Emzyme oxy hóa-khử

http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 17 - CHƯƠNG 3. ENZYME OXY HÓA - KHỬ. Trong các phản ứng oxy-hóa - khử sinh học điện tử từ cơ chất được vận chuyển đến oxy không khí theo từng bước trên cơ sở giảm dần thế khử tiêu chuẩn. Mỗi enzyme oxy hóa - khử hoạt động nhờ sự phối hợp của một nhóm chức năng gọi là cofactor hoặc coenzyme. Trong khi đó, phần protein của enzyme (apoenzyme) quy đònh tính đặc hiệu cơ chất, hoạt hóa cơ chất và hoạt hóa cofactor thông qua tác dụng làm biến đổi thế khử của chúng. Mặc dù có hàng trăm loại enzyme oxy hóa - khử khác nhau tham gia trong các quá trình oxy-hóa sinh học, song chỉ có một số rất ít các cofactor hoặc coenzyme làm nhiệm vụ nhận hoặc nhường điện tử giữa cơ chất và sản phẩm. Ví dụ, người ta đã phát hiện được trên 250 enzyme đều sử dụng các coenzyme nicotinamide nucleotide (NAD + hoặc NADP + ) làm chất nhận điện tử. Chúng xúc tác cho các phản ứng có dạng dưới đây: AH 2 + E.NAD + A + E.NAD.H + H + và AH 2 + E.NADP + A + E.NADP.H + H + Thế khử của cơ chất (AH 2 ) được chuyển cho NAD.H (hoặc NADP.H) để sau đó sẽ tham gia trong các quá trình oxy hóa - khử khác. Một số dehydrogenase khác sử dụng các flavine nucleotide (F) làm coenzyme và xúc tác các phản ứng có dạng tổng quát sau đây: AH 2 + E.F E.FH 2 + A Enzyme ở dạng khử (E.FH 2 ) có thể vận chuyển điện tử và proton của nó cho các chất khác (ví dụ trong quá trình phosphoryl hóa oxy-hóa) hoặc cho O 2 để tạo ra H 2 O 2 : E.FH 2 + O 2 E.F + H 2 O 2 Xúc tác cho các phản ứng loại này là các enzyme thuộc nhóm oxydase. Cofactor của các enzyme loại này có thể là các ion kim loại như Cu 2+ , Fe 2+ hoặc các hợp chất hữu cơ tương đối phức tạp mà chúng ta sẽ xét đến sau. Các enzyme oxy hóa - khử của chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể và trong lục lạp cũng có cofactor là kim loại (Fe, Cu, Mo .), heme hoặc các hợp chất hữu cơ chứa sắt và lưu huỳnh. Thông thường chỉ có một nhóm chức năng của một enzyme oxy hóa - khử kết hợp với một chuỗi polypeptide để tạo ra một đơn vò hoạt động. Tuy nhiên, nhiều enzyme chứa một tập hợp các nhóm chức năng, bao gồm flavin nucleotide, các nhóm chứa sắt và lưu huỳnh, các nhóm heme và cả kim loại để tạo nên một chuỗi vận chuyển điện tử với chiều dài và mức độ phức tạp khác nhau để đáp ứng các nhu cầu đặc biệt của trao đổi chất. GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 18 - I. DEHYDROGENASE PHỤ THUỘC PYRIDINE. Dehydrogenase phụ thuộc pyridine là nhóm enzyme oxy hóa - khử mà coenzyme là một trong các dẫn xuất của pyridine. hai coenzyme phổ biến nhất của nhóm dehydrogenase này là nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) và nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP). Công thức cấu tạo của chúng được giới thiệu trong hình 2. Hình 2. Công thức cấu tạo của NAD + (R = OH) và NADP + (R = H 2 PO 3 ) Nhóm dehydrogenase này làm nhiệm vụ vận chuyển thuận nghòch từng đôi đương lượng khử (đôi điện tử hoặc đôi điện tử cùng với đôi proton) từ cơ chất AH 2 đến dạng oxy hóa của coenzyme (NAD + hay NADP + ). Một