chuyên đề enzim + đề thi HSG quốc gia có đáp án

CHUYÊN ĐỀ: ENZIM VÀ VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT PHẦN I: MỞ ĐẦU I.1 Lí chọn đề tài “Nâng cao dân trí - Đào tạo nhân lực – Bồi dưỡng nhân tài” nhiệm vụ trung tâm giáo dục - đào tạo toàn xã hội để quốc gia theo kịp với phát triển vũ bão khoa học công nghệ xu toàn cầu hóa Trong việc phát bồi dưỡng học sinh có khiếu môn học bậc học phổ thông bước khởi đầu quan trọng để góp phần đào tạo em thành người đầu lĩnh vực khoa học đời sống Chính vậy, công tác bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ tất yếu ngành giáo dục đào tạo, nhà trường nhiệm vụ quan trọng giáo viên Việc đánh giá chất lượng giảng dạy trường chuyên, đặc biệt học sinh giỏi thể kỳ thi học sinh giỏi cấp Tuy nhiên, thực tế cho thấy nội dung kiến thức sách giáo khoa chuyên với nội dung kiến thức thi học sinh giỏi Quốc gia khoảng cách lớn đòi hỏi giáo viên giảng dạy phải có vốn kiến thức vững chắc, không ngừng nâng cao chuyên môn, tìm tòi tài liệu cập nhật đề thi đáp ứng yêu cầu bồi dưỡng học sinh giỏi Kiến thức enzim phần kiến thức tảng quan trọng để em hoc tốt mảng kiến thức khác sau như: chuyển hóa vật chất lượng tế bào vi sinh vật, quang hợp, hô hấp, tiêu hóa, tương tác gen…Trong chương trình sinh học phổ thông, nội dung enzim đề cập đến sơ sài thời lượng tiết Các nguồn học liệu khác enzim có nguồn sơ sài, có nguồn lại chuyên sâu trình độ học sinh trung học phổ thông Tôi mong có tài liệu cho giáo viên tham khảo giảng dạy chương trình chuyên sinh cho học sinh tham gia kì thi HSG với nội dung đầy đủ dễ hiểu phù hợp với học sinh trung học phổ thông Vì lý nên định chọn đề tài: “Cấu tạo chế hoạt động enzim” I.2 – Mục đích chuyên đề I.2.1 Nội dung khoa học - Chuyên đề nhằm hệ thống hóa kiến thức enzim, đặc biệt phân tích kĩ cấu trúc chế xúc tác enzim cách dễ hiểu bám sát chương trình sách giáo khoa chuyên Bên cạnh giới thiệu số thí nghiệm thực trường phổ thông Chuyên đề dùng cho học sinh khá, giỏi lớp chọn, lớp chuyên sinh học bậc THPT - Bước đầu xây dựng số câu hỏi tập vận dụng cho việc giảng dạy, luyện tập học sinh trường chuyên đội tuyển học sinh giỏi Từ góp phần hoàn thiện hệ thống câu hỏi phục vụ cho công tác bồi dưỡng HSG I.2.2 Thực tiễn Nội dung chuyên đề tài liệu bổ ích cho trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh khá, giỏi sinh học sau Đồng thời hy vọng dùng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên khác giảng dạy lớp chọn, lớp chuyên, bồi dưỡng HSG Sinh học bậc THPT làm tài liệu học tập cho học sinh PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I LÝ THUYẾT VỀ ENZIM I SƠ LƯỢC VỀ ENZIM Thuật ngữ enzim nhà sinh lí học người Đức Vilgelrn Kuner đặt tên vào năm 1878 xuất xứ từ tiếng Hi Lạp enzime (en – trong, zime – nấm men) enzim chất xúc tác sinh học nghiên cứu nấm men tế bào nấm men tiết có tác dụng tạo nên lên men (lên men rượu) lúc đầu gọi chất men (fermen – từ thuật ngữ fermentation lên men) Enzim chất xúc tác sinh học tổng hợp tế bào sống Enzim làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng * Các dạng tồn enzim tế bào: - Hoà tan tế bào chất enzim trình đường phân - Liên kết chặt chẽ với bào quan xác định lizoxom, ti thể, lục lạp Mỗi loại bào quan tế bào có cấu trúc chức riêng với hệ enzim đặc hiệu, với cấu trúc enzim phân bố thành ngăn riêng biệt Sự khu trú đặt enzim cách hợp lý cấu trúc tế bào, làm cho phản ứng enzim có tính chất định hướng, có phối hợp với tạo hệ thống phản ứng dây truyền liên tục, nhịp nhàng ăn khớp với Cần ý rằng, cấu trúc màng tế bào có tính thấm chọn lọc Chính tính thấm chọn lọc làm tăng thêm tính đặc hiệu ngăn tế bào Một điều đáng ý tế bào sống nguyên vẹn, enzim thường chưa hoạt động tới mức tối đa điều kiện thể chưa phải điều kiện thích hợp cho hoạt động enzim Đây điều kiện quan trọng giúp cho thể điều hòa trình chuyển hóa Enzim tổng hợp tế bào riboxom sử dụng tế bào (gọi enzim nội bào) tiết khỏi tế bào vào môi trường ngoại bào (enzim ngoại bào) VD enzim amilaza, pepsin… động vật tiết vào ống tiêu hóa để tiêu hóa thức ăn II CẤU TRÚC CỦA ENZIM Thành phần Hầu hết enzim có chất prôtêin prôtêin kết hợp với chất khác, trừ nhóm nhỏ phân tử ARN có khả xúc tác gọi ribozim - Enzim protein, gọi enzim thành phần - Enzim hai thành phần (holoenzim), gồm protêin (apôenzim) kết hợp với nhóm khác protein (côfactor) Côfactor gắn chặt vào phần apoenzim, liên kết lỏng lẻo tách cho thẩm tích qua màng Các côfactor chất vô thường ion kim loại sắt, đồng, kẽm, niken, magiê, mangan…Côfactor chất hữu cơ, thường vitamin, trường hợp cofactor gọi côenzim Rất nhiều vitamin, chất dinh dưỡng cần với lượng nhỏ bữa ăn tiền chất enzim Đa số enzim thuộc loại hai thành phần + Apoenzim định tính đặc hiệu cao enzim làm tăng hoạt tính xúc tác coenzim + Coenzim định kiểu phản ứng mà enzim xúc tác, trực tiếp tham gia phản ứng làm tăng độ bền apoenzim yếu tố gây biến tính Một coenzim kết hợp với apoenzim khác tạo thành holoenzim khác nhau, xúc tác cho trình chuyển hoá chất khác giống kiểu phản ứng - Vai trò kim loại phân tử enzim: + liên kết enzim với chất, VD: Mn aminopeptidaza + liên kết apoenzim coenzim, VD: Zn liên kết coenzim NAD + với alcohol dehydrogenaza + tham gia trực tiếp vào vận chuyển điệ tử VD: Fe xytocrom, peroxidaza + đảm bảo cho ổn định phân tử enzim, giữ vững kết hợp đơn vị cấu tạo để tạo nên phân tử enzim Cấu trúc Mỗi loại enzim có