Hóa Sinh

HÓA HỮU CƠ VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ SINH CHUYỂN HÓA PHÂN LOẠI ENZYME VÀ CHUYỂN HÓA TRONG CƠ THỂ Các q trình hóa sinh thể sinh vật hầu hết phản ứng hữu thông dụng, phần lớn chúng xúc tác enzyme Enzyme đại phân tử có cấu trúc proteine (thường bậc 4), sản phẩm tế bào đảm nhận vai trò xúc tác quan trọng chuyển hóa thể Enzyme giúp tăng tốc độ phản ứng lên đến 106 lần so với bình thường Ngồi ra, nhờ cấu trúc ba chiều phức tạp enzyme, chúng có đặc tính quan trọng “chọn lọc chất nền” “chọn lọc phản ứng” Mỗi enzyme xúc tác cho vài chất có cấu trúc tương tự xúc tác cho loại phản ứng (oxy hóa – khử, vận chuyển nhóm chức, thủy phân,…) Phản ứng xúc tác enzyme thường kèm với coenzyme (cofactor), chúng phân tử nhỏ đóng vai trị hoạt hóa enzyme hỗ trợ enzyme chất tham gia phản ứng hữu Các coenzyme thông dụng như: NADH, FADH2, Thiamine (vitamin B1) pyrophosphate, Pyridoxal (vitamine B6) phosphate, S-adenosyl methionine (SAM),… Có mn vàn loại enzyme xúc tác cho nhiều kiểu phản ứng khác Vì thế, Hiệp hội enzyme quốc tế (Enzyme commission) đề nghị danh pháp EC để giới nghiên cứu không bị nhầm lẫn vô số loại xúc tác sinh học Đây hệ thống phân loại gồm chữ số, phân loại dựa theo kiểu phản ứng xúc tác enzyme Mỗi enzyme xúc tác cho loại phản ứng tương ứng kiểu chất (chất nền) định danh pháp chúng biểu diễn chữ số VD 1: enzyme lactate dehydrogenase có danh pháp 1.1.1.27 với chữ số có ý nghĩa riêng: Chữ số Nhóm enzyme (class): số có nghĩa nhóm oxidoreductase chuyên xúc tác cho phản ứng oxy hóa khử Chữ số thứ hai Phân nhóm enzyme (subclass): số có nghĩa chuyên thực phản ứng nhóm CHOH Chữ số thứ ba Phân nhóm phân nhóm enzyme (sub-subclass): số có nghĩa chất oxy hóa nhóm NAD+ NADP+ Chữ số thứ tư Số seri (số thứ tự) enzyme nhóm VD 2: enzyme ribose-phosphate diphosphokinase có danh pháp 2.7.6.1 với chữ số có ý nghĩa riêng: Chữ số Nhóm enzyme (class): số có nghĩa nhóm transferase chuyên xúc tác cho phản ứng chuyển nhóm chức từ chất sang chất Chữ số thứ hai Phân nhóm enzyme (subclass): số có nghĩa chuyên thực phản ứng chuyển nhóm chức chứa phospho Chữ số thứ ba Phân nhóm phân nhóm enzyme (sub-subclass): số có nghĩa nhóm chuyển mang nguyên tử phospho (diphosphotranferase) Chữ số thứ tư Số seri (số thứ tự) enzyme nhóm Người ta chia enzyme thành loại đánh số từ đến theo trật tự cố định bảng sau: Nhóm enzyme Oxidoreductase BẢNG PHÂN LOẠI ENZYME Xúc tác phản ứng Oxy hóa: lấy bớt nhiều cặp nguyên tử hydro thêm vào mộ nhiều nguyên tử oxy từ chất Khử: thêm vào chất nhiều cặp nguyên tử hydro Transferase Di chuyển loại nhóm chức định từ chất sang chất khác (chuyển nhóm methyl, nhóm phosphate,…) Hydrolase Thủy phân liên kết ester, amide hay peptide,… Isomerase Đồng phân hóa: thay đổi trật tự liên kết phân tử Lyase Tách cộng nhóm chức khỏi chất mà phản ứng thủy phân Ligase (Synthetase) Kết hợp nhóm chức hay nhiều phân tử lại cách hình thành liên kết CÁC Cơ chế ví dụ Cơ chế: gốc tự do, lấy ion hydride (H-) tạo carbocation VD: dehydrogenase, oxidase