Đang tải... (xem toàn văn)
– enzyme allosteric, ngoài trung tâm hoạt động còn có một số vị trí khác cũng có thể tương tác với các cơ chất khác gọi là “trung tâm allosteric” – trung tâm dị thể, trung tâm đ[r]
(1)Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Chương 7: Enzyme
I BẢN CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA ENZYME
II CƠ CHẾ TÁC DỤNG CỦA ENZYME
III.TIỀN ENZYME (ZYMOGEN, PROENZYME) VÀ SỰ HOẠT HÓA
IV.TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME
V CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬN TỐC PHẢN ỨNG ENZYME
VI.CÁCH GỌI TÊN VÀ PHÂN LOẠI ENZYME
VII.CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ENZYME
VIII.ỨNG DỤNG VÀ NGUỒN THU NHẬN ENZYME
1
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
I.BẢN CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA ENZYME
Enzyme = chất xúc tác sinh học có chất protein, có khả xúc tác đặc hiệu
cho phản ứng hóa học định
2
Bản chất protein enzyme
M = 20000 – 1000000 không qua màng bán thấm
Hịa tan nước, dd muối lỗng, dd hữu có cực, khơng hịa tan dung mơi khơng phân cực
Enzyme bị biến tính khả xúc tác
t0cao, acid / kiềm mạnh, muối kim loại nặng
Điện ly lưỡng cực phân tách pp điện di
(2)Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Cường lực xúc tác
Enzyme có cường lực xúc tác mạnh nhiều so vơi xúc tác thông thường:
– Trong phút:
• 1mol Fe3+xúc tác phân ly 10-6mol H 2O2
•1 phân tử catalaza có nguyên tử Fe xúc tác phân
ly 5.10-6mol H 2O2
–1g pepxin thủy phân 5kg Protein trứng luộc nhiệt độ bình thường
–1 phân tử -amilaza sau giây phân giải 4000 liên kết glucozit phân tử tinh bột
4
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
≈
≈ 554 GIỜ554 GIỜ
10 1055HH
2
2OO2 101055HH22O + 5.10O + 5.1044OO22
Fe Fe3+3+
Catalase 1 giây1 giây
5
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Cấu tạo hóa học enzyme
Enzyme chia thành loại:
–Enzyme cấu tử: protein đơn giản
–Enzyme cấu tử:
•Phần protein (feron,apoenzyme): qđ tính đặc hiệu hoạt tính xúc tác enzyme
•Phần phi protein (nhóm ngoại agon, prostetic): qđ kiểu phản ứng enzyme xúc
tác Khi nhóm ngoại tồn xúc tác độc lập gọi coenzyme.
(3)Cofactor
Cofactor: ion kim loại Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+hoặc phân tử hữu
cơ hay phức hữu chứa kim loại phức tạp (gọi
coenzyme)
Một enzyme cần coenzyme thêm vài kim loại
Hóa Sinh Đại Cương –Chương 7
Một số enzyme có chứa cần nguyên tố vô để làm cofactor
Cofactor Enzyme
Fe2+,Fe3+
Cu2+
Zn2+
Mg2+
Mn2+
K+
Ni2+
Mo Se
Cytochrome Oxydase Catalase, Peroxydase Cytochrome Oxydase
Carbonic Anhydrase, Alcohol Dehydrogenase Hexokinase, Glucoso-6-phosphatase, Pyruvate kinase Arginase, Ribonucleotide reductase
Pyruvate kinase Urease Dinitrogenase Glutathion eperoxidase
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Một số coenzyme làm vật trung chuyển nguyên tử các nhóm nguyên tử đặc hiệu
COENZYME
Nhóm vận chuyển
Chất tiền thân thức ăn động vật
có vú Thiamine
pyrophosphate
Aldehyde Thiamine (Vit B1) Flavine adenine
dinucleotide
Điện tử Riboflavine (Vitamine B2) Nicotinamide
dinuclotide
Điện tử Nicotinic acid (Niacin)