cấu trúc không gian đặc thù, đặc biệt vùng trung tâm hoạt động (TTHĐ) Trung tâm hoạt động cấu tạo số axit amin đặc thù làm cho trung tâm có thù hình không gian đặc trưng Mặc dù trung tâm hoạt động loại enzim mang tính đặc thù, số đặc điểm chung rút sau: + TTHĐ chiếm tỉ lệ thể tích tương đối nhỏ phân tử enzim + TTHĐ có cấu trúc ba chiều, axit amin cofactor TTHĐ gắn kết theo xếp xác với vị trí khác phân tử chất + TTHĐ chỗ lõm xuống hay khe nhỏ bề mặt enzim để liên kết với chất Cấu trúc có tác dụng đẩy phần lớn dung môi ngoài, không, khả xúc tác enzim giảm + TTHĐ gồm nhiều nhóm chức khác a.a, phân tử nước liên kết nhiều trường hợp có ion kim loại, nhóm chức coenzim +Trung tâm hoạt động nơi liên kết tạm thời với chất Theo quan điểm trước Emil Fishcher, trung tâm hoạt động vốn có cấu hình không gian tương thích với cấu hình không gian chất, tương ứng ổ khóa với chìa khóa Theo quan điểm nay, enzim tương tác với chất, nhóm chức TTHĐ thay đổi vị trí không gian, tạo thành hình thể khớp với hình thể chất, gọi “khớp cảm ứng” Một số enzim có trung tâm phụ gọi trung tâm điều chỉnh → có tác dụng điều chỉnh hình thù trung tâm hoạt động Cấu trúc nhiều chuỗi cấu trúc dị lập thể enzim - Cấu trúc nhiều chuối: Có loại enzim có chuỗi polypeptit, có loại nhiều chuối polipeptit tạo nên, nghĩa enzim có bậc cấu trúc protein (bậc 1, 2, 3, 4) Mỗi chuỗi polipeptit gọi tiểu đơn vị, tiểu đơn vị phân tử enzim giống, khác Thông thường cá enzim có từ 2-4 tiểu đơn vị, có trường hợp enzim có tới 12 -20 chuỗi polipeptit Hoạt tính xúc tác enzim phụ thuộc vào nguyên vẹn cấu hình riêng protein Nếu enzim bị cấu trúc hoạt tính xúc tác bị hoàn toàn Do cấu trúc bậc 1,2,3 protein enzim cần thiết cho hoạt động xúc tác chúng - Enzim dị lập thể: gọi enzim điều hòa hay enzim allosteric, enzim điều hòa đặc hiệu vị trí đặc biệt mạng lưới chuyển hóa, đặc biệt trình sinh tổng hợp Ở enzim điều hòa, trung tâm hoạt động có vị trí khác tương tác với chất khác gọi trung tâm dị lập thể hay trung tâm điều hòa (trung tâm allosteric) Các chất kết hợp vào trung tâm gọi chất điều hòa dị lập thể Khi chất kết hợp với enzim làm thay đổi cấu trúc không gian phân tử enzim, trung tâm hoạt động, làm thay đổi hoạt động xúc tác enzim Chất làm tăng hoạt động enzim gọi chất điều hòa dương Chất làm giảm hoạt độ enzim gọi chất điều hòa âm Điều đáng lưu ý chất điều hòa không làm thay đổi tác dụng enzim, nhiều trường hợp, “khóa” trung tâm điều hòa trung tâm hoạt tính hoạt động Enzim lập thể enzim có cấu trúc bậc 4, nhiều tiểu đơn vi cấu tạo nên Các tiểu đơn vị liên kết với liên kết yếu, chúng tách rời kết hợp lại cách thuận nghịch Do đặc điểm cấu tạo này, enzim dị lập thể tồn nhiều trạng thái không gian khác biệt (ít trạng thái) biến đổi thuận nghịch từ trạng thái sang trạng thái khác cách dễ dạng Vì có cấu trúc bậc nên phân tử enzim dị lập thể thường có hay số trung tâm hoạt động, kết hợp với hay số phân tử chất Nếu chất thực chức điều hòa gọi điều hòa đồng thể Nếu chất điều hòa có cấu trúc khác chất gọi điều hòa dị thể Thông thường enzim lập thể điều hòa theo kiểu hỗn hợp vừa đồng thể, vừa dị thể VD số enzim dị lập thể: + Aspartat transcacbamoylaza (ATCaza): xúc tác phản ứng ngưng tụ cacbamoyl photphat với aspartate thành cacbamoyl aspartate, sản phẩm đường sinh tổng hợp pyrimidin nucleotit (CTP) Enzim có cấu trúc bậc gồm 12 tiểu đơn vị, KH C 6H6 nghĩa có tiểu đơn vị C có chức năn xúc tác tiểu đơn vị R có chức điều hòa, đơn vị xúc tác có trung tâm hoạt động toàn phân tử enzim có trung tâm hoạt động Người ta dùng thủy ngân để “khóa” trung tâm điều khiển ATCaza, làm cho enzim tính điều hòa dị lập thể, giữ hoạt tính xúc tác bình thường theo phương trình Michaelis + Axetyl – CoA cacboxylaza: làm nhiệm vụ điều hòa phản ứng trình tổng hợp axit béo Tồn dạng đơn thể (không hoạt tính) đa thể (có hoạt tính) Enzim đòi hỏi phải có xitrat isoxitrat làm chất điều hòa dương: + xitrat Nhiều monome polymer Vai trò nhóm chức phân tử enzim Bản chất enzim protein, phân tử chúng gồm hàng tram hàng ngàn gốc axit amin Hầu hết axit amin có mạch nhánh Các mạch nhánh thường trang thái tự do, tham gia vào phản ứng hóa học định Các nhóm tạo nên nhóm chức TTHĐ; có nhóm trực tiếp tham gia vào hoạt độn xúc tác; có nhóm khác làm nhiệm vụ kết hợp định hướng cho chất coezim tạo nên phận tiếp xúc enzim Tuy nhiên, ta xác định ranh giới rõ rệt nhóm “xúc tác” nhóm “tiếp xúc” nhóm tiếp xúc thường tham gia vào xúc tác Các nhóm chức thường nằm phân khác chuỗi polypeptit phân tử enzim, cuộn khúc mạch peptit làm cho nhóm kề lại gần không gian đinh hướng theo cách định Sự phá hủy khóa nhóm chức thường gây kìm hãm, làm chậm phản ứng xúc tác Khi cấu trúc bậc ba hay bậc bốn phân tử enzim bị thay đổi lý vật lý hay hóa học đó, thường gây tổn hại đến cấu trúc đặc biệt TTHĐ, làm rối loạn định hướng tương hỗ nhóm chức Các nhóm chức thường có phân tử enzim bao gồm: (1) Các nhóm cacboxyl axit aspartic axit glutamic (2) Nhóm α- amin lysine (3) Nhóm guanidine arginine (4) Nhóm indol tryptophan (5) Nhóm imidazole histidin (6) Nhóm hydroxyl serin treonin (7) Nhóm phenol tyosin (8) Nhóm sulfuhydyl xystein (9) Nhóm thioete metionin (10) Những mạch béo axit amin khác vòng thơm phenyalanin Các nhóm chức tham gia vào hoạt động xúc tác enzim nhiều chế Nhờ khả nhường nhận proton, chúng hoạt động chất xúc tác Chúng liên kết liên kết cộng hóa trị vơi chất tạo thành phức