Cơ chế: phản ứng SN2, cộng AN, tautomer hóa, thủy phân,… VD: transaminase, kinase, deamidase,… VD: esterase, amidase, peptidase, pepsin, chymotrypsin, trypsin,… Cơ chế: tautomer hóa, chuyển vị theo kiểu pericyclic (sigmatropic, điện vòng,…),… VD: isomerase,… Cơ chế: tách E1, E2, E1cb, retro-aldol hóa,… VD: decarboxylase, aldolase,… Cơ chế: cộng AE, AN, Michael, chuyển vị carbocation, SEAr, aldol hóa, SN1, SN2,… VD: citric acid synthetase,… LOẠI PHẢN ỨNG HĨA SINH THƠNG DỤNG 2.1 Phản ứng nucleophile sinh hóa Một phản ứng nucleophile quan trọng hóa sinh phản ứng SN2 xúc tác enzyme methyltransferase phụ thuộc S-adenosyl methionine (SAM) SAM coenzyme đóng vai trị cung cấp nhóm methyl: tưởng tượng SAM tình đơn giản nhóm methyl gắn với nhóm sulfide Hình bên ví dụ cho q trình vận chuyển nhóm methyl từ SAM đến ngun tử nitrogen adenine phân tử DNA vi khuẩn Phản ứng loại thường gọi N-methyl hóa Như thấy hình, tâm phản ứng (active site) enzyme, nhóm carboxylate đóng vai trị base để nhận H+ tách từ phân tử nitrogen Vì vùng khơng gian tâm hoạt động bé, nên xem q trình diễn đồng thời với trạng thái chuyển tiếp minh họa bên Một q trình methyl hóa phụ thuộc SAM khác xúc tác enzyme gọi catechol-Omethyltransferase Chất epinephrine, hay tên gọi phổ biến adrenaline, phản ứng phần q trình chuyển hóa adrenaline thể Lưu ý, ví dụ này, nucleophile cơng nhóm OH phenol khơng phải nguyên tử nitrogen (đó lý mà người ta gọi enzyme O-methyltransferase) Đặc biệt OH vị trí meta so với mạch carbon chứa nitrogen phản ứng trước, khơng phải OH vị trí para Đối với phản ứng nucleophile phản ứng hóa sinh, việc tạo nhóm cho nhóm OH điều quan trọng Góp phần tạo thành nhóm phản ứng hóa sinh trình chuyển nhóm hydroxyl (OH) thành diphosphate phosphate, hay cịn gọi q trình phosphoryl hóa Phản ứng SN1 đóng vai trị chủ đạo đường chuyển hóa carbonhydrate DNA/RNA Phản ứng phần chuỗi tổng hợp sinh học Cần lưu ý số điểm đây: đầu tiên, nhóm diphosphate làm bền ion Mg2+ vùng hoạt động liên kết hydro với amino acid khác (khơng biểu diễn hình), điều làm cho dễ dàng Carbocation trung gian bền vững nhờ cộng hưởng cặp electron nguyên tử oxy lân cận nhờ nhóm carboxylate aspartate vùng hoạt động Lưu ý nhóm carboxylate lúc nằm phía sau mặt phẳng (do yếu tố lập thể enzyme) nên phân tử ammonia phải công từ xuống, làm nghịch đảo hồn tồn cấu hình carbon bất đối (chỉ tạo đối quang nhất), điều bất thường phản ứng SN1 2.2 Phản ứng cộng nucleophile sinh hóa Hợp chất carbonyl dễ dàng tham gia phản ứng cộng nucleophile thể nhờ xúc tác loại enzyme khác Lưu ý phản ứng cần xúc tác acid – base, thứ tồn vùng hoạt động enzyme, trình gần diễn đồng thời với tính chọn lọc lập thể cao Các nhóm hợp chất carbonyl điển hình hợp chất tự nhiên loại carbonhydrate (saccharide) Hai phân tử monosaccharide tìm thấy nhiều tự nhiên D-glucose (chứa nhóm aldehyde) D-fructose (chứa nhóm ketone) Trong dung dịch điều kiện bình thường, monosacchride tồn dạng mạch vịng mạch hở, mạch vòng chiếm ưu Ở dạng mạch vòng, D-glucose tồn chủ yếu