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

Khi các chất này kết hợp với enzim làm thay đổi cấu trúc không gian của phân tử enzim, của trung tâm hoạt động, do đó làm thay đổi hoạt động xúc tác của enzim.Chất làm tăng hoạt động của

CHUYÊN ĐỀ: ENZIM VÀ VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG

QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT

PHẦN I: MỞ ĐẦU I.1 Lí do chọn đề tài

“Nâng cao dân trí - Đào tạo nhân lực – Bồi dưỡng nhân tài” luôn là nhiệm vụ

trung tâm của giáo dục - đào tạo cũng như của toàn xã hội để mỗi quốc gia có thểtheo kịp với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ trong xu thế toàn cầuhóa như hiện nay Trong đó việc phát hiện và bồi dưỡng những học sinh có năngkhiếu về các môn học ở bậc học phổ thông chính là bước khởi đầu quan trọng để gópphần đào tạo các em thành những người đi đầu trong các lĩnh vực của khoa học vàđời sống Chính vì vậy, công tác bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ tất yếu củangành giáo dục và đào tạo, của mỗi nhà trường và cũng là nhiệm vụ quan trọng củamỗi giáo viên

Việc đánh giá chất lượng giảng dạy trong các trường chuyên, đặc biệt là cáchọc sinh giỏi được thể hiện trong các kỳ thi học sinh giỏi các cấp Tuy nhiên, thực tếcho thấy nội dung giữa kiến thức sách giáo khoa chuyên với nội dung kiến thức thihọc sinh giỏi Quốc gia còn là một khoảng cách rất lớn đòi hỏi giáo viên giảng dạyphải có một vốn kiến thức cơ bản vững chắc, không ngừng nâng cao chuyên môn, tìmtòi các tài liệu và cập nhật các đề thi thì mới đáp ứng được yêu cầu bồi dưỡng họcsinh giỏi

Kiến thức về enzim là một phần kiến thức nền tảng rất quan trọng để các emhoc tốt các mảng kiến thức khác về sau như: chuyển hóa vật chất và năng lượng trong

tế bào và vi sinh vật, quang hợp, hô hấp, tiêu hóa, tương tác gen…Trong khi đóchương trình sinh học phổ thông, nội dung về enzim được đề cập đến còn sơ sài chỉtrong thời lượng một tiết Các nguồn học liệu khác về enzim có nguồn thì quá sơ sài,

có nguồn lại quá chuyên sâu đối với trình độ của học sinh trung học phổ thông Tôimong có tài liệu cho giáo viên tham khảo khi giảng dạy chương trình chuyên sinh vàcho học sinh khi tham gia các kì thi HSG với nội dung đầy đủ nhưng dễ hiểu và phùhợp với học sinh trung học phổ thông Vì những lý do trên nên tôi quyết định chọn đề

tài: “Cấu tạo và cơ chế hoạt động của enzim”

I.2 – Mục đích của chuyên đề

I.2.1 Nội dung khoa học

- Chuyên đề nhằm hệ thống hóa được các kiến thức về enzim, đặc biệt phântích kĩ về cấu trúc và cơ chế xúc tác của enzim một cách dễ hiểu và bám sát chươngtrình sách giáo khoa chuyên Bên cạnh đó là giới thiệu một số thí nghiệm có thể thựchiện được trong trường phổ thông Chuyên đề có thể dùng cho học sinh khá, giỏi ởlớp chọn, lớp chuyên sinh học ở bậc THPT

- Bước đầu đi xây dựng một số câu hỏi và bài tập vận dụng cho việc giảng dạy,luyện tập học sinh trong các trường chuyên và các đội tuyển học sinh giỏi Từ đó gópphần hoàn thiện hệ thống các câu hỏi phục vụ cho công tác bồi dưỡng HSG

PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I LÝ THUYẾT VỀ ENZIM

I SƠ LƯỢC VỀ ENZIM

Thuật ngữ enzim được nhà sinh lí học người Đức Vilgelrn Kuner đặt tên vàonăm 1878 là xuất xứ từ tiếng Hi Lạp là enzime (en – là ở trong, zime – là nấm men)bởi vì enzim là chất xúc tác sinh học đầu tiên được nghiên cứu ở nấm men do tế bàonấm men tiết ra có tác dụng tạo nên sự lên men (lên men rượu) và lúc đầu được gọi làchất men (fermen – từ thuật ngữ fermentation là sự lên men)

Enzim là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống Enzim chỉlàm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng

* Các dạng tồn tại của enzim trong tế bào:

- Hoà tan trong tế bào chất như enzim của quá trình đường phân

- Liên kết chặt chẽ với những bào quan xác định như lizoxom, ti thể, lục lạp.Mỗi loại bào quan trong tế bào đều có cấu trúc và chức năng riêng với những

hệ enzim đặc hiệu, với cấu trúc như vậy enzim được phân bố thành từng ngăn riêngbiệt Sự khu trú và sắp đặt các enzim một cách hợp lý trong cấu trúc của tế bào, làmcho các phản ứng enzim có tính chất định hướng, có phối hợp với nhau tạo ra những

hệ thống phản ứng dây truyền liên tục, nhịp nhàng ăn khớp với nhau

Cần chú ý rằng, các cấu trúc màng trong tế bào có tính thấm chọn lọc Chínhtính thấm chọn lọc này làm tăng thêm tính đặc hiệu của các ngăn trong tế bào Mộtđiều đáng chú ý nữa là trong tế bào sống nguyên vẹn, enzim thường chưa hoạt độngtới mức tối đa và những điều kiện trong cơ thể cũng chưa phải là điều kiện thích hợpnhất cho sự hoạt động của enzim Đây chính là những điều kiện quan trọng giúp cho

cơ thể điều hòa các quá trình chuyển hóa

Enzim được tổng hợp trong tế bào trên các riboxom và được sử dụng trong tếbào (gọi là enzim nội bào) hoặc được tiết ra khỏi tế bào vào môi trường ngoại bào(enzim ngoại bào) VD enzim amilaza, pepsin… động vật tiết vào ống tiêu hóa đểtiêu hóa thức ăn

II CẤU TRÚC CỦA ENZIM

1 Thành phần

Hầu hết các enzim có bản chất là prôtêin hoặc prôtêin kết hợp với chất khác,trừ một nhóm nhỏ các phân tử ARN có khả năng xúc tác gọi là ribozim