hợp enzim - chất có hoạt tính cao, để thực chế xúc tác cộng hóa trị Trong enzim có chứa kim loại, nhiều trường hơp ion kim loại đóng vai trò trung gian nhóm chức enzim chất Ion kim loại chất mang điện tích dương, đóng vai trò chất hút điện tử mạnh tham gia vào chế phản ứng có hiệu lực Trong số enzim loại thủy phân, loại thủy phân liên kết peptit, thường có chứa ion kim loại Mg 2+, Mn2+, Zn2+… Những ion đóng vai trò chất hút điện tử chế phản ứng enzim gây tác dụng phân cực Những enzim cần coenzim nhóm chức coenzim coi nhóm hoạt động enzim Các tiền chất enzim Phần lớn enzim tổng hợp thể thành phân tử enzim có hoạt tính, có số enzim tổng hợp hoạt tính xúc tác gọi tiền chất enzim (proenzim zymogen) Quá trình chuyển hóa zymogen thành enzim gọi trình hoạt hóa enzim Quá trình tự xúc tác protein enzim tương ứng xúc tác (VD: propepsinogen > pepsin) Hiện tượng tổng hợp zymogen có ý nghĩa sinh học quan trọng, VD enzim ống tiêu hóa tổng hợp qua giai đoạn trung gian chế tự bảo vệ thể, vi không tuyến tổng hợp nên loại enzim bị tiêu hủy enzim chúng tổng hợp nên (VD enzim tuyến tụy hay tuyến dày) III ĐẶC TÍNH CỦA ENZIM - Hoạt tính mạnh: Được biểu số vòng quay, tức số phân tử chất chuyển hóa thời gian giây phân tử enzim (đa số enzim có số vòng quay từ 1000 - 10 000) Hoạt tính enzim mạnh, với lượng enzim nhỏ xúc tác cho lượng chất lớn, làm phản ứng xảy nhanh (gấp 10 – 1011 lần so với phản ứng xúc tác enzim) VD: H2O2 → H2O + O2 H2O2 → H2O + O2 (g) pepsin phân giải → 50 kg lòng trắng trứng - Tính chuyên hoá cao: nghĩa đặc thù với chất mà chúng tác động (tính đặc hiệu) + Đặc hiệu kiểu phản ứng: enzim xúc tác cho kiểu phản ứng chuyển hoá chất định VD: phản ứng OXH – K, chuyển vị, thuỷ phân… + Đặc hiệu chất: Đặc hiệu tuyệt đối: đa số enzim có tác dụng chất định: ureaz, acginaz, glucozooxiđaz Đặc hiệu tương đối: Một số enzim có tính chuyên hoá tương đối, có khả hoạt động số chất khác gần giống cấu trúc với tốc độ phản ứng khác + Đặc hiệu lập thể: Phần lớn enzim có tính đặc hiệu lập thể nghĩa enzim tác dụng với dạng đồng phân không gian chất + Đặc hiệu nhóm: Đặc hiệu nhóm tuyệt đối: Enzim tác dụng lên chất có kiểu cấu trúc phân tử, kiểu liên kết có yêu cầu xác định nhóm nguyên tử gần liên kết chịu tác động Vd mantaz Đặc hiệu nhóm tương đối: mức độ đặc hiệu nhóm chỗ enzim đòi hỏi nghiêm ngặt nhóm gần liên kết bị phân giải VD lipaz xúc tác cho phản ứng thuỷ phân lipit - Sự phối hợp hoạt động enzim: Trong tế bào enzim hoạt động theo kiểu dây chuyền, nghĩa sản phẩm phản ứng trước chất cho enzim sau tác động Các enzim hệ thống tồn riêng dạng hòa tan, liên kết với màng, bào quan tế bào (màng ti thể, riboxom…) kết tụ với tạo phực hệ bền, tách riêng khỏi phức hệ enzim hoạt tính xúc tác VI CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ENZIM Cơ chế tác động enzim Vai trò thiết yếu enzim hầu hết trình sinh lý xuất phát từ đặc tính nó: (1) enzym làm tăng tốc độ phản ứng hóa học; (2) enzim hoạt động trên chất đặc hiệu để tạo sản phẩm phản ứng đặc hiệu Hai tính chất tạo cho enzim có khả tiến hành biến đổi hóa học trình trao đổi chất với hiệu suất độ xác cần thiết Lúc đầu enzim liên kết với chất trung tâm hoạt động mang tính đặc thù (enzim chất – phù hợp thù chìa khóa ổ khóa) → tạo hợp chất trung gian (enzim - chất) → enzim tương tác với chất → cuối phản ứng hợp chất phân giải cho sản phẩm giải phóng enzim nguyên vẹn xúc tác phản ứng với chất loại E + S → ES → E + S1 + S2 Sản phẩm phản ứng trở thành chất cho phản ứng sản phẩm cuối tạo nhiều lại trở thành chất ức chế enzim xúc tác cho phản ứng Đối với enzim có coenzim coenzim liên kết với enzim cấu hình enzim phù hợp với chất Bằng cách sử dụng coenzim trung tâm điều chỉnh, hoạt động enzim điều hòa linh hoạt đáp ứng tình tế bào Mỗi enzim thường xúc tác cho loại phản ứng Enzim xúc tác hai chiều phản ứng theo tỉ lệ tương đối chất tham gia phản ứng với sản phẩm tạo thành VD: A + B→ C Nếu dung dịch có nhiều A, B phản ứng theo chiều tạo sản phẩm C Nếu nhiều C A, B phản ứng tạo thành A+B Vậy enzim xúc tác cho hai chiều phản ứng phản ứng sinh hóa tế bào lại xảy theo chiều xác định? Đó sản phẩm phản ứng chất phản ứng Các liên kết enzim chất Sự kết hợp chất (S) vào trung tâm hoạt động enzim (E) tạo thành phức chất enzim – chất (ES) giai đoạn phản ứng enzim xúc tác Giữa chất TTHĐ tạo thành nhiều tương tác yếu → dễ dàng bị cắt đứt trình phản ứng Các liên kết chủ yếu tạo thành phưc chất ES tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Van der Waals Mỗi loại liên kết đòi hỏi điều kiện khác chịu ảnh hưởng khác có nước (1) Tương tác tĩnh điện (còn gọi liên kết ion, liên kết muối cặp ion): liên kết tạo thành nhóm tích điện chất với nhóm tích điện trái dấu phân tử enzim (2) Liên kết hydro tạo thành theo kiểu A – H….B, H kết hợp với A liên kết cộng hóa trị, đồng thời tạo thành liên kết yếu với B Liên kết hydro tạo thành khoảng cách A B vào khoảng (3) Tương tác Van der Waals yếu đặc hiệu liên kết Vai trò tương tác thể rõ nhiều nguyên tử chất đồng thời tiếp cận với nhiều nguyên tử enzim Điều xảy có ăn khớp hình dạng chất enzim Vì vậy, tương tác Van der Waals tính đặc hiệu, tính đặc hiệu tăng lên có điều kiện để đồng thời tạo thành lượng lớn tương tác Van der Waals Ngoài loại tương tác kể có tương tác kị nước nhóm không phân cực có vai trò quan trọng Phản ứng enzim thường xảy môi trường nước có tính chất phân cực, làm yếu tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, lại làm tăng cường tương tác kị nước Khi chất kết hợp vào trung tâm hoạt động enzim, nước bị đẩy khỏi vùng này, kết hồi phục lại độ bền tương tác tĩnh điện liên kết hydro Sự tương đồng trung tâm hoạt động với chất Sự chọn lọc chất đặc hiệu phản ánh tương đồng chất trung tâm hoạt động enzim Cuối kỉ XIX, Emil Fisher tổng kết tất kết mô hình ổ khóa chìa khóa Trong mô hình này, trung tâm hoạt động enzim phân tử chất thể dạng cấu trúc tĩnh bổ sung với mặt hóa lập thể Sự gắn chất vào trung tâm hoạt động tĩnh enzim tương tự chìa khóa khớp với ổ khóa, miếng ghép hình khớp với phần lại Sự tương đồng trung tâm hoạt động chất không tạo vừa khớp mặt hóa lập thể mà hai cấu trúc phải tương đồng mặt tĩnh điện để đảm bảo điện tích trung hòa, tránh hiệu ứng loại bỏ Cũng tương tự vậy, hai cấu trúc phải bổ sung cho việc xếp tương tác kị nước tương tác liên kết hydro để đạt tương tác gắn cao Quá trình xúc tác enzim thường chọn lọc hình dạng lập thể theo vòng đối xứng lẫn Do nhận biết chất phải có ba điểm nối kết enzim phân tử chất Các quan điểm mô hình ổ khóa – chìa khóa kết nối điểm giúp giải thích chọn lọc chất trình xúc tác enzim Tuy nhiên ngày có chứng rõ ràng rằng, trung tâm hoạt động enzim tiến hóa để khớp với cấu trúc chất trạng thái chuyển tiếp trạng thái ban đầu Một VD điển hình phân tử ức chế có cấu trúc thiết kế bắt chước với trạng thái chuyển tiếp phản ứng bám chặt với enzim chất hay sản phẩm Một giả thuyết nảy sinh điều chỉnh mặt hình thể sử dụng để xoắn vặn chất, enzim hay chất enzim để đưa hệ thống trạng thái chuyển tiếp, cách tạo thuận lợi cho việc cắt đứt liên kết gây xúc tác Đối với phản ứng thuận nghịch vặn xoắn phức hợp ES thành tố quan trọng xúc tác Chúng ta tưởng tượng rằng, trung tâm hoạt động enzim trạng thái chất cứng nhắc mặt hình thể Cơ chất gắn với trung tâm hoạt động trạng thái ban đầu khớp hoàn chỉnh với khe Nếu phân tử sản phẩm cứng nhắc khớp với cấu trúc trung tâm hoạt động cứng nhắc Enzim vượt qua chướng ngại cách vặn xoắn sản phẩm liên kết theo cách giống trung tâm hoạt động cứng nhắc hoàn toàn khớp với sản phẩm khớp không hoàn toàn phân tử chất ngăn cản phản ứng theo chiều xuôi Nhu cầu đẩy nhanh tốc độ phản ứng enzim theo chiều thuận chiều nghịch đạt cách hiệu nhờ cấu trúc trung tâm hoạt động khớp hợp với cấu trung gian trạng thái chất sản phẩm Ba mô hình đưa để thỏa mãn nhu cầu này: (1) Mô hình khớp cảm ứng: Koshland (1968) đưa ra, cho trung tâm hoạt động enzim dễ thay đổi mặt hình thể Khi vắng mặt chất, TTHĐ dạng không hỗ trợ cho xúc tác Khi có chất tốt gắn vào TTHĐ, lực liên kết enzim chất dùng để chuyển enzim dạng cấu trúc phù hợp với lượng lại có hoạt tính enzim cao (mô hình giá đỡ giải thích mô hình khớp cảm ứng) Trong mô hình này, chất “tồi” thiếu đặc điểm cấu trúc cần thiết để gây thay đổi hình thái cần thiết cho hoạt tính xúc tác xảy phản ứng Hình 1: Mô hình giá đỡ tương tác enzim – chất trình xúc tác Enzim tự chất tự dung dịch; Liên kết mở đầu cho hình thành phức hệ enzim chất mà chưa gây xoắn vặn cấu trúc chất; Enzim trải qua thay đổi mặt hình thể để tạo mối liên kết tốt với chất (khớp cảm ứng); Enzim trải qua điều chỉnh mặt hình thể lớn mà làm căng phân tử chất cách bẻ cong chất từ dạng cấu trúc cấu trúc dạng chuyển tiếp; Sức căng cảm ứng dẫn tới bẻ gãy liên kết giải phóng sản phẩn A B Thuốc thử Kết Lugol Lugol Phêlinh Phêlinh Màu thuốc Màu xanh tím Màu thuốc Kết tủa đỏ thử Lugol thử Phelinh gạch Giải thích: Enzim phân hủy chất nên cho thuốc thử vào không màu Enzim chất không phù hợp nên cho thuốc thử vào xuất màu=> Enzim có tính đăc hiệu - α –amilaza thủy phân liên kết α –1,4-glycozit, Saccaraza thủy phân liên kết α –1,2-glycozit đường saccarôzơ - Ống 2: α –amilaza nước bọt thủy phân liên kết α –1,4-glycozit amilozơ tinh bột (thành phần tạo phản ứng màu với I2 thuốc thử Lugol) thành glucozơ, Saccaraza không thủy phân tinh bột Do ống cho màu thuốc thử Lugol (âm tính), ống cho màu xanh tím (dương tính) - Ống 4: amilaza không thủy phân saccarôzơ, Saccaraza thủy phân liên kết α –1,2-glycozit đường saccarôzơ tạo thành glucozơ có tính khử Do ống C âm tính với thuốc thử phêlinh, ống D xuất kết tủa Cu 2O đỏ gạch (dương tính) II Tính chất enzim TN ảnh hưởng nhiệt độ, pH hoạt tính enzim amilaza a) Chuẩn bị Dung dịch saccaraza nấm men: cân 1g men bia nghiền với 10 ml nước cất, để 30’ li tâm lọc giấy lọc b) Cách tiến hành: - Lấy ống nghiệm, cho vào ống ml dd hồ tinh bột 1%: + Ống 1: Đun cách thủy + Ống 2: Cho vào tủ ấm 400C + Ống 3: Đặt nước đá + Ống 4: Nhỏ vào 1ml dd HCl 5% - Sau phút, cho vào ống nghiệm 1ml amilaza (nước bọt pha loãng) Sau đó, để nhiệt độ phòng 15phút - Dùng dd Iốt 0,3 % (hoặc thuốc thử Lugol) để xác định mức độ thủy phân tinh bột ống Quan sát màu sắc ống nghiệm giải thích c) Thu hoạch: Theo mẫu bảng ống Điều kiện thí nghiệm Kết (màu) Giải thích Ống Ống Ống Kết thí nghiệm Bảng : TN ảnh hưởng nhiệt độ, độ pH hoạt tính enzim amilaza ĐK thí nghiệm Ống - ml dd hồ tinh bột 1% - Đun cách thủy - Sau phút cho thêm 1ml amilaza Kết Màu xanh Giải Enzim bị biến tính nhiệt Thích độ nên khả xúc tác phân giải tinh bột, tác dụng với iôt tạo màu xanh Ống - ml dd hồ tinh bột 1% - Cho vào tủ ấm 400C - Sau phút cho thêm ml amilaza Không màu Tinh bột bị enzim amilaza phân giải hết nên cho thuốc thử iôt vào không thấy có màu xanh Ống - ml dd hồ tinh bột 1% - Đặt