trong hai đương lượng đó ở dạng hydro nằm trong pyridine nucleotide khử (NAD.H hay NADP.H), còn đương lượng kia - ở dạng điện tử. Nguyên tử hydro thứ hai sau khi tách khỏi cơ chất được chuyển vào môi trường ở dạng ion H + tự do (hình 3). Những dehydrogenase liên quan với NAD chủ yếu tham gia quá trình hô hấp tức quá trình vận chuyển điện tử từ cơ chất đến oxy. Trong khi đó, các enzyme liên quan với NADP chủ yếu tham gia vận chuyển điện tử từ cơ chất tham gia phản ứng dò hóa đến các phản ứng khử của quá trình sinh tổng hợp. Vì vậy, phần lớn NAD được phát hiện trong ty thể, còn đa số NADP thì nằm trong phần hòa tan của tế bào chất. GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 19 - Hình 3. Phản ứng dehydrogenase phụ thuộc pyridine. Đa số dehydrogenase phụ thuộc pyridine chỉ đặc hiệu với NAD hay chỉ đặc hiệu với NADP. Tuy nhiên có một số dehydrogenase (ví dụ glutamate dehydrogenase) có thể sử dụng cả hai coenzyme này. Trong bảng 3 giới thiệu một số dehydrogenase phụ thuộc pyridine và gía trò E o ' của đôi cơ chất chòu tác dụng của chúng. Chiều hướng của phản ứng và thành phần cân bằng của hệ thống oxy hóa - khử do nhóm enzyme phụ thuộc pyridine xúc tác có thể dự đoán trên cơ sở thế khử tiêu chuẩn của đôi NADH - NAD + (hay NADP.H - NADP + ) mà E o ' của chúng bằng -0,32V. Nếu quá trình oxy hóa - khử được thực hiện trong điều kiện tiêu chuẩn thì hệ thống có giá trò âm của thế khử tiêu chuẩn cao hơn so với NAD và NADP, sẽ có xu hướng nhường điện tử cho dạng oxy-hóa của những coenzyme này, còn những hệ thống có giá trò dương của thế khử tiêu chuẩn lớn hơn sẽ có xu hướng nhận điện tử từ NADH hay NADPH. Nhiều enzyme thuộc nhóm dehydrogenase phụ thuộc pyridine thường tồn tại ở một số dạng isoenzyme khác nhau, trong đó các cấu trúc dưới đơn vò phối hợp theo các tỷ lệ khác nhau. Ví dụ điển hình là trường hợp của lactate dehydrogenase. Enzyme này chứa hai loại phần dưới đơn vò ký hiệu là H và M. Trong tế bào đã phát hiện 5 loại isoenzyme với 5 kiểu phối hợp khác nhau giữa hai loại phần dưới đơn vò này. Do có cấu trúc dưới đơn vò khác nhau, nên mỗi dạng isoenzyme cũng phân biệt nhau bởi các giá trò K m và V max đặc trưng trong quan hệ với mỗi loại cơ chất và đóng các vai trò khác nhau trong quá trình trao đổi chất. GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 20 - Bảng 3. Thế khử tiêu chuẩn cuả một số hệ thống dehydro-genase phụ thuộc pyridin. Hệ thống E o ' của đôi cơ chất, (V) Phụ thuộc NAD Isocitrate dehydrogenase - 0,38 D-β-oxybutyratedehydrogenase - 0,32 Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase - 0,29 Dihydrolipoil dehydrogenase - 0,24 Alcohol dehydrogenase - 0,20 Lactate dehydrogenase - 0,19 L-malate dehydrogenase - 0,17 Phụ thuộc NADP Isocitrate dehydrogenase - 0,38 Glucoso-6-phosphate dehydrogenase - 0,32 Phụ thuộc NAD hoặc NADP L-glutamate dehydrogenase - 0,14 NAD không chỉ đóng vai trò như một coenzyme trong các phản ứng oxy hóa - khử mà còn có thể tham gia trao đổi chất tế bào với các chức năng khác. Ví dụ, nó là một yếu tố không thể thiếu được trong phản ứng do ADN