- Enzim là một protein, gọi là enzim một thành phần

- Enzim hai thành phần (holoenzim), gồm protêin (apôenzim) kết hợp vớinhóm khác không phải là protein (côfactor) Côfactor có thể gắn chặt vào phầnapoenzim, hoặc chỉ liên kết lỏng lẻo và có thể tách ra khi cho thẩm tích qua màng.Các côfactor có thể là các chất vô cơ thường là các ion kim loại như sắt, đồng, kẽm,niken, magiê, mangan…Côfactor có thể là chất hữu cơ, thường là các vitamin, trườnghợp này cofactor gọi là côenzim Rất nhiều vitamin, các chất dinh dưỡng cần với mộtlượng nhỏ trong bữa ăn là các tiền chất enzim

Đa số enzim thuộc loại hai thành phần

+ Apoenzim quyết định tính đặc hiệu cao của enzim và làm tăng hoạt tính xúctác của coenzim

+ Coenzim quyết định kiểu phản ứng mà enzim xúc tác, trực tiếp tham giatrong phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzim đối với các yếu tố gây biến tính

Một coenzim khi kết hợp với các apoenzim khác nhau tạo thành các holoenzimkhác nhau, xúc tác cho quá trình chuyển hoá các chất khác nhau nhưng giống nhau vềkiểu phản ứng

- Vai trò của các kim loại trong phân tử enzim:

+ liên kết giữa enzim với cơ chất, VD: Mn trong aminopeptidaza

+ liên kết giữa apoenzim và coenzim, VD: Zn liên kết coenzim NAD+ vớialcohol dehydrogenaza

+ tham gia trực tiếp vào sự vận chuyển điệ tử VD: Fe trong xytocrom,peroxidaza

+ đảm bảo cho sự ổn định của phân tử enzim, giữ vững sự kết hợp giữa cácđơn vị cấu tạo để tạo nên phân tử enzim

2 Cấu trúc

Mỗi loại enzim có cấu trúc không gian đặc thù, đặc biệt là vùng trung tâm hoạtđộng (TTHĐ) Trung tâm hoạt động được cấu tạo bởi một số axit amin đặc thù vàlàm cho trung tâm có thù hình không gian đặc trưng Mặc dù trung tâm hoạt động củamỗi loại enzim mang tính đặc thù, nhưng một số đặc điểm chung có thể được rút ranhư sau:

+ TTHĐ chỉ chiếm 1 tỉ lệ thể tích tương đối nhỏ của phân tử enzim

+ TTHĐ có cấu trúc ba chiều, các axit amin và cofactor trong TTHĐ được gắnkết theo một sự sắp xếp chính xác với vị trí khác của phân tử cơ chất

+ TTHĐ là chỗ lõm xuống hay một khe nhỏ ở trên bề mặt của enzim để liênkết với cơ chất Cấu trúc như vậy có tác dụng đẩy phần lớn dung môi ra ngoài, nếukhông, khả năng xúc tác của enzim sẽ giảm

+ TTHĐ gồm nhiều nhóm chức khác nhau của a.a, phân tử nước liên kết vàtrong nhiều trường hợp có cả ion kim loại, các nhóm chức của coenzim

+Trung tâm hoạt động là nơi liên kết tạm thời với cơ chất

Theo quan điểm trước đây của Emil Fishcher, trung tâm hoạt động vốn có cấuhình không gian tương thích với cấu hình không gian của cơ chất, cũng như sự tươngứng giữa ổ khóa với chìa khóa Theo quan điểm hiện nay, khi enzim tương tác với cơchất, các nhóm chức ở TTHĐ có thể thay đổi vị trí trong không gian, tạo thành hìnhthể khớp với hình thể cơ chất, vì vậy gọi là “khớp cảm ứng”

Một số enzim còn có trung tâm phụ được gọi là trung tâm điều chỉnh → có tácdụng điều chỉnh hình thù của trung tâm hoạt động

3 Cấu trúc nhiều chuỗi và cấu trúc dị lập thể của enzim

- Cấu trúc nhiều chuối: Có loại enzim chỉ có một chuỗi polypeptit, cũng có

loại do nhiều chuối polipeptit tạo nên, nghĩa là enzim có các bậc cấu trúc của protein(bậc 1, 2, 3, 4) Mỗi chuỗi polipeptit được gọi là một tiểu đơn vị, các tiểu đơn vị trongmột phân tử enzim có thể giống, có thể khác nhau Thông thường cá enzim có từ 2-4tiểu đơn vị, có trường hợp enzim có tới 12 -20 chuỗi polipeptit

Hoạt tính xúc tác của enzim phụ thuộc vào sự nguyên vẹn cấu hình riêng củaprotein Nếu enzim bị mất cấu trúc thì hoạt tính xúc tác của nó bị mất hoàn toàn Do

đó cấu trúc bậc 1,2,3 và 4 của các protein enzim rất cần thiết cho hoạt động xúc táccủa chúng

- Enzim dị lập thể: còn gọi là enzim điều hòa hay enzim allosteric, là những

enzim điều hòa đặc hiệu trên những vị trí đặc biệt của mạng lưới chuyển hóa, đặc biệt

là những quá trình sinh tổng hợp Ở enzim điều hòa, ngoài trung tâm hoạt động còn

có 1 vị trí khác có thể tương tác với các chất khác gọi là trung tâm dị lập thể haytrung tâm điều hòa (trung tâm allosteric) Các chất kết hợp vào trung tâm này đượcgọi là các chất điều hòa dị lập thể

Khi các chất này kết hợp với enzim làm thay đổi cấu trúc không gian của phân

tử enzim, của trung tâm hoạt động, do đó làm thay đổi hoạt động xúc tác của enzim.Chất làm tăng hoạt động của enzim được gọi là chất điều hòa dương Chất làm giảmhoạt độ của enzim gọi là chất điều hòa âm Điều đáng lưu ý là các chất điều hòakhông làm thay đổi tác dụng của enzim, trong nhiều trường hợp, có thể “khóa” trungtâm điều hòa nhưng trung tâm hoạt tính vẫn hoạt động

Enzim lập thể là những enzim có cấu trúc bậc 4, do nhiều tiểu đơn vi cấu tạonên Các tiểu đơn vị liên kết với nhau bằng các liên kết yếu, do đó chúng có thể táchrời ra và kết hợp lại một cách thuận nghịch Do đặc điểm cấu tạo này, enzim dị lập

thể có thể tồn tại ở nhiều trạng thái không gian khác biệt nhau (ít nhất là 2 trạng thái)

và có thể biến đổi thuận nghịch từ trạng thái này sang trạng thái khác một cách dễdạng