nước đá - Sau phút cho thêm ml amilaza Màu xanh Enzim bị biến tính nhiệt độ nên tinh bột không bị phân giải nên tinh bột tác dụng với dd iôt tạo màu xanh Ống - ml dd hồ tinh bột 1% - Nhỏ vào 1ml dd HCl 5% - Sau 5phút cho thêm 1ml amilaza Màu xanh Enzim bị biến tính pH thấp (dd HCl) nên tinh bột không bị phân giải & nên tinh bột tác dụng với dd iôt tạo màu xanh 2.Thí nghiệm: Ảnh hưởng pH lên hoạt tính enzim catalaza Catalaza enzim xúc tác cho phản ứng phân hủy H 2O2 thành nước oxi Catalaza tìm thấy hầu hết tế bào sống H 2O2 chất độc hình thành trình oxi hóa hiếu khí, H 2O2 cần phân giải để tránh gây ngộ độc cho tế bào: H2O2  H2O + O2 Cách đo tốc độ phản ứng: thấm catalaza vào miếng giấy lọc hình vuông nhỏ thả vào cốc chứa dung dịch H2O2 Miếng giấy chìm xuống nước, phản ứng xảy ra, bọt khí oxi tạo tập trung bám bề mặt mẩu giấy lên bề mặt dung dịch tính cho tốc độ phản ứng a) Cách tiến hành: Ghi nhãn cốc có dung tích 50cm3 giá trị pH 5,6; 6,2;, 6,8; 7,4; 8,0 Đo 5cm3 dung dịch H2O2 3% vào cốc Thêm 10cm3 dung dịch đệm xác vào cốc (mỗi dung dịch đệm giúp giữ độ pH trì giá trị định) Cắt 20 mẩu giấy lọc có kích thước 5mm x mm Có thể sử dụng dụng cụ đục lỗ để cắt xác mẩu giấy lọc có kích thước Tránh chạm tay lên mẩu giấy lọc bạn làm cho bị dính dầu, sử dụng kẹp Chuẩn bị dịch chiết cách nghiền cối chày Thêm 25cm nước khuấy Để phần lại lắng xuống chắt phần dịch cốc Phần dịch chứa catalaza Dùng kẹp lấy mẩu giấy lọc nhúng vào dịch chiết Chuẩn bị điều kiện để đo Sau đưa mẩu giấy lọc xuống đáy cốc chứa dung dịch H2O2 dung dịch đệm pH 5,6 (không để chạm vào cạnh cốc) bắt đầu bấm Dừng bấm mẩu giấy lên mặt dụng dịch cốc Ghi lại thời gian vào bảng lặp lại bước 8, lần 10 Làm theo bước – cho giá trị pH khác 11 Đổ phần lại dịch chiết vào ống nghiệm đun sôi vòng phút Làm nguội vòi nước 12 Lặp lại bước từ –9, sử dụng dịch chiết đun sôi 13 Vẽ biểu đồ thể thời gian để mẩu giấy lên với pH Lưu ý: - Cần chuẩn bị trước lượng dịch chiết catalaza lớn để dùng buổi thực hành Tuy nhiên cần chắn HS biết cách tạo dịch chiết Việc làm tạo nhiều hội cho HS đưa sai sót thí nghiệm cách giải - An toàn thí nghiệm: Cần đeo kính bảo vệ H 2O2 không dính lên da Nếu bị dính lên da cần rửa với nước lạnh Thu tất mẩu giấy sử dụng buổi thực hành xử lý chúng an toàn b) Thu hoạch: Chuẩn bị bảng ghi kết sau Thời gian để mẩu giấy lọc lên 5,6 6,2 6,8 pH 7,4 8,0 Lần Lần Lần … Giá trị trung bình Dịch chiết đun sôi Các câu hỏi thảo luận: Enzim có giá trị pH tối ưu không? Nếu có giá trị kết cho bạn thấy điều đó? Kết thí ngiệm có chứng minh cho giả thuyết đặt ra, bác bỏ giả thuyết? Tác động việc đun sôi dịch chiết gì? Tại mẩu giấy lọc cần có kích thước giống nhau? Những nguyên nhân dẫn đến sai sót kết thí nghiệm Ảnh hưởng pH môi trường tới hoạt tính enzim amilaza a) Chuẩn bị - Dung dịch nước bọt pha loãng 20 lần, Na2HPO4 1/15M, KH2PO4 1/15M, dung dịch tinh bột 0,5% NaCl 0,1% thuốc thử Lugol - Ống nghiệm, pipet, sứ miếng b) Tiến hành - Lấy ống nghiệm (ký hiệu từ A đến G), cho vào ống thể tích Na2HPO4 1/15M KH2PO4 1/15M ghi bảng, lắc Ống nghiệm Thể tích Na2HPO4 Thể tích Na2HPO4 pH (ml) (ml) A 0,1 4,9 5,3 B 0,3 4,7 5,6 C 1,0 4,0 6,2 D 2,5 2,5 6,8 E 3,5 1,5 7,2 F 4,5 0,5 7,7 G 4,9 0,1 8,4 - Cho thêm vào ống nghiệm 1ml dung dịch tinh bột 0,5% NaCl 0,1% lắc - Cho thêm vào ống 1ml dung dịch nước bọt pha loãng 20 lần, lắc - Sau phút lấy 0,2ml dung dich ống cho lên sứ để thử phản ứng màu với Lugol, phút thử lần có ống cho phản ứng âm tính với Lugol cho vào ống giọt thuốc thử Lugol, lắc - Kết sau 15 phút c) Kết giải thích - Mỗi enzim hoạt động mạnh pH định, pH khác hoạt độ enzim giảm - pH thích hợp cho hoạt độ enzim amilaza nước bọt vùng trung tính (gần 7) khoảng (6,8 – 7,2), tinh bột bị thủy phân cho phản ứng âm tính với thuốc thử Lugol III Ảnh hưởng chất kích thích kìm hãm Ảnh hưởng ion kim loại đến hoạt động enzim amilaza a) chuẩn bị - Dung dịch nước bọt pha loãng 20 lần, dunh dịch tinh bột 5%, NaCl 1%, CuSO4 1%, thuốc thử Lugol - Ống nghiệm, pipet b) Tiến hành - Chuẩn bị ống nghiệm, cho vào ống A: 1ml nước cất, ống B: 0,8ml nước cất 0,2ml NaCl 1%, ống C: 0,8ml nước cất 0,2ml CuSO4 1% - Thêm vào ống 1ml dung dịch nước bọt pha loãng 20 lần, 1ml dung dịch tinh bột 5% lắc - Sau 10ph, thêm vào ống vài giọt thuốc thử Lugol quan sát c) Kết giải thích - Các ion kim loại năng, kim loại trung bình (như Cu 2+) có tác dụng kĩm hãm hoạt độ amilaza nước bọt, ion kim loại kiềm (như Na +) có tác dụng kích thích hoạt độ amilaza nước bọt IV Xác định hoạt độ số enzim Xác đinh hoạt độ enzim catalaza a) Nguyên tắc - Catalaza enzim xúc tác cho phản ứng: 2H2O2  O2 + H2O (1) - Ta định lượng catalaza KMnO4 để xác định lượng H2O2 trước sau enzim tác dụng theo PTPƯ: 5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  2MnO4 + K2SO4 + O2 + 8H2O (2) - Số mg H2O2 bị phân giải enzim 1g khoai tây (X): X= Trong A, B – Thể tích KMnO4 0,1N dùng để chuẩn độ H2O2 bình A, B V1, V2 – thể tích enzim ban đầu lấy để xác định a- Số gam nguyên liệu lấy nghiên cứu 1,7 – hệ số phản ứng tính theo H2O2 tính theo phản ứng (2) - Số đơn vị catalaza 1g khoai tây micromol H 2O2 bi phân giải sau phút: Y (đơn vị) = Trong đó: 30 – thời gian enzim tác dụng 0,034 – Khối lượng micromol H2O2 - Thí nghiệm sử dụng phương pháp chuẩn độ ngược, dùng dung dịch KMnO4 0,1N để xác định lượng H2O2 trước sau enzim tác dụng, từ tính lượng H2O2 bị phân giải 