ligase của E. coli xúc tác. Trong phản ứng này NAD bò phân hủy thành AMP và nicotinamide mononucleotide (NMN) để cung cấp năng lượng cho sự hình thành liên kết phospho-diester giữa hai đoạn polydeoxyribonucleotide mà ADN ligase có nhiệm vụ phải nối lại. II. DEHYDROGENASE PHỤ THUỘC FLAVIN. Dehydrogenase phụ thuộc flavin (hay còn gọi là flavoprotein) là những enzyme ma øcoenzyme là riboflavin-5'-phosphate (flavin mononucleotide, FMN) hoặc flavin adenine dinucleotide (FAD) mà cấu trúc của chúng được giới thiệu trong hình 4. Sự kết hợp của coenzyme với apoenzyme trong các enzyme khác nhau được thực hiện bằng các kiểu liên kết khác nhau - hoặc liên kết đồng hóa trò, hoặc liên kết không đồng hóa trò. Tuy nhiên, ngay trong các trường hợp liên kết không đồng hóa trò thì sự kết hợp giữa coenzyme và apoenzyme vẫn luôn luôn chặt chẽ hơn so với các enzyme phụ thuộc pyridine. Ngoài ra, các enzyme flavine còn có thể chứa một hoặc vài ion kim loại, phức hệ sắt-lưu huỳnh hoặc heme để gây nên những biến đổi đáng kể trong hoạt tính xúc tác của chúng. Bộ phận hoạt động của phân tử FAD và FMN tham gia trong phản ứng là vòng isoaloxasine của riboflavin. FAD Hình 4. Cấu tao của FMN và FAD. GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 21 - Phản ứng được thực hiện bằng cách vận chuyển trực tiếp đôi nguyên tử hydro từ cơ chất đến FAD hoặc FMN để tạo ra dạng khử của coenzyme, tức FAD.H 2 hoặc FMN.H 2 (hình 5) . Trong tế bào chất nhận điện tử từ dehydrogenase phụ thuộc flavin thường là một số enzyme thuộc nhóm cytochrome. Thuộc nhóm flavoprotein quan trọng nhất là những enzyme sau đây: - NAD.H dehydrogenase: xúc tác sự vận chuyển điện tử từ NAD.H đến một chất nhận nào đó chưa được xác đònh, có thể là một protein chứa sắt nào đó trong chuỗi hô hấp. - Succinate dehydrogenase: xúc tác phản ứng oxy-hóa acid suxinic thành acid fumaric. Dihydrolipoyl dehydrogenase của hệ thống pyruvate dehydrogenase và α- cetoglutarate dehydrogenase. - Các flavoprotein xúc tác giai đoạn đầu của quá trình β-oxy-hóa acid béo. Bộ phận hoạt động của phân tử FAD và FMN tham gia trong phản ứng là vòng isoaloxasine của riboflavin. Phản ứng được thực hiện bằng cách vận chuyển trực tiếp đôi nguyên tử hydro từ cơ chất đến FAD hoặc FMN để tạo ra dạng khử của coenzyme, tức FAD.H 2 hoặc FMN.H 2 (hình 5) . Trong tế bào chất nhận điện tử từ dehydrogenase phụ thuộc flavin thường là một số enzyme thuộc nhóm cytochrome. Hình 5. Phản ứng dehydrogenase phụ thuộc flavin III. CYTOCHROME. Cytochrome là một nhóm protein chứa sắt có cấu tạo tương tự như hemoglobin, tham gia trong quá trình vận chuyển điện tử trong hô hấp cũng như trong quang hợp. Trong quá trình hô hấp cytochrome đảm nhận việc vận chuyển điện tử từ các enzyme flavin đến oxy không khí; trong quang hợp cytochrome tham gia trong vận chuyển điện tử ở pha sáng. Cytochrome giống hemoglobin và myoglobin ở chỗ nhóm thêm của chúng là các hợp chất porphyrin chứa sắt. Trong quá trình xúc tác xảy ra sự biến hóa thuận nghòch giữa Fe 3+ và Fe 2+ . Cytochrome đứng cuối cùng trong chuỗi hô hấp có khả năng khử