Vì có cấu trúc bậc 4 nên trong phân tử enzim dị lập thể thường có 2 hay một sốtrung tâm hoạt động, có thể kết hợp với 2 hay một số phân tử cơ chất Nếu cơ chấtthực hiện chức năng điều hòa gọi là điều hòa đồng thể Nếu chất điều hòa có cấu trúckhác cơ chất gọi là điều hòa dị thể Thông thường các enzim lập thể được điều hòatheo kiểu hỗn hợp vừa là đồng thể, vừa dị thể

VD một số enzim dị lập thể:

+ Aspartat transcacbamoylaza (ATCaza): xúc tác phản ứng ngưng tụcacbamoyl photphat với aspartate thành cacbamoyl aspartate, là sản phẩm đầu tiêntrên con đường sinh tổng hợp pyrimidin và nucleotit của nó (CTP)

Enzim này có cấu trúc bậc 4 gồm 12 tiểu đơn vị, KH C6H6 nghĩa là có 6 tiểuđơn vị C có chức năn xúc tác và 6 tiểu đơn vị R có chức năng điều hòa, một đơn vịxúc tác có 3 trung tâm hoạt động và toàn phân tử enzim sẽ có 6 trung tâm hoạt động

Người ta có thể dùng thủy ngân để “khóa” trung tâm điều khiển của ATCaza,làm cho enzim mất tính điều hòa dị lập thể, nhưng vẫn giữ được hoạt tính xúc tácbình thường theo phương trình Michaelis

+ Axetyl – CoA cacboxylaza: làm nhiệm vụ điều hòa phản ứng đầu tiên trongquá trình tổng hợp mới axit béo Tồn tại ở dạng đơn thể (không hoạt tính) và đa thể(có hoạt tính) Enzim đòi hỏi phải có xitrat hoặc isoxitrat làm chất điều hòa dương:

+ xitrat

Nhiều monome polymer

4 Vai trò của các nhóm chức năng trong phân tử enzim

Bản chất của enzim là protein, phân tử của chúng gồm hàng tram hoặc hàngngàn gốc axit amin Hầu hết các axit amin đều có mạch nhánh Các mạch nhánh nàythường ở trang thái tự do, có thể tham gia vào những phản ứng hóa học nhất định.Các nhóm này tạo nên các nhóm chức năng của TTHĐ; có những nhóm trực tiếptham gia vào hoạt độn xúc tác; có những nhóm khác làm nhiệm vụ kết hợp và địnhhướng cho cơ chất và coezim tạo nên bộ phận tiếp xúc của enzim Tuy nhiên, takhông thể xác định được một ranh giới rõ rệt giữa các nhóm “xúc tác” và các nhóm

“tiếp xúc” vì những nhóm tiếp xúc cũng thường tham gia vào sự xúc tác

Các nhóm chức năng thường nằm ở những bộ phân khác nhau trong các chuỗipolypeptit của phân tử enzim, nhưng do sự cuộn khúc của các mạch peptit làm chocác nhóm đó kề lại gần nhau về không gian và đinh hướng theo một cách nhất định

Sự phá hủy hoặc khóa một nhóm chức nào đó thường gây ra sự kìm hãm, hoặc làmchậm phản ứng xúc tác Khi cấu trúc bậc ba hay bậc bốn của phân tử enzim bị thay

đổi vì lý do vật lý hay hóa học nào đó, cũng thường gây tổn hại đến cấu trúc đặc biệtcủa TTHĐ, làm rối loạn sự định hướng tương hỗ của các nhóm chức năng.

Các nhóm chức thường có trong phân tử enzim bao gồm:

(1) Các nhóm cacboxyl của axit aspartic và axit glutamic

(2) Nhóm α- amin của lysine

(3) Nhóm guanidine của arginine

(4) Nhóm indol của tryptophan

(5) Nhóm imidazole của histidin

(6) Nhóm hydroxyl của serin và treonin

(7) Nhóm phenol của tyosin

(8) Nhóm sulfuhydyl của xystein

(9) Nhóm thioete của metionin

(10) Những mạch béo của những axit amin khác và vòng thơm củaphenyalanin

Các nhóm chức tham gia vào hoạt động xúc tác của enzim bằng nhiều cơ chế.Nhờ khả năng nhường hoặc nhận proton, chúng có thể hoạt động như những chất xúctác Chúng cũng có thể liên kết bằng liên kết cộng hóa trị vơi cơ chất tạo thành phứchợp enzim - cơ chất có hoạt tính cao, để thực hiện cơ chế xúc tác cộng hóa trị

Trong các enzim có chứa kim loại, nhiều trường hơp chính ion kim loại đóngvai trò trung gian giữa nhóm chức năng của enzim và cơ chất Ion kim loại là nhữngchất mang điện tích dương, có thể đóng vai trò chất hút điện tử rất mạnh và do đótham gia vào cơ chế phản ứng rất có hiệu lực Trong một số enzim loại thủy phân,nhất là loại thủy phân liên kết peptit, thường có chứa những ion kim loại như Mg2+,

Mn2+, Zn2+… Những ion này có thể đóng vai trò chất hút điện tử trong cơ chế phảnứng enzim và có thể gây tác dụng phân cực

Những enzim cần coenzim thì chính nhóm chức năng của coenzim được coinhư nhóm hoạt động của enzim

5 Các tiền chất enzim

Phần lớn các enzim được tổng hợp trong cơ thể thành từng phân tử enzim cóhoạt tính, nhưng có một số enzim khi mới tổng hợp không có hoạt tính xúc tác gọi làtiền chất enzim (proenzim hoặc zymogen) Quá trình chuyển hóa zymogen thànhenzim gọi là quá trình hoạt hóa enzim Quá trình này có thể là tự xúc tác hoặc do cácprotein enzim tương ứng xúc tác (VD: propepsinogen > pepsin)

Hiện tượng tổng hợp ra các zymogen có ý nghĩa sinh học quan trọng, VD cácenzim trong ống tiêu hóa được tổng hợp qua giai đoạn trung gian như vậy chính làmột cơ chế tự bảo vệ của cơ thể, vi nếu không thì chính các tuyến đã tổng hợp nêncác loại enzim này sẽ bị tiêu hủy bởi chính những enzim do chúng tổng hợp nên (VDcác enzim của tuyến tụy hay tuyến dạ dày)

III ĐẶC TÍNH CỦA ENZIM

- Hoạt tính mạnh: Được biểu hiện bằng số vòng quay, tức là số phân tử cơ chấtđược chuyển hóa trong thời gian một giây bởi 1 phân tử enzim (đa số enzim có sốvòng quay từ 1000 - 10 000)

Hoạt tính của enzim rất mạnh, với một lượng enzim nhỏ xúc tác cho một lượng

cơ chất lớn, làm phản ứng xảy ra rất nhanh (gấp 108 – 1011 lần so với phản ứng không

có xúc tác của enzim)