5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  2MnO4 + K2SO4 + O2 + 8H2O b) Chuẩn bị - Khoai tây, cát, bột CaCO3, KMnO4 0,1N, H2SO4 10%, H2O2 0,1% đệm phosphate pH = 7,0 - Ống nghiệm, pipet, cối, chày sứ, buret 50ml, bình định mức 100ml, bình nón 250ml, nồi cách thủy 1000C, buret 20ml - Chuẩn bị dung dịch catalaza: cân 2g khoai tây cho vào cối, nghiền cát, thêm từ từ 2-3ml nước CaCO để trung hòa dung dịch chiết (đến ngừng tạo bọt CO2), chuyển toàn mẫu nghiền vào bình định mức, thêm nước cất đến 100ml, lắc đều, để lắng khoảng 30 phút, lọc thu dung dịch c) Tiến hành - Cho vào bình nón (bình A) 20ml dung dịch enzim, thêm tiếp 25ml H 2O2 0,1%, giữ 300C 30 phút, thêm 5ml H 2SO4 10% chuẩn độ KMnO 0,1N đến xuất màu hồng bền phút - Cho vào bình nón thứ (bình B) 20ml dung dịch enzim, đặt vào nồi cách thủy sôi phút để bất hoạt enzim, lấy để nguội, thêm tiếp 25ml H 2O2 0,1%, tiếp túc làm bình A d) Kết giải thích Bình thí nghiệm cho enzim tác dụng, bình đối chứng enzim bị bất hoạt, không xảy phản ứng phân giải H2O2 Xác định hoạt độ ureaza a) Nguyên tắc: Dùng phương pháp chuẩn độ để xác định lượng NH3 tạo thành từ urea dước tác dụng ureaza - 1ml HCl 0,1N tương ứng với 1,4mg N2 Hoạt độ ureaza giải phóng từ ure tác dụng ure có lượng dung dịch enzim dùng 1phut tính theo công thức: X= Trong đó: A, B – Thể tích HCl 0,1N dùng để chuẩn độ bình A, B 30 – thời gian phản ứng (phút) 1,4 – hệ số chuyển thành nitơ - Hoạt độ nguyên liệu ban đầu (trên 1g mẫu) Y= Trong V1, V2 – thể tích dung dịch enzim thu xác định hoạt độ m – khối lượng bột chiết để tách enzim b) dụng cụ - Dung dịch ureaza, ure 2%, Pb(CH3COO)2 5% HCl 0,1N, thị hỗn hợp - Ống nghiệm, pipet, buret 20ml, bình nón 100ml, tủ ấm 30 0C, nồi cách thủy 100oC c) Tiến hành - Lấy hai bình nón 100ml, cho vào bình 10ml ureaza - Giữ nguyên bình A, đun sôi bình B 2-3 phút hạ xuống nhiệt độ phòng - Cho vào bình 10ml ure 2%, lắc - Để vào tủ ấm 30oC 30 phút - Thêm vào bình 5ml Pb(CH3COO)2 5%, 3-5 giọt thị hỗn hợp, lắc - Chuẩn độ bình đến dung dịch có màu tím nhạt d) Phân tích kết viết báo cáo CHƯƠNG III MỘT SỐ CÂU HỎI VỀ ENZIM Câu a Nêu chất hóa học enzim, tế bào cần enzim lấy từ nguồn nào? b Phân biệt coenzym với cofactor enzim, nêu chức chúng Hướng dẫn: a - Bản chất hóa học enzim protein, số axit nucleic Ngoài chứa thành phần phụ khác nguyên tử kim loại phân tử chất hữu - Khi cần lấy enzim từ nguồn sau : + Enzim có sẵn dạng liên kết màng dạng hòa tan + Enzim tổng hợp có tín hiệu đến b - Coenzym hợp chất hữu liên kết tạm thời với phần prôtêin enzym giúp cho enzym có hoạt tính xúc tác Sau phản ứng tách khỏi enzym liên kết với enzym khác - Cofactor thành phần vô enzymm, liên kết với enzym không tách khỏi enzym - Coenzym liên kết với vùng trung tâm hoạt động enzym chất tham gia chất cho nhận điện tử, H+, chuyển nhóm chức vào chất enzym giúp phản ứng dễ xảy - Cofactor tham gia vào phản ứng ôxi hóa khử (ví dụ Fe2+ - Fe3+) Câu 2: Thế apoenzim coenzim? Hướng dẫn: Nhiều enzim, thành phần protein có thành phần khác protein Thành phần protein enzim gọi apoenzim, thành phần protein gọi cofactor Cofactor thường liên kết cố định tạm thời với trung tâm hoạt tính enzim cần thiết cho hoạt động xúc tác enzim Chất cofactor chất vô thường ion kim loại sắt, đồng, kẽm, niken, magie, mangan… chất cofactor chất hữu cơ, thường vitamin Trường hợp cofactor gọi coenzim Các cofactor cần thiết cho hoạt động enzim, thành phần dinh dưỡng trồng, vật nuôi người, cần phải có đủ nguyên tố vi lượng vitamin Câu 3: Tại enzim tác động chất đặc hiệu? Một số loài vi khuẩn sống suối nước nóng tiến hành hoạt động chuyển hóa, giải thích? Hướng dẫn: - Mỗi loại enzim có trung tâm hoạt động có cấu hình phù hợp với một nhóm chất định - Để tiến hành hoạt động chuyển hóa vật chất tế bào cần có xúc tác enzim Vi khuẩn sống suối nước nóng có chứa hệ enzim có nhiệt độ tối ưu cao nên xúc tác phản ứng tế bào cách dễ dàng Câu 4: Hình bên mô tả chế điều hòa hoạt động enzim - Em thích chữ có hình - Dựa vào hình, em cho biết tên chế điều hòa hoạt động enzim? Hướng dẫn: - Chú thích hình: A: Trung tâm hoạt động; B: trung tâm điều chỉnh; C: Chất ức chế không cạnh tranh; D: chất hoạt hóa - Tên chế điều hòa hoạt động enzim là: điều hòa theo chế dị hình không gian Câu 5: (đề thi Olimpic chuyên KHTN 2014) a Giải thích thuyết chìa ổ khóa không hoàn toàn việc giải thích chế tác động enzyme với chất? b Làm enzyme làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng hóa học? Hướng dẫn: a Thuyết chìa ổ khóa nói tính liên kết tương đối đặc hiệu enzim chất Thuyết không xác chỗ không nói lên thay đổi cấu hình không gian enzim lẫn chất chúng liên kết với Thực tế thuyết chìa ổ khóa thay thuyết phù hợp cảm ứng b Cơ chế giảm lượng hoạt hóa - Khi chất tham gia phản ứng liên kết vùng trung tâm hoạt động enzyme chất đưa vào gần định hướng cho chúng dễ dàng phản ứng với - Chất tham gia phản ứng liên kết với enzyme trung tâm hoạt tính bị kéo căng vặn xoắn làm cho liên kết phân tử dễ bị đứt gãy nhiệt độ áp suất bình thường, tạo điều kiện hình thành liên kết - Enzyme liên kết với chất chuyển số nhóm chức sang chất làm cho chất chuyển sang trạng thái trung gian không ổn định - Cấu trúc vùng trung tâm hoạt động tạo vi môi trường có độ pH thấp so với tế bào chất nên enzyme dễ dàng truyền H + cho chất, bước cần thiết trình xúc tác Câu (tuyển tập đề thi Olympic 30/4/2014): Hãy giải thích enzim