trực tiếp oxy phân tử thành O 2- , vì vậy nó thường được gọi là cytochrome oxydase. Cytochrome được tìm thấy trong mọi cơ thể hiếu khí. Hơn thế nữa, hàm lượng của chúng trong các cơ quan khác nhau có quan hệ chặt chẽ với hoạt động hô hấp GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 22 - của các cơ quan đó. Ví dụ, cơ tim rất giàu cytochrome, nhưng trong gan, thận, não và đặc biệt là da, phổi hàm lượng cytochrome rất thấp. Các cytochrome khác nhau được phân biệt trên cơ sở quang phổ hấp thụ và được ký hiệu bằng các chữ cái a, b, c hoặc bằng cách ghi chú kèm theo gía trò của bước sóng hấp thụ cực đại (bảng 4). Trong ty thể của thực vật và động vật bậc cao đã tìm thấy hàng loạt cytochrome khác nhau: cytochrome a, cytochrome a 3 , cytochrome b, cytochrome b 2 , cytochrome c và cytochrome o. Hàng loạt cytochrome khác cũng được tìm thấy trong thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử trong thylacoid của lục lạp. Bảng 4. Tính chất của một số cytochrome của động vật có vú. Cytochrom e Đỉnh hấp thụ của các dạng khử E o ’ (mV) λ, nm λ, nm λ, nm a 3 600 . 445 +200 a 605 517 414 +340 c 550 521 416 +260 c 1 554 523 418 +225 b 563 530 430 +30 b 1 565 535, 528 430 -30 (+245) b 5 557 527 423 +0,03 Cytochrome thực hiện việc vận chuyển điện tử với sự tham gia trực tiếp của nguyên tử sắt trong thành phần của nhóm heme nằm tại trung tâm hoạt động của mỗi cytochrome. Nhóm thêm của hầu hết các cytochrome, trừ cytochrome a và cytochrome a 3 , đều là phức hệ giữa protoporphyrin IX với sắt như trong hemoglobin. Trong ty thể, các điện tử bắt nguồn từ dạng khử của các enzyme dehydrogenase phụ thuộc NAD hoặc flavoprotein được nguyên tử sắt trong thành phần của heme của một cytochrome tiếp nhận để sau đó lại được chuyển cho một nguyên tử sắt của một cytochrome khác. Trật tự của chuỗi vận chuyển này sẽ được đề cập đến sau. Đa số cytochrome gắn khá chặt với màng. Nhiều cytochrome phối hợp chặt chẽ với nhau và với các yếu tố vận chuyển điện tử khác, tạo nên các cấu trúc gồm nhiều phần dưới đơn vò để không những thực hiện chức năng vận chuyển điện tử, mà còn tham gia vào hoạt động bơm proton dể tạo ra gradient proton vốn cần cho việc tổng hợp ATP trong quá trình phosphoryl-hóa oxy hóa. Sau đây là một số cytochrome quan trọng nhất: 1. Cytochrome c. Cytochrome c là nhóm protein vận chuyển điện tử được nghiên cứu khá đầy đủ. Chúng hoạt động như những thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể, tiếp nhận điện tử từ phức hệ cytochrome bc 1 và sau đó chuyển cho phức hệ cytochrome aa 3 : GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 23 - Cytochrome bc 1 (Fe 2+ ) Cytochrome c (Fe 3+ ) Cytochrome aa 3 (Fe 2+ ) Cytochrome bc 1 (Fe 3+ ) Cytochrome c (Fe 2+ ) Cytochrome aa 3 (Fe 3+ ) 2. Cytochrome oxydase. Cytochrome oxydase là tổ hợp của cytochrome a và cytochrome a 3 , một trong số ít enzyme có khả năng khử oxy phân tử thành nước. Nó xúc tác phản ứng tổng quát sau đây: 4 Cytochrome a+a 3 (Fe 2+ ) + O 2 + 4H + → 4 Cytochrome a+a 3 (Fe 3+ ) +2H 2 O Cytochrome oxydase từ các nguồn khác nhau chứa 7 