VD: H2O2 → H2O + O2

H2O2 → H2O + O2

1 (g) pepsin phân giải → 50 kg lòng trắng trứng

- Tính chuyên hoá cao: nghĩa là đặc thù với cơ chất mà chúng tác động (tínhđặc hiệu)

+ Đặc hiệu kiểu phản ứng: mỗi enzim chỉ xúc tác cho một trong các kiểu phảnứng chuyển hoá của một chất nhất định VD: phản ứng OXH – K, chuyển vị, thuỷphân…

+ Đặc hiệu cơ chất:

Đặc hiệu tuyệt đối: đa số enzim chỉ có tác dụng trên một cơ chất nhất định:

ureaz, acginaz, glucozooxiđaz

Đặc hiệu tương đối: Một số enzim có tính chuyên hoá tương đối, có khả năng

hoạt động trên một số cơ chất khác nhau gần giống nhau về cấu trúc nhưng với tốc độphản ứng sẽ khác nhau

+ Đặc hiệu lập thể: Phần lớn enzim đều có tính đặc hiệu lập thể nghĩa là enzim

chỉ tác dụng với một trong 2 dạng đồng phân không gian của các chất

+ Đặc hiệu nhóm:

Đặc hiệu nhóm tuyệt đối: Enzim chỉ tác dụng lên những chất có cùng một kiểu

cấu trúc phân tử, một kiểu liên kết và có những yêu cầu xác định đối với nhómnguyên tử ở gần liên kết chịu tác động Vd mantaz

Đặc hiệu nhóm tương đối: mức độ đặc hiệu kém hơn nhóm trên ở chỗ

enzim không có những đòi hỏi gì nghiêm ngặt đối với nhóm ở gần liên kết bị phângiải VD lipaz xúc tác cho phản ứng thuỷ phân lipit

- Sự phối hợp hoạt động giữa các enzim: Trong tế bào các enzim hoạt độngtheo kiểu dây chuyền, nghĩa là sản phẩm của phản ứng trước sẽ là cơ chất cho enzimsau tác động

Các enzim trong hệ thống có thể tồn tại riêng ở dạng hòa tan, hoặc liên kết vớimàng, bào quan của tế bào (màng ti thể, riboxom…) hoặc kết tụ với nhau tạo phực hệkhá bền, khi tách riêng khỏi phức hệ enzim sẽ mất hoạt tính xúc tác

VI CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ENZIM

1 Cơ chế tác động của enzim

Vai trò thiết yếu của một enzim trong hầu hết các quá trình sinh lý xuất phát từ

2 đặc tính cơ bản của nó: (1) các enzym làm tăng tốc độ các phản ứng hóa học; (2)các enzim hoạt động trên những trên những cơ chất đặc hiệu để tạo ra các sản phẩmphản ứng đặc hiệu Hai tính chất này tạo cho enzim có khả năng tiến hành các biếnđổi hóa học trong quá trình trao đổi chất với hiệu suất và độ chính xác cần thiết

Lúc đầu enzim liên kết với cơ chất tại trung tâm hoạt động mang tính đặc thù(enzim nào cơ chất ấy – phù hợp thù hình như chìa khóa và ổ khóa) → tạo hợp chấttrung gian (enzim - cơ chất) → enzim tương tác với cơ chất → cuối phản ứng hợpchất sẽ phân giải cho sản phẩm và giải phóng enzim nguyên vẹn có thể xúc tác phảnứng với cơ chất mới cùng loại

E + S → ES → E + S1 + S2

Sản phẩm của phản ứng này trở thành cơ chất cho phản ứng tiếp theo và sảnphẩm cuối cùng khi được tạo ra nhiều thì lại trở thành chất ức chế enzim xúc tác chophản ứng đầu tiên

Đối với các enzim có coenzim thì chỉ khi coenzim liên kết với enzim thì cấuhình của enzim mới phù hợp với cơ chất Bằng cách sử dụng coenzim và trung tâmđiều chỉnh, sự hoạt động của enzim được điều hòa linh hoạt đáp ứng mọi tình huốngcủa tế bào

Mỗi enzim thường xúc tác cho một loại phản ứng Enzim xúc tác cả hai chiềucủa phản ứng theo tỉ lệ tương đối của các chất tham gia phản ứng với sản phẩm đượctạo thành

VD: A + B→ C Nếu trong dung dịch có nhiều A, B thì phản ứng theo chiềutạo sản phẩm C Nếu nhiều C hơn A, B thì phản ứng tạo thành A+B

Vậy tại sao enzim có thể xúc tác cho cả hai chiều của phản ứng nhưng cácphản ứng sinh hóa trong tế bào lại xảy ra theo một chiều xác định? Đó là vì sản phẩmcủa phản ứng này là cơ chất của phản ứng tiếp theo

2 Các liên kết giữa enzim và cơ chất

Sự kết hợp của cơ chất (S) vào trung tâm hoạt động của enzim (E) tạo thànhphức chất enzim – cơ chất (ES) là giai đoạn đầu tiên của phản ứng do enzim xúc tác

Giữa cơ chất và TTHĐ tạo thành nhiều tương tác yếu → dễ dàng bị cắt đứttrong quá trình phản ứng Các liên kết chủ yếu được tạo thành trong phưc chất ES làtương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Van der Waals Mỗi loại liên kết đòi hỏinhững điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi có nước

(1) Tương tác tĩnh điện (còn được gọi là liên kết ion, liên kết muối hoặc cặpion): liên kết này được tạo thành giữa nhóm tích điện của cơ chất với nhóm tích điệntrái dấu trong phân tử enzim

(2) Liên kết hydro được tạo thành theo kiểu A – H….B, trong đó H kết hợp với

A bằng liên kết cộng hóa trị, đồng thời tạo thành liên kết yếu với B Liên kết hydrođược tạo thành khi khoảng cách giữa A và B vào khoảng 3

(3) Tương tác Van der Waals yếu hoặc ít đặc hiệu hơn 2 liên kết kia Vai trò củatương tác này thể hiện rõ khi nhiều nguyên tử của cơ chất có thể đồng thời tiếp cậnvới nhiều nguyên tử của enzim Điều này chỉ có thể xảy ra khi có sự ăn khớp về hìnhdạng giữa cơ chất và enzim Vì vậy, một tương tác Van der Waals không có tính đặchiệu, nhưng tính đặc hiệu tăng lên khi có điều kiện để đồng thời tạo thành lượng lớntương tác Van der Waals