bị biến tính hoạt tính xúc tác? Hướng dẫn: Khi enzim bị biến tính chúng cấu trúc không gian, cấu hình trung tâm hoạt động enzim bị biến đổi khớp với chất nên không xúc tác Câu 7: a So sánh enzim chất xúc tác vô b Các ví dụ sau nói lên đặc tính enzim (1) Ôxiđôrêđuctaza enzim xúc tác cho phản ứng ôxi hoá - khử (2) Urêaza xúc tác cho phản ứng thuỷ phân urê thành CO2, NH3 (3) nguyên tử sắt phải 300 năm để phân huỷ phân tử H 2O2 thành H2O O2 phân tử enzim catalaza cần giây (4) Alcoholđêhiđrôgenaza xúc tác cho phản ứng phân huỷ tổng hợp rượu: C2H5OH+NAD+ ⇔ CH3CHO+NADH2 Hướng dẫn: a Giống nhau: - Đều có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng - Không bị biến đổi sau phản ứng Khác nhau: - Chất xúc tác vô hoạt động nhiệt độ cao, enzim thường hoạt động nhiệt độ bình thường thể Enzim làm tăng tốc độ phản ứng điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường thể sống - Chất xúc tác vô thường có thời gian tác động lâu hơn, enzim xúc tác cho phản ứng hoá sinh nhanh b (1): Enzim có tính đặc hiệu phản ứng (2): Enzim có tính đặc hiệu chất (3): Enzim có hoạt tính mạnh (4): Enzim xúc tác chiều phản ứng thuận nghịch Câu (đề chọn đội tuyển quốc gia dự thi Olympic sinh học quốc tế năm 2006, đề dự bị) Khi bổ táo để đĩa, lúc sau thấy bề mặt miếng táo bị thâm lại Để tránh tượng này, sau bổ táo xát nước chanh lên bề mặt miếng táo Hãy cho biết miếng táo lại thâm xát nước chanh miếng táo không bị thâm? Hướng dẫn: - Do enzin miếng táo tiết xúc tác phản ứng hóa học làm táo bị thâm - Khi xát nước tranh lên bề mặt miếng táo làm giảm pH (tăng độ axit) enzim bị biến tính xúc tác phản ứng hóa học làm miếng táo bị thâm Câu (đề thức trại hè HV 2013) Phân biệt chất ức chế cạnh tranh chất ức chế không cạnh tranh enzim? Hướng dẫn: - Chất ức chế cạnh tranh chất có cấu hình phân tử giống với chất enzim, chúng cạnh tranh với chất việc chiếm phần trung tâm hoạt động Vì chất ức chế cạnh tranh gắn vào ví trí enzym với chất phản ứng thuận nghịch, bị chiếm chỗ tăng nồng độ chất - Chất ức chế không cạnh tranh liên kết với vùng định (không phải trung tâm hoạt động), làm thay đổi cấu trúc không gian phân tử enzim theo hướng lợi cho hoạt tính xúc tác làm giảm tốc độ phản ứng Sau kết hợp với chất kìm hãm không cạnh tranh, E kết hợp với chất tạo thành phức EIS Chất ức chế không cạnh tranh bị thay không liên quan tới thay đổi nồng độ chất Câu 10 a.Thế lượng hoạt hoá? Enzim làm giảm lương hoạt hoá nào? b Giả sử dược sĩ nghiên cứu loại thuốc ức chế enzim định người Khi tìm hiểu mạng em thấy trung tâm hoạt động enzim thấy giống trung tâm hoạt động enzim khác Hãy cho biết thuốc cần phải thiết kế để gây tác dụng phụ Giải thích? Hướng dẫn: a.- Là lượng ban đầu để khởi động phản ứng (Năng lượng để vặn xoắn phân tử chất phản ứng liên kết vỡ ra) - E làm NL hoạt hoá cách : + Đối với phản ứng có hai hay nhiều chất phản ứng, TTHĐ ( trung tâm hoạt động) cung cấp khuôn giá đỡ chất tiếp xúc với theo hướng hợp lí để phản ứng chúng xảy + E kéo căng phân tử chất, kéo căng bẻ cong lk hoá học cần bị phân giải trình phản ứng + Cung cấp vi môi trường cho thích hợp cho phản ứng + gắn thêm coenzim ( NAD+, NADP+ ,FAD+), cofactor ( VD Fe, Cu) nhân điện tử dễ dàng b Tuỳ theo loại enzim mà hoạt động theo cách khác Ức chế hoạt động enzim có kiểu; + ức chế cạnh tranh : chất ức chế có cấu hình không gian chiều giống chất, chiếm không gian TTHĐ enzim + ức chế ko cạnh trạnh : chất ức chế có cấu hình ko gian khác với chất, liên kết vị trí khác ko phải TTHĐ enzim gọi vị trí dị lập thể Khi chất liên kết vào vị trí dị lập thể làm biến đổi cấu hình ko gian TTHĐ enzim ko liên kết với chất - Enzim có TTHĐ giống với enzim khác nên ta dùng chất ức chế cạnh tranh gây hàng loạt ức chế khác gây nhiều tác dụng phụ - Vì cách tốt để hạn chế tác dụng phụ thuốc sử dụng chất ức chế không cạnh trạnh (do phần dị lập thể enzim không giống với phần dị lập thể enzim khác nên gây tác dụng phụ) Câu 11: Một nhà khoa học tạo loại thuốc nhằm ức chế enzim ”X” Tuy nhiên, thử nghiệm chuột ông ta lại thấy thuốc có nhiều tác dụng phụ không mong muốn ức chế số enzim khác Hãy giải thích chế có thuốc gây nên tác động không mong muốn nói Hãy thử đề xuất loại thuốc ức chế enzim X lại không gây tác dụng phụ không mong muốn Giải thích? Hướng dẫn: Cách giải thích tương tự câu 10 Câu 12 Dựa vào kiến thức enzim, cho biết câu sau hay sai, giải thích? a Nếu chất ức chế gắn vào enzim liên kết cộng hóa trị ức chế thường thuận nghịch b Các chất ức chế không cạnh tranh không cạnh tranh trực tiếp với chất để liên kết với enzim vị trí hoạt động Các chất ức chế không cạnh tranh làm biến đổi cấu hình chất để chúng không liên kết với trung tâm hoạt động enzim c Cofactor protein, chúng liên kết cố định lỏng lẻo với apoenzim cần thiết cho hoạt động xúc tác enzim d Khi cấu trúc bậc protein bị thay đổi chức protein bị thay đổi Hướng dẫn: a - Sai - Nếu chất ức chế gắn vào enzim liên kết cộng hóa trị loại liên kết bền vững nên ức chế thường không thuận nghịch b.