệt độ) Phản ứng có kiểm soát E tuân theo quy tắc phản ứng hóa học NHƯNG nhiệt độ cao làm phân hủy protein Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng có E cân Q10 biến tính © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng nhiệt độ Q10 Enzyme activity © 2007 Paul Billiet ODWS 10 20 30 40 Temperature / °C Denaturation 50 Ảnh hưởng nhiệt độ    Đối với hầu hết enzyme, nhiệt độ tối ưu khoảng 30 ° C Một vài vi khuẩn có enzym chịu nhiệt độ cao lên đến 100 ° C Hầu hết enzyme hoàn toàn biến tính 70 ° C © 2007 Paul Billiet ODWS Chất ức chế    hóa chất làm giảm tốc độ phản ứng có E Hóa chất ngăn chặn enzyme thường không tiêu diệt enzyme Nhiều loại thuốc chất độc chất ức chế enzyme hệ thống thần kinh © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng chất ức chế E Chất ức chế hồi phục: Kết hợp với nhóm chức axit amin TTHD, phục hồi Ví dụ: khí độc thần kinh thuốc trừ sâu, có chứa photpho hữu cơ, kết hợp có dư lượng serine enzyme acetylcholine esterase  © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng chất ức chế E   Chất ức chế hồi phục: rửa trôi dung dịch enzyme cách lọc Có hai loại © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng chất ức chế E Cạnh tranh: cạnh tranh với phân tử chất vị trí TTHD E - Hoạt động chất ức chế tỷ lệ thuận với nồng độ - Tương tự cấu trúc chất © 2007 Paul Billiet ODWS E+I Reversible reaction EI Enzyme inhibitor complex Ảnh hưởng chất ức chế E Không cạnh tranh: chịu ảnh hưởng nồng độ chất Nó ức chế cách gắn kết với enzyme vị trí hoạt động Ví dụ Liên hợp Cyanide với sắt enzym cytochrome oxidase Kim loại nặng, Ag, Hg, kết hợp với-SH nhóm Có thể loại bỏ cách sử dụng chelating (kìm hãm) EDTA © 2007 Paul Billiet ODWS Giải thích kiểm soát đường trao đổi bị chất ức chế sản phẩm cuối dựa khái niệm “chất ức chế không cạnh tranh” (allosteric inhibitor)-tham khảo Con đường trao đổi chất gồm nhiều phản ứng với hệ phức hợp enzyme Sự dư thừa sản phẩm cuối dẫn đến sản phẩm kết hợp với enzyme xúc tác phản ứng chuỗi phản ứng vị trí allosteric ức chế enzyme Khi nồng độ sản phẩm giảm, enzyme trở lại hình dạng hoạt động xúc tác ban đầu [...]... đổi hình dạng của nó Khi một E gắn kết với S, nó sẽ làm thay đổi cấu trúc E TTHD sẽ được thay đổi thành một cấu hình đặc biệt Sự kết hợp E-S làm suy yếu các liên kết trên S Các liên kết của S được kéo căng làm cho các phản ứng dễ dàng hơn (làm giảm năng lượng kích hoạt) © 2007 Paul Billiet ODWS Thuyết cảm ứng  Điều này giải thích các enzyme có thể phản ứng với một loạt các chất nền cùng loại © 2007... nồng độ chất nền © 2007 Paul Billiet ODWS Nồng độ cơ chất: phản ứng có enzyme Vmax Reaction velocity Substrate concentration   Phản ứng nhanh hơn nhưng khi tất cả các phân tử enzyme được gắn kết, nó đạt đến một điểm bão hòa Nếu thay đổi nồng độ enzyme sau đó Vmax sẽ thay đổi © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng của pH Optimum pH values Enzyme activity Trypsin Pepsin 1 © 2007 Paul Billiet ODWS 3 5 7 pH... activity Trypsin Pepsin 1 © 2007 Paul Billiet ODWS 3 5 7 pH 9 11 Ảnh hưởng của pH      Mức độ pH cao nhất, E sẽ bị biến tính Thay đổi cấu trúc của enzyme Các TTHD bị bóp méo và các cơ chất sẽ không còn phù hợp với nó Ở pH có giá trị hơi khác với giá trị tối ưu của