Ngoài 3 loại tương tác kể trên còn có tương tác kị nước giữa các nhóm khôngphân cực cũng có vai trò quan trọng Phản ứng enzim thường xảy ra trong môi trườngnước có tính chất phân cực, do đó làm yếu tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, nhưnglại làm tăng cường tương tác kị nước Khi cơ chất kết hợp vào trung tâm hoạt độngcủa enzim, nước bị đẩy ra khỏi vùng này, kết quả là hồi phục lại độ bền của tương táctĩnh điện và liên kết hydro

3 Sự tương đồng của trung tâm hoạt động với cơ chất

Sự chọn lọc của các cơ chất đặc hiệu phản ánh sự tương đồng giữa cơ chất vàtrung tâm hoạt động của enzim Cuối thế kỉ XIX, Emil Fisher đã tổng kết tất cả cáckết quả này trong mô hình ổ khóa và chìa khóa Trong mô hình này, trung tâm hoạtđộng của enzim và phân tử cơ chất được thể hiện dưới dạng cấu trúc tĩnh và bổ sungvới nhau về mặt hóa lập thể Sự gắn cơ chất vào trung tâm hoạt động tĩnh của enzimtương tự như một chiếc chìa khóa khớp với ổ khóa, hoặc là một miếng ghép hìnhkhớp với phần còn lại

Sự tương đồng giữa trung tâm hoạt động và cơ chất không chỉ tạo ra sự vừakhớp về mặt hóa lập thể mà cả hai cấu trúc đều phải tương đồng về mặt tĩnh điện đểđảm bảo các điện tích trung hòa, tránh hiệu ứng loại bỏ Cũng tương tự như vậy, haicấu trúc cũng phải bổ sung cho nhau trong việc sắp xếp các tương tác kị nước và cáctương tác liên kết hydro để có thể đạt được tương tác gắn cao nhất

Quá trình xúc tác của enzim thường chọn lọc về hình dạng lập thể theo vònghoặc đối xứng lẫn nhau Do sự nhận biết cơ chất phải có ít nhất ba điểm nối kết giữaenzim và phân tử cơ chất Các quan điểm về mô hình ổ khóa – chìa khóa và sự kếtnối 3 điểm giúp chúng ta giải thích sự chọn lọc cơ chất quá trình xúc tác của enzim.Tuy nhiên ngày nay đã có bằng chứng rõ ràng rằng, trung tâm hoạt động của enzim

đã tiến hóa để khớp với cấu trúc của cơ chất ở trạng thái chuyển tiếp hơn là trạng tháiban đầu

Một VD điển hình là các phân tử ức chế có cấu trúc được thiết kế bắt chướcvới trạng thái chuyển tiếp của phản ứng thì bám chặt với enzim hơn là cơ chất haysản phẩm

Một giả thuyết nảy sinh là những điều chỉnh về mặt hình thể được sử dụng đểxoắn vặn cơ chất, enzim hay cả cơ chất và enzim để đưa hệ thống về trạng tháichuyển tiếp, bằng cách đó tạo thuận lợi cho việc cắt đứt liên kết gây ra xúc tác Đốivới các phản ứng thuận nghịch sự vặn xoắn của phức hợp ES là một thành tố quantrọng trong xúc tác Chúng ta tưởng tượng rằng, trung tâm hoạt động của enzim vàtrạng thái nền của cơ chất đều cứng nhắc về mặt hình thể Cơ chất gắn với trung tâmhoạt động do trạng thái ban đầu của nó khớp hoàn chỉnh với khe này Nếu như thế thìphân tử sản phẩm cứng nhắc sẽ không thể khớp với cùng cấu trúc trung tâm hoạtđộng cứng nhắc được Enzim có thể vượt qua chướng ngại này bằng cách vặn xoắnsản phẩm liên kết theo một cách khá giống nếu trung tâm hoạt động là cứng nhắc vàhoàn toàn khớp với sản phẩm thì sự khớp không hoàn toàn của phân tử cơ chất bâygiờ ngăn cản phản ứng theo chiều xuôi Nhu cầu đẩy nhanh tốc độ phản ứng enzimtheo cả chiều thuận và chiều nghịch đạt được một cách hiệu quả nhất nhờ cấu trúctrung tâm hoạt động khớp hợp nhất với cấu trung gian giữa trạng thái cơ chất và sảnphẩm Ba mô hình chính được đưa ra để thỏa mãn nhu cầu này:

(1) Mô hình khớp cảm ứng: do Koshland (1968) đưa ra, cho rằng trung tâm

hoạt động của enzim là dễ thay đổi về mặt hình thể Khi vắng mặt cơ chất, TTHĐ ởdạng không hỗ trợ cho xúc tác Khi có một cơ chất tốt gắn vào TTHĐ, các lực liênkết giữa enzim và cơ chất được dùng để chuyển enzim về dạng cấu trúc phù hợp vớinăng lượng ít hơn nhưng lại có hoạt tính enzim cao hơn (mô hình giá đỡ dưới đâygiải thích mô hình khớp cảm ứng) Trong mô hình này, một cơ chất “tồi” thiếu cácđặc điểm cấu trúc cần thiết để gây ra sự thay đổi hình thái cần thiết cho hoạt tính xúctác thì sẽ không thể xảy ra phản ứng

Hình 1: Mô hình giá đỡ của tương tác enzim – cơ chất và quá trình xúc tác

1 Enzim tự do và cơ chất tự do trong dung dịch; 2 Liên kết mở đầu cho sự hình thành phức hệ enzim cơ chất mà chưa gây ra sự xoắn vặn cấu trúc cơ chất; 3 Enzim trải qua sự thay đổi về mặt hình thể để tạo ra mối liên kết tốt hơn với cơ chất (khớp cảm ứng); 4 Enzim trải qua những điều chỉnh về mặt hình thể lớn hơn mà làm căng phân tử cơ chất bằng cách đó bẻ cong cơ chất từ dạng cấu trúc nền về cấu trúc ở dạng chuyển tiếp; 5 Sức căng cảm ứng trong 4 dẫn tới sự bẻ gãy liên kết

và giải phóng 2 sản phẩn A và B.