(4)II Cơ chế tác dụng enzyme
1 Trung tâm hoạt động
2 Trung tâm điều hoà dị lập thể (Allostetic) 3 Hệ thống đa enzyme điều hòa hoạt động xúc tác enzyme
4 Các loại liên kết ES E tác dụng lên S
5 Cơ chế tác dụng enzyme
Hóa Sinh Đại Cương –Chương 10
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
1 Trung tâm hoạt động enzyme Trung tâm hoạt động enzyme = phần
phân tử cấu trúc enzyme mà enzyme + chất sản phẩm
–Ở enzyme cấu tử: trung tâm hoạt động = nhóm định chức acidamin (SH Cys, OH Ser,
Tyr, nhóm -NH2của Lys, COOH Glu, Asp, vịng imidazol His, indol Trp)
–Ở enzyme cấu tử, trung tâm hoạt động = nhóm ngoại (vitamin, ion kim loại) + nhóm định chức
apoenzyme
11
2 Trung tâm điều hoà dị lập thể
(Allostetic)
Trong cấu trúc enzyme dị thể, enzyme điều hòa
–enzyme allosteric, ngồi trung tâm hoạt động cịn có số vị trí khác tương tác với chất khác gọi “trung tâm allosteric” –trung tâm dị thể, trung tâm điều hòa
Các chất kết hợp với trung tâm gọi chất “điều hòa allosteric” –chất điều hòa dị lập thể Các chất kết hợp với enzyme làm thay đổi
cấu trúc không gian enzyme trung tâm hoạt động Do enzyme thay đổi hoạt độ xúc tác
(5)2 Trung tâm điều hoà dị lập thể
(Allostetic)
Trong q trình kết hợp với enzyme chất điều hịa allosteric khơng bị chuyển hóa tác động
enzyme
Các chất điều hịa allosteric có khả làm tăng hoạt độ enzyme gọi chất điều hòa dương, chất làm giảm hoạt độ enzyme gọi chất điều hòa âm
Hầu hết enzyme dị thể có cầu trúc bậc 4, phân tử có hai hay có số trung tâm hoạt động có khả kết hợp với số chất Trong trường hợp chất có khả thực chức chất điều hịa ta có điều hồ đồng hướng – homotropic Trong
trường hợp chất điều hịa có cấu trúc khác với chất ta có điều hịa dị hướng –heterotripic Thơng thường
Hóa Sinh Đại Cương –Chương 13
2 Trung tâm điều hoà dị lập thể
(Allostetic)
Hầu hết enzyme dị thể có cầu trúc bậc 4, phân tử có hai hay có số trung tâm hoạt động có khả kết hợp với số chất
Trong trường hợp chất có khả thực chức chất điều hịa ta có điều hoà đồng hướng – homotropic
Trong trường hợp chất điều hịa có cấu trúc khác với chất ta có điều hịa dị hướng – heterotripic
Thơng thường enzyme allosteric điều hòa theo kiểu hỗn hợp bao gồm homotropic heterotropic
Hóa Sinh Đại Cương –Chương 14
3 Hệ thống đa enzyme điều hòa hoạt động xúc tác enzyme Có trọng lượng phân tử lớn
Thường chứa từ ba enzyme khác trở lên kết hợp chặt chẽ cách tương tác khơng đồng hóa trị
Mỗi enzyme xúc tác phản ứng riêng biệt với enzyme khác xúc tác phản ứng tổng thể
Ví dụ: Pyruvat dehydrogenase hay Synthetase
(6)4 Các loại liên kết ES E tác dụng lên S
Khi chất liên kết với enzyme vị trí trung tâm hoạt động hình thành phức hợp trung
gian enzyme –cơ chất ES
Liên kết chủ yếu phức ES:
–Tương tác tĩnh điện
–Liên kết hydro
–Tương tác Van der Waals
Hóa Sinh Đại Cương –Chương 16
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
5 Cơ chế tác dụng enzyme
(E: enzyme, S: chất, P: sản phẩm, ES: phức hợp trung gian enzyme-cơ chất)
3 giai đoạn:
–Gđ 1: E +S lk yếu phức enzyme-cơ chất (ES) không bền (xảy nhanh, NL hoạt hóa thấp)
–Gđ 2: biến đổi S sự kéo căng phá vỡ liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng
–Gđ 3: tạo thành P E giải phóng dạng tự
E + S 1 ES2 EP3E + P
17
CƠ CHẾ TÁC DỤNG CỦA ENZYME LÊN CƠ CHẤT
(7)Biến thiên lượng tự phản ứng hóa học
Hóa Sinh Đại Cương –Chương 19
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Mơ hình “Chìa khóa” Fisher về ăn khớp enzyme
chất (Năm 1894)
TT
hoạt động
Cơ chất
Enzyme
Enzy me
Cơ chất
20
Mơ hình “Khớp cảm ứng” Koshland ăn khớp Enzyme chất (Năm 1958)
Enzym e
Enzy me TT
hoạt động
(8)Hóa Sinh Đại Cương –Chương
III Tiền enzyme (zymogen, proenzme) hoạt hóa
Zymogen hay proenzyme làtrạngtháichưa hoạt
hóa enzyme, cần phải có biến đổi
sinh hóa(phản ứng thủyphânchẳng hạn) để trở
thành enzymehoạt động
Thông thường phần proenzyme (1 đoạn
peptide) cắt để hình thành trung tâm
hoạt động củaenzyme
Sau khihoạthóa,khả năngxúc táccủaenzyme
bị giới hạn (tăngtính đặc hiệu), lại tăng độ bền vữngvàhoạttính xúc tác lênnhiều lần
22
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
IV Tính đặc hiệu enzyme
Tínhđặc hiệucao củaenzyme =khả
xúc tác chosự chuyểnhóamộthaymột số chất địnhtheomột kiểu phản ứng địnhtácdụngcó tínhchọn lựacao
Baogồm:
–Đặc hiệu kiểu phản ứng
–Đặc hiệu chất
23
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Đặc hiệu kiểu phản ứng
Đặc hiệu kiểu phản ứng thể chỗ
enzyme xúc tác cho kiểu phản ứng chuyểnhóamột chất định:
– Oxy hốnhờoxydaza:
RCHCOOH + ½ O2RCOCOOH + NH3
NH2
–Khửcacboxylnhờdecarboxylaza: RCHCOOHRCH2NH2 + CO2
NH2
(9)Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Đặc hiệu chất
Cơ chất chất có khả kết hợp vào trung tâm hoạt động enzyme bị chuyển hóa tác dụng enzyme
Mức độ đặc hiệu enzyme không giống nhau, người ta thường phân biệt thành mức
sau:
–Đặc hiệu tuyệt đối:
–Đặc hiệu tương đối:
–Đặc hiệu nhóm:
–Đặc hiệu quang học (đặc hiệu lập thể)
25
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Đặc hiệu tuyệt đối
Enzyme chỉ tác dụng trên một cơ
chất định vàhầu như khơng có tácdụng với chấtnào khác:
Urea CO2 + 2NH3
Acetamide Không xảy ra
Ureaza Ureaza H2O
Ureaza Ureaza H2O
26
Đặc hiệu tương đối
Enzyme có khả
tác dụng lên kiểu
liên kết hóa học định phân tử chất mà không phụ thuộc vào cấu tạo
các phần tham gia tạo
thànhmốiliênkết
CH2– O – CO - R1
CH – O – CO - R2
CH2– O – CO – R3 HO - H
CH2– O – H HOOC – R1
CH – O – H + HOOC – R2
(10)Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Đặc hiệu nhóm
Enzyme cókhả năngtácdụnglênmột kiểuliênkếthóa
học định với điều kiện mộttrong haiphầntham gia
tạothành liênkết phảicócấu tạoxácđịnh:
R – C – N – CH … R – C – OH + NH2– CH…
COOH R’ R’
H COOH
Carboxyl peptidaza
H2O
O O
R – C – N – CH … không phản ứng
R’
H CH2
Carboxyl peptidaza
H2O
O
COOH
28
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
Đặc hiệu quang học (đặc hiệu lập thể)
Enzyme chỉ tác dụng một trong hai dạng đồngphân quanghọc củacácchất:
COOH HO–CH
CH2–COOH
CH–COOH HOOC–CH
Fumarathydrataza
L – malic Acid fumaric
29
Hóa Sinh Đại Cương –Chương
V Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme
Nồng độ enzyme
Nồng độ chất (mơ hình Michaelis – Menten)
Ảnh hưởng chất kìm hãm
Các chất hoạt hóa
Nhiệt độ
pH môi trường