phần dưới đơn vò. Người ta cho rằng mỗi enzyme hoạt động là một dimer (MW=400.000) với 7 phần dưới đơn vò trong một monomer. Một trong các nhóm chức năng trong phân tử enzyme là heme A (hình 6). Hình.6. Công thức cấu tạo của heme A. Ion Fe 2+ trong heme A của cytochrome oxydase có ái lực rất mạnh với cả CO và O 2 . Ở dạng Fe 3+ nó rất dễ gắn với CN - , S 2- và NO 3 - ; điều đó giải thích vì sao những anion này có tính độc rất mạnh đối với mọi cơ thể hiếu khí. Mỗi phần dưới đơn vò I và II chứa một phân tử heme A liên kết không đồng hóa trò với apoenzyme để tương ứng tạo ra cytochrome a và cytochrome a 3 . Các nhóm chức năng khác là hai ion Cu 2+ cũng liên kết với phần dưới đơn vò II. Trong khi đó phần dưới đơn vò III được cho là có vai trò như một translocase vận chuyển proton. Phần lớn các gốc aminoacid của phần dưới đơn vò này chứa các gốc kỵ nước, song có 38 gốc hydroxyaminoacid phân bố suốt bề dày của màng. Những nhóm hydroxyl này tạo ra một mạng lưới các liên kết hydro để tạo ra những đường kênh để proton được vận chuyển qua đó. GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 24 - Có giả thuyết cho rằng cơ chế khử O 2 thành H 2 O bởi cytochrome oxydase xảy ra như mô tả trong hình 7. Cytochrome a của phần dưới đơn vò II là chất nhận điện tử sơ cấp từ cytochrome c và nhanh chóng chuyển điện tử cho một trong hai nguyên tử Cu ký hiệu là Cu A. Phần dưới đơn vò II nằm ở phía bề mặt tiếp xúc với bào tương, và nhóm heme A của nó đònh vò trong một kẽ hở kỵ nước. Các điện tử từ phức hệ heme A - Cu A tiếp tục được vận chuyển cho cytochrome a 3 của phần dưới đơn vò I vốn kết hợp với hai nguyên tử Cu khác, ký hiệu là Cu B, trong phần dưới đơn vò I. Phần dưới đơn vò I cũng chứa một kẽ hở dành cho heme A nhưng nằm về phía bề mặt của màng tiếp xúc với matrix của ty thể. Cytochrome a 3 và Cu B của phần dưới đơn vò I trực tiếp tham gia phản ứng khử O 2 thành H 2 O. Hoạt động của cytochrome a và a 3 còn giúp tích lũy năng lượng giải phóng trong quá trình vận chuyển điện tử để tạo ra gradient proton giữa hai phía của màng trong của ty thể. Gradient này cần để tổng hợp ATP trong quá trình phosphoryl hóa oxy-hóa. Cơ chế của sự hình thành gradient proton chưa được hiểu rõ, song có nhiều cơ sở để phỏng đoán rằng nó xảy ra trên những nét khái quát như sau: Các phần dưới đơn vò I và II (tức cytochrome a và cytochrome a 3 ) được bố trí trên màng trong của ty thể như mô tả trong hình 8. Khi một điện tử từ cytochrome c được cytochrome a tiếp nhận, pK của nhóm acid trong cytochrome a biến đổi, làm cho nó có thể tiếp nhận một proton từ matrix của ty thể. Sự sắp xếp của các phần dưới đơn vò sau đó thay đổi như mô tả trong hình vẽ, và cytochrome a ở dạng khử chuyển điện tử cho cytochrome a 3 , dẫn đến một số biến đổi trong pK của nhóm acid và giải phóng proton của cytochrome a ra phía bào tương cùa màng. Đây chỉ là một mô hình đơn giản của quá trình tạo ra gradient proton, trong đó chưa cho thấy vai trò của các phần dưới đơn vò khác, kể cả phần dưới đơn vò III vốn đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển proton. Tuy nhiên, đây là một mô hình hữu ích để lý giải hoạt tính vận chuyển proton của cytochrome oxydase cũng như của các phức hệ khác của ty thể. GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 25 - Hình 7. Sơ đồ mô tả giả thuyết về cách tổ chức của các phần dưới đơn vò (pdđv) I và II của cytochrome oxydase trong màng trong của ty thể. Có hai kẽ hở để heme A gắn vào đó: môt là nơi để cytochrome c tương tác với pdđv I (cytochrome a) và một để cytochrome c tương tác với pdđv II (cytochrome a 3 ) vốn làm nhiệm vụ tương tác trực tiếp với O 2 . Hình 8. Mô hình giải thích giả thuyết về cơ chế vận chuyển H + với sự tham gia của cytochrome a và cytochrome a 3 . 3. Các phức hệ cytochrome b. Các cytochrome nhóm b là những protein vận chuyển điện tử mà nhóm hoạt động là heme liên kết với apoenzyme bằng các kiểu liên kết không đồng hóa trò. Khoảng 80% cytochrome b nằm trong thành phần của phức hệ ubiquinone: cytochrome c reductase (phức hệ III) và khoảng 20% nằm trong phức hệ succinate: ubiquinone reductase (phức hệ II). Hoạt động của cytochrome b của phức hệ III gắn liền với quá trình phosphoryl hóa oxy-hóa. Chức năng của phức hệ III là tiếp nhận điện tử từ ubiquinone và chuyển nó cho cytochrome c với sự hình thành đồng thời gradient xuyên màng. Quá trình này có lẻ xảy ra như mô tả trong hình 9. Nó cho thấy điện tử được vận chuyển theo một vòng kín giữa các thành phần của phức hệ bc 1 và ubiquinone (Q) trong các phản ứng mà trong đó H + được tiếp nhận từ matrix của ty thể để sau đó được giải phóng ra phía bào tương. Một điện tử từ ubiquinone reductase (phức hệ II) được chuyển cho Q, đồng thời tiếp nhận một H + từ matrix của ty thể để tạo ra QH i , tức semiquinone của ubiquinone. QH i , sau đó tiếp nhận thêm một điện tử từ cytochrome b và một proton từ matrix của ty thể để biến thành QH 2 . QH 2 sau đó giải phóng một điện tử cho trung tâm Fe 2 S 2 rồi từ đó cho c 1 và chuyển một H + ra bào tương. Bản thân QH 2 biến thành QH i để lại chuyển một điện tử nữa cho cytochrome b và giải phóng H + thứ hai ra bào tương. Dạng oxy-hóa của ubiquinone (Q) sau khi hình thành sẽ khép kín chu trình. Phức hệ II, tức phức hệ succinate: ubiquinone reductase, có chức năng vận chuyển điện tử từ succinate đến khu vực ubiquinone trên màng ty thể. Nó chứa 4 phần dưới đơn vò polypeptide và ít nhất 3 trung tâm khử, phần dưới đơn vò 70.000 dalton là succinate dehydrogenase, chứa một FAD và hai trung tâm Fe 2 -S 2 . Phần dưới đơn vò 27.000 dalton chứa một trung tâm Fe 4 S 4 , còn hai phần dưới đơn vò thứ GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học http://www.ebook.edu.vn Trao đổi chất và năng lượng - 26 - ba và thứ tư (MW bằng 13.000 và 15.000) là apocytochrome b. Cơ chế vận chuyển điện tử giữa các nhóm chức năng trong phức hệ chưa được rõ. PHÍA BÀO TƯƠNG H + out H + out Q out cyt.b out + QH i out (QH 2out -e - ):Fe/S-prot cyt.c 1 deh. in :(e - + Q in ) QH i in + cyt.b in ⎯ QH 2in H + in H + in PHÍA MATRIX CỦA TY THỂ Hình 9 . Sơ đồ giải thích giả thuyết về cơ chế hoạt động của phức hệ ubiquinone:cytochrome c reductase. Mũi tên chỉ chiều của dòng điện tử và của H + . Q - ubiquinone; deh - dehydrogenase; prot - protein; cyt. - cytochrome; in - phía trong; out - phía ngoài. 