(2) Mô hình gắn không tạo sản phẩm: TTHĐ của enzim được cho là cứng

nhắc, và một cơ chất tốt sẽ là cơ chất có một vài đặc điểm cấu trúc mà mỗi đặc điểmlại bổ sung với một tiểu trung tâm đặc trưng trong cấu trúc TTHĐ Do sự có mặt củarất nhiều tương tác giữa các tiểu trung tâm bổ sung nên chỉ có một hình thái và mộtđịnh hướng cơ chất trong trung tâm hoạt động của enzim Một cơ chất “tồi” trong môhình này sẽ có thể thiếu một hay nhiều nhóm chức năng chủ chốt cho việc liên kếtchính xác Hay nói cách khác, nhóm chức năng chủ chốt có thể có mặt trong một cơchất tồi nhưng được sắp xếp theo một kiểu không phù hợp cho liên kết chính xác vớiTTHĐ của enzim; những quan điểm này được minh họa ở hình 2 dưới đây Mô hìnhliên kết không tạo sản phẩm này thường được dùng làm dẫn chứng để giải thích hiệntượng ức chế cơ chất ở nồng độ cơ chất cao

Hình 2: Sơ đồ minh họa cho mô hình gắn không tạo sản phẩm

Trong mô hình này, một cơ chất “tốt” có những nhóm đặc hiệu mà ăn khớp với các tiểu trung tâm của TTHĐ của enzim, qua đó thu được duy nhất một chiều liên kết tạo sản phẩm thuận lợi cho xúc tác Một cơ chất “tồi” là cơ chất thiếu một chức năng giữ giúp định hướng cơ chất đúng vào vị trí TTHĐ Khi đó cơ chất tồi có thể gắn theo rất nhiều hướng khác nhau mà chỉ có một chiều tạo ra xúc tác có hiệu quả Các hướng khác, không tạo ra sản phẩm, làm ngăn cản xúc tác.

(3) Mô hình căng cảm ứng: Trong mô hình này, các lực liên kết giữa enzim và

cơ chất được dùng trực tiếp gây ra sức căng trên phân tử cơ chất, qua đó xoắn cơ chất

về trạng thái chuyển tiếp tạo thuận lợi cho phản ứng xảy ra Trong mô hình này, trungtâm hoạt động của enzim được coi là linh động Hình thái bền nhất (VD: năng lượngthấp nhất) của TTHĐ của enzim là cấu trúc không phù hợp một cách tối ưu với cấutrúc cơ chất ở trạng thái nền, nhưng thay vào đó lại bổ sung với trạng thái chuyển tiếpcủa phản ứng

Đối với cơ chất ở trạng thái nền, để liên kết, enzim phải trải qua một loạt biếnđổi về hình thái mà không có lợi về mặt năng lượng Do đó trong phức hợp ES sẽ cómột lực đẩy phân tử enzim quay trở lại trạng thái năng lượng thấp hơn ban đầu vàđiều này đạt được kèm theo sự xoắn vặn phân tử cơ chất để đưa nó về cấu trúc ởtrạng thái chuyển tiếp mà bổ sung đối với hình thể năng lượng thấp nhất (hình 3dưới) Mới nhìn, mô hình này dường như giống mô hình khớp cảm ứng, trong đó,

năng lượng gắn được sử dụng để đưa các nhóm phản ứng trong TTHĐ về đúng dạngsắp xếp như cơ chất tốt nhằm tạo ra tính đặc trưng cơ chất Ngược lại, mô hình căngcảm ứng sử dụng năng lượng liên kết để trực tiếp làm giảm năng lượng tự do hoạthóa cho phản ứng bằng cách cặp đôi xoắn vặn cơ chất và giãn hình thái có triển vọng

về mặt năng lượng của phân tử enzim

Hình 3: Sơ đồ minh họa mô hình căng cảm ứng

Enzim tự do 1 đang ở trạng thái năng lượng thấp nhất bổ sung tốt nhất với cấu trúc ở trạng thái chuyển tiếp của cơ chất Dựa trên liên kết cơ chất này 2, enzim trải qua quá trình chuyển tiếp về hình thể để ăn khớp với cơ chất Sức căng hình thể cảm ứng trong 2 là nhờ sự tạo thành trạng thái chuyển tiếp gắn trong 3 Khi đó, quá trình xúc tác dẫn tới sự tạo thành một phức hệ enzim – sản phẩm 4 trước khi sản phẩm giải phóng để tái tạo enzim tự do ban đầu.

Các hiệu quả không gian không chỉ là cơ chế gây ra sức căng trong phân tử cơchất liên kết Các liên kết hidro, tương tác kị nước và các lực không cộng hóa trị khác

có thể gây ra các tương tác không thích hợp choc ơ chất ở trạng thái nền mà thúc đẩy

sự xoắn tới cấu trúc trạng thái chuyển tiếp, nơi mà những tương tác này là thuận lợi

Thứ nhất, khả năng xúc tác của enzim là do năng lượng tự do giải phóng khi

hình thành các liên kết yếu và sự tương tác xảy ra giữa enzim và cơ chất của nó.Năng lượng liên kết này tạo ra tính đặc hiệu cũng như tính xúc tác của enzim

Thứ hai, các tương tác yếu được tối ưu hóa trong trạng thái chuyển tiếp của

phản ứng Các trung tâm hoạt động của enzim không chỉ khớp với cơ chất mà cònkhớp với trạng thái chuyển tiếp của phản ứng nó xúc tác

* Enzim dùng năng lượng liên kết để xúc tác phản ứng tạo ra tính đặc hiệu phản ứng

Năng lượng liên kết làm cho enzim có tính đặc hiệu Tính đặc hiệu chính là khảnăng một enzim phân biệt được hai cơ chất cạnh tranh nhau Về thuật ngữ, tính đặc

hiệu khác xa với tính xúc tác, nhưng trên các thí nghiệm thì không đơn giản như vậy,bởi vì chúng cùng có các hiện tượng như nhau Nếu trung tâm hoạt động của enzim

có những nhóm chức được sắp xếp tối ưu để tạo ra hàng loạt các tương tác yếu vớimột cơ chất nào đó ở trạng thái chuyển tiếp thì nó không thể tương tác tốt với bất kì

Enzim có thể tự thay đổi cấu hình khi cơ chất liên kết với nó, tạo ra nhiềutương tác yếu với cơ chất Hiện tượng này gọi là khớp hợp cảm ứng, một cơ chế đượcDaniel Koshand đưa ra năm 1958 Khớp hợp cảm ứng sắp xếp các nhóm chức đặchiệu của enzim vào vị trí đúng để xúc tác phản ứng Sự thay đổi cấu hình cũng chophép hình thành thêm các tương tác yếu ở trạng thái chuyển tiếp