- Đúng c – Đúng d – Sai - Khi cấu trúc bậc pr bị thay đổi chức pr thay đổi không thay đổi Câu 13: Tại lizoxôm không tự tiêu hóa mình? Điều xảy màng lizoxôm bị phá hủy? Hướng dẫn: Có lí sau: - Cấu tạo màng lizoxôm đặc biệt, có lớp màng nhầy (giống dày có niêm mạc) ngăn cản tiêu huỷ - Thường enzim chứa lizoxôm trạng thái bất hoạt Do bình thường, môi trường túi lizoxôm có pH từ - 4, enzim lại hoạt động chủ yếu môi trường trung tính Chỉ lizoxôm hoạt động (khi liên kết với không bào tiêu hóa, tiêu huỷ tế bào già, …) pH tăng lên Tuy nhiên, lizoxôm bị enzim thuỷ phân Đó thể mắc bệnh lizoxôm, lizoxôm trở nên "ốm yếu”, không kiểm soát bị thuỷ phân Hoặc có tác động nhân tố như: co giật, ngạt oxi, nội độc tố… màng lizoxôm bị hư hại làm giải phóng enzim vào tế bào chất làm tiêu hủy tế bào Câu 14: Ở người bệnh rối loạn chuyển hóa gì? Nêu số ví dụ giải thích? Hướng dẫn: - Bệnh rối loạn chuyển hóa người: enzim không tổng hợp bất hoạt  chất enzim tích lũy gây độc cho tế bào chuyển hóa theo đường phụ thành chất độc gây nên triệu chứng bệnh lí - VD: bệnh Phêninkêtô niệu: bệnh gen mã hóa enzim xúc tác cho phản ứng chuyển hóa axit amin phêninalanin thành tirôxin thể bị đột biến không tạo enzim có chức  phêninalanin không chuyển hóa thành tirôxin, axit amin ứ đọng máu, chuyển lên não gây đầu độc tế bào thần kinh, bệnh nhân bị thiểu trí tuệ dẫn đến trí Câu 15: (đề Quốc gia năm 2011) a) Bằng chế tế bào ngừng việc tổng hợp chất cần thiết cần? b) Nếu có chất ức chế chất dụng cụ xác định hoạt tính enzim làm để phân biệt hai loại chất ức chế này? Hướng dẫn: a) Tế bào điều khiển tổng hợp chất chế ức chế ngược âm tính Sản phẩm tổng hợp nhiều trở thành chất ức chế quay lại ức chế enzim xúc tác cho phản ứng chuỗi phản ứng tạo sản phẩm b) Ta phân biệt hai loại chất ức chế cách cho lượng enzim định với chất chất ức chế vào ống nghiệm, sau tăng dần lượng chất thêm vào ống nghiệm, tốc độ phản ứng gia tăng chất ức chế chất ức chế cạnh tranh Câu 16: Người ta làm thí nghiệm enzim tiêu hóa động vật sau: Thứ tự thí nghiệm Enzim Amilaza Amilaza Pepsin Pepsin Pepsin Pepsinogen Lipaza Cơ chất Tinh bột Tinh bột Lòng trắng trứng Dầu ăn Lòng trắng trứng Lòng trắng trứng Dầu ăn Điều kiện thí nghiệm Nhiệt (0C) 37 97 30 37 40 37 37 độ pH 7-8 7-8 2-3 2-3 2-3 12-13 7-8 Lipaza Lòng trắng trứng 37 2-3 a Hãy cho biết sản phẩm sinh từ thí nghiệm b Hãy cho biết mục tiêu thí nghiệm sau: - Thí nghiệm - Thí nghiệm 1, 3, - Thí nghiệm - Thí nghiệm 3, 4, Hướng dẫn: a Sản phẩm sinh ra: TN1: Mantô TN5: axít amin TN2: không biến đổi TN6: không biến đổi TN3: axít amin TN7: Glyxeerin + axít béo TN4: không biến đổi TN8: không biến đổi b) Mục tiêu thí nghiệm: - Thí nghiệm 2: Enzim hoạt động điều kiện nhiệt độ thể (khoảng 370C) Ở nhiệt độ cao enzim bị phá hủy - Thí nghiệm 5: Nhiệt độ môi trường tăng tốc độ xúc tác chất enzim tăng (trong giới hạn) - Thí nghiệm 1, 3, 7: Mỗi enzim tiêu hóa hoạt động thích nghi môi trường có độ pH xác định - Thí nghiệm 3, 4, 8: Mỗi loại enzim xúc tác biến đổi loại chất (cơ chất) định Câu 17: Enzim amilaza nước bọt có tác dụng thuỷ phân tinh bột, pepsin dày có tác dụng thuỷ phân prôtêin Trong thí nghiệm sau đây, thí nghiệm có điều kiện hoạt hoá loại enzim, bất hoạt loại enzim? Thí Pepsin Amilaza nghiệm Có HCl, nhiều a.a, pH=4 pH=6,5, nhiều tinh bột sống Không có HCl, nhiều prôtêin, pH=2, nhiều tinh bột sống pH=6,5 Có HCl, nhiều prôtêin, pH=2 pH=6,5, nhiều tinh bột chín Có HCl, nhiều prôtêin, pH=6 pH=6,5, nhiều tinh bột chín Không có HCl, nhiều prôtêin, pH=4 pH=4, nhiều tinh bột chín Có HCl, nhiều prôtêin, pH=2 pH=4, nhiều glucôzơ Hướng dẫn: Thí nghiệm hoạt hoá loại enzim, thí nghiệm 1, 2, bất hoạt loại enzim PHẦN III: KẾT LUẬN Vậy, chuyên đề cấu trúc chế hoạt động enzim hệ thống hóa kiến thức vấn đề đưa số câu hỏi vận dụng thường hay dùng ôn thi học sinh giỏi cấp Tôi hi vọng chuyên đề đóng góp phần vào trình giảng dạy GV học tập học sinh chương trình sinh học lớp 10 Vì thời gian có giới hạn, nên chuyên đề nhiều vấn đề giang giở, đồng thời không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận ý kiến đóng góp từ quý đồng nghiệp để chuyên để hoàn thiện hơn, nhằm đóng góp phần nhỏ bé vào trình dạy học sinh học trường PTTH chuyên đặc biệt trường Chuyên khu vực Miền núi phía bắc công tác bồi dưỡng HSG cấp TÀI LIỆU THAM KHẢO Các đề thi học sinh giỏi quốc gia, dự bị Olympic Quốc tế Campbell & Reece (2011), Sinh học, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Nguyễn Như Hiền, Vũ Thy Thư (2004), Hóa sinh học, Nhà xuất đại học phạm Nguyễn Như Hiền (chủ biên), Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2009), Tài liệu giáo khoa chuyên sinh học THPT phần Sinh học tế bào, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Phạm Thành Hổ, Ngô Giang Liên (2012), Bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học THPT, sinh học tế bào, NXB Giáo dục Nguyễn Văn Mùi (2012), Enzim học, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Nguyễn Quang Vinh, Bùi Phương Thuận, Phan Tuấn Nghĩa (2007), Thực hành hóa sinh học, nhà xuất đại học quốc gia hà nội Vụ giáo dục trung học, Tài liệu hướng dẫn dạy học thực hành trường THPT môn sinh học 10 (tài liệu lưu hành nội bộ) ... trò kim loại phân tử enzim: + liên kết enzim với chất, VD: Mn aminopeptidaza + liên kết apoenzim coenzim, VD: Zn liên kết coenzim NAD + với alcohol dehydrogenaza + tham gia trực tiếp vào vận... ứng enzim gây tác dụng phân cực Những enzim cần coenzim nhóm chức coenzim coi nhóm hoạt động enzim Các tiền chất enzim Phần lớn enzim tổng hợp thể thành phân tử enzim có hoạt tính, có số enzim. .. tác coenzim + Coenzim định kiểu phản ứng mà enzim xúc tác, trực tiếp tham gia phản ứng làm tăng độ bền apoenzim yếu tố gây biến tính Một coenzim kết hợp với apoenzim khác tạo thành holoenzim khác