4. Cytochrome b 5 . Cytochrome b 5 (MW=16.000) liên kết rất chặt với màng của mạng nội chất, song có thể hoà tan bằng các dung dòch detergent. Nó là thành phần của hệ thống ∆ 9 -stearyl CoA desaturase phụ thuộc NAD.H và bò lôi cuốn vào các phản ứng hydroxyl-hóa của microsome với sự tham gia của NADP.H. Chất nhường điện tử tự nhiên của cytochrome b 5 là NAD.H-cytochrome b 5 reductase, một loại flavoprotein gắn chặt với hệ thống màng của mạng nội chất. Chất nhận điện tử của cytochrome b 5 là stearyl CoA desaturase, cũng là một loại oxydase gắn chặt với màng. Reductase, cytochrome b 5 và desaturase có thể tập hợp lại ở bề mặt phía ngoài của màng liposome và xúc tác quá trình biến hóa sau đây: NAD.H+H + FAD 2 cytochrome b 5 2Fe 3+ R-CH=CH-C-CoA + 2H 2 O (Fe 2+ ) O O NAD + FAD.H 2 2 cytochrome b 5 2Fe 2+ R-CH 2 -CH 2 - C-CoA + O 2 + 2H + (Fe 3+ ) Reductase Desaturase 5. Cytochrome vi khuẩn và phosphoryl hóa oxy-hóa. Tế bào vi khuẩn không có các bào quan, kể cả ty thể. Tuy nhiên, màng tế bào vi khuẩn chứa các enzyme dehydrogenase, cytochrome và các trung tâm chứa sắt - lưu huỳnh để thực hiện phosphoryl hóa oxy-hóa. Trên cơ sở quang phổ hấp thụ người ta đã phát hiện trong tế bào vi khuẩn các cytochrome gống với cytochrome a, b, c, song chúng có cấu trúc và các tính chất chức năng rất khác với những cytochrome này trong tế bào eucaryote. Trong vi khuẩn quang hợp và cây xanh có nhiều cytochrome khác nhau tham gia trong quá trình vận chuyển điện tử. GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học [...]... dehydrogenase và oxydase AH có thể là cùng một cơ chất, ví dụ các purine và pyrimidine, mặc dù tốc độ sử dụng có thể khác nhau ở hai enzyme Hai enzyme này có thể phân biệt nhau ở chỗ xanthine chỉ là cơ chất của xanthine oxydase mà không thể là cơ chất của aldehyde oxydase, và 6-methylpurine chỉ là cơ chất của aldehyde oxydase chứ không thể là cơ chất của xanthine oxydase Xanthine oxydase oxy- hóa xanthine... một số nhóm chức năng làm cofactor Ví dụ, tryptophan-2,3-dioxygenase sử dụng nhóm heme để phá vỡ vòng indol của tryptophan 5 Hydroxylase chứa molybden Thuộc nhóm này có 3 enzyme động vật là sulfite oxydase, xanthine oxydase và aldehyde oxydase Tính chất đặc biệt của chúng là sử dụng molybden cùng với các cofactor khác Chúng không hoàn toàn là oxydase như tên gọi, nhưng xúc tác các phản ứng có dạng tổng... Monooxygenase là những enzyme xúc tác các phản ứng sử dụng O2, trong đó một nguyên tử oxy được chuyển cho sản phẩm còn nguyên tử oxy thứ hai bò khử thành nước Dioxygenase cũng sử dụng O2, nhưng cả hai nguyên tử oxy đều được chuyển cho sản phẩm Cytochrome P450 mà ta đã xét đến ở trên là một loại monooxygenase Các mono- và dioxygenase khác cũng sử dụng các nhóm chức GS.TS Mai Xuân Lương http://www.ebook.edu.vn... monooxygenase khác sử dụng α-cetoglutarate làm cơ chất và xúc tác các phản ứng có dạng tổng quát như sau: A + O2 + α-Cetoglutarate ⎯→ A-OH + Succinate + CO2 Loại monooxygenase này sử dụng sắt làm cofactor và xúc tác các quá trình tổng hợp 5-hydroxylysine, 3- và 4-hydroxyproline và carnitine Chúng cũng cần acid ascorbic để khử phức hệ enzyme-Fe3+ không hoạt động thành dạng enzymeFe2+ hoạt động Dioxygenase... hiện hoạt tính peroxydase Cả hai enzyme đều có thể sử dụng các hydroxyperoxide hữu cơ có các nhóm thế mạch béo ngắn làm cơ chất, ví dụ ethyl hydrogene peroxide và acid peracetic Bởi vì, về mặt sinh lý, các chất nhận khác có thể tồn tại với nồng độ cao, và nồng độ peroxide thấp, nên có thể nghó rằng catalase hầu như thay thế công việc của peroxydase trong các mô động vật 4 Oxygenase Monooxygenase là những... cofactor Monooxygenase đòi hỏi tiếp nhận 2 điện tử từ chất khử, trong khi đó dioxygenase không có đòi hỏi này Dopamine-monooxygenase là một enzyme chứa Cu2+ có mặt trong não và phần lõi thượng thận, xúc tác phản ứng tổng hợp norepinephrine từ dopamine (3,4dihydro-phenylethylamine) Quá trình xảy ra như sau: Sơ đồ phản ứng cho thấy oxy được hoạt hóa bởi phức hệ enzyme-Cu+ để sau đó một nguyên tử oxy được... các mô thực vật Nếu các phản ứng do catalase và peroxydase xúc tác được viết ở dạng HO HO O + –––– 2H2O + (catalase) HO HO O HO HO O và + R –––– 2H2O + R (peroxydase) HO HO O thì ta có thể thấy rõ tính tương đồng giữa hai phản ứng Có thể xem phản ứng catalase phân giải H2O2 thành H2O và O2 là một trường hợp đặc biệt của phản ứng peroxydase, trong đó peroxyde hydro vừa làm cơ chất vừa làm chất nhận Tính... chuyển cho dopamine để tạo ra sản phẩm, còn nguyên tử oxy thứ hai bò khử thành nước Để khử phức hệ enzyme-Cu2+ không hoạt động thành dạng enzyme-Cu+ hoạt động, cần có sự tham gia của acid ascorbic: Cofactor của monooxygenase rất đa dạng Ví dụ, vi khuẩn có nhiều loại enzyme flavin mà hoạt động của chúng cần NAD.H hoặc NADP.H làm chất khử; Một nhóm nhỏ monooxygenase động vật sử dụng tetrahydrobiopterin làm... và năng lượng - 30 - Sulfite oxydase của gan chuột (MW=120.000) được cấu tạo từ hai phần dưới đơn vò giống nhau, mỗi phần dưới đơn vò chứa heme liên kết không đồng hóa trò và molybdopterin với cấu trúc như sau: Molybdopterin Thiếu sulfite oxydase sẽ làm chậm sự phát triển trí tuệ và làm nẩy sinh nhiều vấn đề liên quan với hoạt động của hệ thần kinh Xanthine và aldehyde oxydase, có mặt trong gan và... ứng oxy hóa khử, với n bằng 2 đối với enzyme chứa Cu-Zn và bằng 3 đối với các enzyme chứa sắt và chứa mangan: Enz-Men+ + O2- ––––→ Enz-Me (n-1)+ + O2 Enz-Me(n-1)+ + O2- + 2H+ ––––→ Enz-Men+ + H2O2 3 Catalase và peroxydase Catalase có mặt hầu như trong mọi động vật, thực vật và vi khuẩn Nó có tác dụng ngăn ngừa sự tích lũy H2O2 bằng cách phân hủy chất này thành H2O và O2 H2O2 + H2O2 ⎯→ 2H2O + O2 Peroxydase . việc của peroxydase trong các mô động vật. 4. Oxygenase. Monooxygenase là những enzyme xúc tác các phản ứng sử dụng O 2 , trong đó một nguyên tử oxy được. của tryptophan 5. Hydroxylase chứa molybden. Thuộc nhóm này có 3 enzyme động vật là sulfite oxydase, xanthine oxydase và aldehyde oxydase. Tính chất đặc