enzyme, sự thay đổi nhỏ trong điện tích của enzym và phân tử cơ chất của nó sẽ xảy ra Sự thay đổi này trong ion hóa sẽ ảnh hưởng đến các... chặn enzyme nhưng thường không tiêu diệt enzyme Nhiều loại thuốc và chất độc là những chất ức chế enzyme trong hệ thống thần kinh © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng của chất ức chế E Chất ức chế không thể hồi phục: Kết hợp với các nhóm chức năng của các axit amin trong các TTHD, không thể phục hồi Ví dụ: khí độc thần kinh và thuốc trừ sâu, có chứa photpho hữu cơ, kết hợp có dư lượng serine trong enzyme. .. hồi phục: có thể được rửa trôi các dung dịch của enzyme bằng cách lọc Có hai loại © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng của chất ức chế E 1 Cạnh tranh: cạnh tranh với các phân tử cơ chất tại vị trí TTHD của E - Hoạt động của chất ức chế là tỷ lệ thuận với nồng độ của nó - Tương tự như cấu trúc của cơ chất © 2007 Paul Billiet ODWS E+I Reversible reaction EI Enzyme inhibitor complex Ảnh hưởng của chất ức... cạnh tranh” (allosteric inhibitor)-tham khảo Con đường trao đổi chất gồm nhiều phản ứng với hệ phức hợp enzyme Sự dư thừa sản phẩm cuối cùng dẫn đến các sản phẩm này sẽ kết hợp với enzyme xúc tác của phản ứng đầu tiên trong chuỗi phản ứng ở vị trí allosteric ức chế enzyme Khi nồng độ sản phẩm giảm, enzyme sẽ trở lại hình dạng và hoạt động xúc tác như ban đầu ... Q10 và biến tính © 2007 Paul Billiet ODWS Ảnh hưởng của nhiệt độ Q10 Enzyme activity 0 © 2007 Paul Billiet ODWS 10 20 30 40 Temperature / °C Denaturation 50 Ảnh hưởng của nhiệt độ    Đối với hầu hết các enzyme, nhiệt độ tối ưu là khoảng 30 ° C Một vài vi khuẩn có enzym có thể chịu được nhiệt độ rất cao lên đến 100 ° C Hầu hết các enzyme hoàn toàn biến tính ở 70 ° C © 2007 Paul Billiet ODWS Chất ức... lượng kích hoạt- tạo ra một con đường phản ứng mới "cắt ngắn" © 2007 Paul Billiet ODWS Kiểm soát hoạt động của enzyme  Phản ứng bị sự kiểm soát của E sẽ nhanh hơn 108 đến 1011 lần so với phản ứng tương ứng không có sự tham gia của E © 2007 Paul Billiet ODWS Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của Enzyme     Nồng độ cơ chất pH Nhiệt độ Chất ức chế © 2007 Paul Billiet ODWS Nồng độ cơ chất: phản ứng không... Paul Billiet ODWS E+I Reversible reaction EI Enzyme inhibitor complex Ảnh hưởng của chất ức chế E 2 Không cạnh tranh: không phải là chịu ảnh hưởng của nồng độ của cơ chất Nó ức chế bằng cách gắn kết với enzyme nhưng không phải ở vị trí hoạt động Ví dụ Liên hợp Cyanide với sắt trong các enzym cytochrome oxidase Kim loại nặng, Ag, Hg, kết hợp với-SH nhóm Có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng một chelating .. .Cấu trúc Enzyme   Enzymes proteins (I, II, III IV) Chúng có cấu tạo hình cầu Human pancreatic amylase © Dr Anjuman Begum © 2007 Paul Billiet ODWS Cấu tạo Enzyme cấu tử: protein- vài enzyme. .. polypeptide- khối lượng phụ thuộc chiều dài enzyme Enzyme nhị cấu tử: Enzyme (apoenzyme) +cofactor (phi protein) = holoenzyme - Cofactor: tham gia trực tiếp xúc tác - Apoenzyme: tính đạc hiệu E với chất... liên kết chặt chẽ với apoenzyme VD: catalase, peroxydase Coenzyme: Liên kết lỏng lẻo vời apoenzyme dễ dàng phóng thích Nhiều vitamin coenzyme (trang 87 SGK) Nitrogenase enzyme with Fe, Mo and