* Tương tác yếu giữa enzim và cơ chất được tối ưu hóa ở trạng thái chuyển tiếp

Chúng ta xem xét một phản ứng tưởng tượng: phản ứng bẻ gẫy 1 thanh kimloại Chúng ta xem xét 2 enzim tưởng tượng xúc tác cho phản ứng này, cả 2 đều cólực từ (thay cho năng lượng liên kết sử dụng bởi enzim thật) Đầu tiên chúng ta thiết

kế một enzim khớp thật hoàn hảo với cơ chất (hình dưới) Để bẻ gãy thanh kim loại,phải đưa được thanh kim loại đến trạng thái chuyển tiếp của phản ứng Thanh kimloại khớp chặt vào TTHĐ nên nó không thể cong, bởi vì khi nó cong, nó sẽ làm giảmtương tác từ giữa kim loại và enzim Enzim như vậy ngăn cản phản ứng xảy ra và làm

ổn định cơ chất Khi biểu diễn trên sơ đồ phản ứng, phức hợp ES này tương đươngvới 1 giếng năng lượng mà rất khó để cơ chất có thể thoát ra được Enzim này là vôích

Mô hình hoạt động xúc tác của enzim được Haldane đưa ra lần đầu năm 1930,sau đó được phát triển bới Linus Pauling năm 1946 Để xúc tác phản ứng enzim phải

bổ sung với trạng thái chuyển tiếp của phản ứng, có nghĩa là sự tương tác tối ưu (dùchỉ là tương tác yếu) giữa cơ chất và enzim có thể chỉ xảy ra ở trạng thái chuyển tiếp.Trên hình dưới thanh kim loại ban đầu liên kết nhưng chỉ có một vài tương tác từđược dùng để tạo phức hợp ES Cơ chất liên kết vẫn phải tăng năng lượng tự do cầnthiết để đạt tới trạng thái chuyển tiếp Tuy nhiên, sự tăng năng lượng để làm congthanh kim loại và một phần bẻ cấu hình được bù đắp bằng tương tác giữa enzim và cơchất ở trạng thái chuyển tiếp Chính tương tác giữa enzim và các phần không phản

ứng của thanh kim loại đã cung cấp năng lượng cần thiết để xúc tác bẻ gãy thanh kimloại.

Hình 4: Enzim tưởng tượng (strickaza) được phác họa sự xúc tác bẻ gãy thanh kim loại

(a) Sự bẻ gãy thanh kim loại trước hết phải uốn cong (Trạng thái chuyển tiếp); (b) Enzim với túi liên kết từ sự bổ sung trong cấu trúc với thanh kim loại (cơ chất) sẽ làm bền cơ chất này Sự uốn cong bị cản trở bời sức hút giữa thanh kim loại và stickaza (c) Sự bổ sung enzim vào trạng thái chuyển tiếp sẽ giúp cho sự loại độ bền của thanh kim loại, kết quả là xúc tác phản ứng Sự tương tác này sẽ cung cấp năng lượng bù cho sự tăng năng lượng tự do đòi hỏi đối với sự uốn cong thanh kim loại Kết quả là năng lượng hoạt hóa giảm đi rất nhiều (đồ thị bên cạnh)

Enzim thực sự cũng hoạt động theo nguyên lý tương tự như vậy Một số tươngtác yếu được hình thành trong phức hợp ES nhưng phần lớn tương tác yếu được thiếtlập giữa enzim với cơ chất khi ở trạng thái chuyển tiếp Năng lượng tự do (nănglượng liên kết) giải phóng từ những tương tác này đã một phần bù lại năng lượng cầnthiết để đạt tới đỉnh năng lượng

So với phản ứng không xúc tác, độ dốc có enzim xúc tác nhỏ hơn rất nhiều.Nguyên lý quan trọng ở đây là tương tác yếu giữa enzim và cơ chất tạo ra lực đẩychính để xúc tác phản ứng Các nhóm trên cơ chất tham gia vào tương tác yếu nàythường nằm trên vị trí cách xa liên kết bị phá vỡ hoặc thay đổi Những tương tác yếuhình thành ở trạng thái chuyển tiếp đóng vai trò chính vào hoạt động xúc tác

5 Giảm năng lượng hoạt hoá

Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết để khởi đầu cho 1 phản ứng hoáhọc (thường là nhiệt) → enzim làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá họcbằng cách tạo nhiều phản ứng trung gian

Tốc độ của 1 phản ứng xảy ra chậm khi các chất tham gia phản ứng cần 1lượng năng lượng hoạt hoá lớn và ngược lại → muốn tăng tốc độ phản ứng cần giảmnăng lượng hoạt hoá Trong tự nhiên năng lượng hoạt hoá thường là dạng nhiệt năng

Với thân nhiệt của người là 370C nếu không có enzim thì sự chuyển hoá vật chấtkhông xảy ra được.

Nếu theo nguyên lí vật lí và hóa học để có năng lượng hoạt hóa cho phản ứnghóa học phải tăng nhiệt độ và áp suất để làm tăng tốc sự vận động của chúng, và nhưthế làm tăng năng lượng động học và làm chúng dễ va chạm vào nhau Còn enzim lạilàm giảm năng lượng hoạt hóa bằng cách liên kết với cơ chất thay đổi hình thù để dễtạo liên kết tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra trong điều kiện và áp suất bình thườngcủa cơ thể sống

Thông thường sự giảm năng lượng hoạt hóa dẫn tới sự tăng theo cấp số mũ tốc

độ phản ứng Enzim làm tăng tốc độ phản ứng hóa học bằng cách làm bền hóa trạngthái chuyển tiếp của phản ứng, từ đó làm giảm rào cản năng lượng hoạt hóa cho quátrình hình thành sản phẩm

* Các cơ chế để enzim làm giảm năng lượng hoạt hóa và tăng tốc phản ứng:

- Khi chất tham gia phản ứng liên kết trong vùng trung tâm hoạt động củaenzyme thì các chất được đưa vào gần nhau và định hướng sao cho chúng dễ dàngphản ứng với nhau

- Chất tham gia phản ứng khi liên kết với enzyme tại trung tâm hoạt tính có thể

bị kéo căng hoặc vặn xoắn làm cho các liên kết trong phân tử dễ bị đứt gãy ở ngaynhiệt độ hoặc áp suất bình thường, tạo điều kiện hình thành liên kết mới

- Enzyme khi liên kết với cơ chất có thể chuyển một số nhóm chức sang cơchất làm cho cơ chất chuyển sang trạng thái trung gian không ổn định

- Cấu trúc vùng trung tâm hoạt động có thể tạo ra vi môi trường có độ pH thấphơn so với trong tế bào chất nên enzyme dễ dàng truyền H+ cho cơ chất, một bướccần thiết trong quá trình xúc tác

6 Sự điều hòa hoạt động của enzim

Bằng nhiều cơ chế:

- Sự định khu và phân bố hoạt động của enzim: Mỗi enzim được định khu và

phân bố hoạt động đúng vị trí cần thiết

+ Các enzim hoạt động ngoại bào, ví dụ enzim pepsin trong dạ dày Đây làenzim ngoại bào, nhưng tế bào chỉ sản sinh enzim này ở dạng tiền enzim làpepsinogen không có hoạt tính và chỉ khi được tiết vào dạ dày nơi có pH = 2 thì mớichuyển thành dạng hoạt tính

+ Trong tế bào nhiều enzim được phân vùng hoạt động bằng cách định khu baogói lại VD các enzim thủy phân trong lizoxom Nếu màng lizoxom bị hỏng, cácenzim được giải phóng ra tế bào chất, chúng sẽ phân hủy toàn bộ tế bào (trường hợp

tự tiêu hoặc bệnh lí)

+ Nhiều enzim hoạt động theo dây chuyền được sắp xếp trật tự trên các màngnội bào VD enzim trong màng của ti thể và lục lạp

- Điều hòa hoạt động theo mối liên hệ ngược: Nhiều enzim hoạt động phối hợp

theo kiểu dây chuyền nối tiếp nhau Các sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm cuốicùng của dây chuyền sẽ là nhân tố hoạt hóa hoặc kìm hãm các enzim của phản ứngtrước đó hoặc sau đó của dây chuyền

- Điều hòa dị hình không gian: Là điều chỉnh cấu hình không gian của trung

tâm hoạt động thông qua trung tâm điều chỉnh bằng cách liên kết với các nhân tố điềuchỉnh

V CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HOẠT TÍNH CỦA ENZIM

Hoạt tính của enzim: được xác định bằng lượng sản phẩm được tạo thành từmột lượng cơ chất / một đơn vị thời gian

1 Nhiệt độ

Nhiệt độ cung cấp năng lượng cho phản ứng xảy ra Ta đã biết rằng tốc độ củamột phản ứng hóa học thông thường gấp đôi khi ta tăng nhiệt độ lên khoảng 100C.Hầu hết các chất xúc tác hóa học đều thể hiện sự tăng hoạt tính như vậy khi tăngnhiệt độ và các enzim cũng không phải ngoại lệ

Mỗi enzim có một nhiệt độ tối ưu, tại đó enzim có hoạt tính tối đa làm cho tốc

độ phản ứng xảy ra nhanh nhất Đa số enzim hoạt động ở nhiệt độ tối ưu từ 40 –

450C, đối với động vật nhiệt độ tối ưu là nhiệt độ cơ thể; đối với một số thực vật và vikhuẩn enzim có nhiệt độ tối ưu cao, ví dụ ở cây đu đủ enzim papaya có nhiệt độ tối

ưu đạt tới 650C, ở vi khuẩn cổ ưa nhiệt là 90 – 1000C

Khi nhiệt độ tăng quá cao so với nhiệt độ tối ưu thì sự tăng nhiệt độ làm tốc độphản ứng giảm dần cho tới khi mất hoàn toàn hoạt tính (điểm D) Đa số enzim nhiệt

độ điểm D là 600C Do ở nhiệt độ cao protein bị biến tính nên trung tâm hoạt độngcủa enzim bị biến đổi không khớp được với cơ chất nên không xúc tác được nữa

Enzim bị làm lạnh không mất hẳn hoạt tính mà chỉ giảm hay ngừng tác động.Khi nhiệt độ ấm lên enzim lại hoạt động bình thường Đặc biệt ở vùng băng giá Namcực và Bắc cực enzim của một số loài cá hoạt động ở - 20C

Ở giới hạn nhiệt độ của cơ thể sống tác động của enzim tuân theo định luậtVanhôp: Trong giới hạn nhiệt độ thích hợp, nếu nhiệt độ tăng lên 100C thì tốc độ phảnứng tăng gấp đôi cho đến khi đạt nhiệt độ tối ưu (điểm K)

ở pH = 2 (VD: pepsin,renin), hoặc pH kiềm mạnh (VD: enzim trong ruột non)

Ta thấy cấu hình enzim có thể được duy trì qua một dải pH tương đối rộng, cóthể lên tới 4- 5 đơn vị Tuy nhiên trong dải pH này vận tốc enzim sẽ thay đổi theo pH.Hoạt tính enzim cao nhất ở độ pH tối ưu, khi độ pH tối ưu thay đổi sẽ dẫn đến kìmhãm hoặc phá hủy enzim.

Các enzim hoạt động trong môi trường axit thường phải có các chuỗi axit amin

để duy trì được các liên kết ion và liên kết Hydro Liên kết tĩnh điện có trong prôtêinenzim thường do các gốc axit amin tích điện ngược dấu như axit glutamic (-) và lizin(+) tạo thành Liên kết này rất nhạy cảm với nồng độ ion H+ Trong dung dịch càng cónhiều ion H+ thì phân tử enzim tích điện âm càng ít và tích điện dương càng nhiều

4 Nồng độ enzim: Với một lượng cơ chất xác định, khi nồng độ enzim càng

cao thì hoạt tính của enzim càng tăng

5 Chất ức chế hoặc hoạt hoá enzim: có thể làm tăng hay ức chế hoạt tính của

enzim

a) Các chất ức chế:

Có các chất ức chế cạnh tranh và các chất ức chế không cạnh tranh

Các chất ức chế cạnh tranh: là những chất có cấu trúc và hình dạng tương tự

cấu trúc cơ chất, do đó có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của E chiếm chỗkết hợp của cơ chất → làm giảm số lượng phân tử enzim kết hợp với cơ chất VD:xucxinat đehiđrogennaz là enzim chuyển hoá axit xucxinic, chất kìm hãm cạnh tranhvới nó là axit malonic

Vì chất ức chế cạnh tranh có thể gắn vào cùng một ví trí trên enzym với cơchất và đó là phản ứng thuận nghịch, do vậy nó có thể bị chiếm chỗ khi tăng nồng độ

cơ chất

Chất ức chế cạnh tranh làm tăng Km nhưng không thay đổi Vmax

Các chất ức chế không cạnh tranh: Chất này kết hợp với enzim ở chỗ khác với

trung tâm hoạt động làm thay đổi cấu trúc không gian của phân tử enzim theo hướngkhông có lợi cho hoạt tính xúc tác làm giảm tốc độ phản ứng Sau khi kết hợp vớichất kìm hãm không cạnh tranh, E vẫn có thể kết hợp với cơ chất tạo thành phức EIS

Các chất ức chế không cạnh tranh thường là các ion kim loại nặng như Hg2+,

Ag2+ Chất ức chế không cạnh tranh không thể bị thay thế và không liên quan tới sự