dạng vịng 6; đó, D-fructose tồn chủ yếu dạng vịng lẫn Trong dạng mạch vòng monosaccaride, đồng phân β chiếm tỉ lệ cao α Lưu ý cân biểu diễn hồn tồn q trình tự diễn biến khơng có xúc tác enzyme Sản phẩm dạng vịng cịn gọi hợp chất hemiacetal hemiketal với nhóm OH carbon số (carbon anomer) gọi danh pháp tên với hợp chất (OH hemiacetal hemiketal) Nhóm OH dễ chuyển thành nhóm nhờ q trình phosphoryl hóa Các phân tử monosaccharide liên kết với vị trí C1 (carbon anomer) để tạo thành liên kết glycoside Quá trình thực nhờ enzyme chuyển nhóm phosphate enzyme glycosyl transferase theo chế sau Ở bước A1, nhóm OH hemiacetal phosphoryl hóa sau tiếp tục gắn thêm hợp phần UMP (uracil monophosphate) từ UTP để tạo thành nhóm -OUDP (uracil diphosphate) bước A2, đóng vai trị nhóm dễ Nhóm -OUDP lúc xuất dễ dàng, tạo thành carbocation bền vững sau bị cơng nhóm OH mạch cellulose để tạo thành hợp chất acetal với liên kết glycoside Carbon electrophile nhóm aldehyde ketone cịn mục tiêu công amine alcol Kết công nucleophile amine thay nhóm C=O nhóm C=N, hay cịn gọi nhóm imine Ở điều kiện pH khoảng 7, giống với điều kiện sinh lý, nhóm imine (đóng vai trị base yếu) vẽ dạng trung hịa (khơng ion hóa) dạng iminium (dạng ion hóa) Q trình tạo iminium biểu diễn theo sơ đồ bên Iminium trung gian quan trọng phản ứng hóa sinh, nguyên tử carbon có tính electrophile lớn, nhóm aldehyde nên dễ dàng phản ứng với nhiều nucleophile yếu môi trường sinh học Imine hay iminium trung gian quan trọng q trình vận chuyển nhóm NH2 phụ thuộc pyridoxal phosphate (PLP), hay gọi vitamin B6, xúc tác enzyme transaminase Một phần trình biểu diễn hình bên Các iminium cịn đóng vai trị trung gian phản ứng đóng vịng tạo thành dẫn chất alkaloid (hợp chất tự nhiên chứa nitrogen), để tạo nhóm chức amine (liên kết C-N) phản ứng nhận ion hydride (H-), để hoạt hóa cho phản ứng decarboxyl hóa 2.3 Phản ứng acyl nucleophile Trong tự nhiên, tồn nhiều dẫn chất acid carboxylic (RCOOH) mà nhóm OH thay nhóm OR, NR2, SR,… gọi ester, amide hay thioester,… tương ứng Các dẫn chất acid carboxylic (RCO-X) có cấu trúc gồm phần acyl (RCO-) phần “acyl X” (hợp phần khơng có cách gọi chung hóa hữu cơ) Nhóm X dễ bị nucleophile khác thông qua phản ứng acyl nucleophile vào nhóm carbonyl Cơ chế phản ứng biểu diễn đơn giản sau: Nhóm X dễ base liên hợp acid mạnh Độ hoạt động tương đối dẫn chất acid carboxylic thể hình bên Lưu ý rằng, phản ứng hóa sinh, dẫn chất thioester acyl phosphate (acyl-AMP) tương đương với anhydride acyl chloride phản ứng phịng thí nghiệm Ở pH thể sinh học (pH ~ 7), acid carboxylic tồn chủ yếu dạng carboxylate, nên việc tham gia phản ứng khó khăn Để thực phản ứng, nhóm thường phải kích hoạt nhờ q trình phosphoryl hóa (để tạo thành acyl-AMP) q trình tạo thioester nhờ tác dụng với coenzyme A (CoASH) Coenzyme A phân tử sinh học lớn, mà đó, nhóm chức quan trọng nhóm thiol (SH), lý mà tên viết tắt CoASH (HSCoA) để nhấn mạnh tầm quan trọng nhóm chức Phản ứng thioester hóa thực tế bao gồm bước phosphoryl hóa (chuyển nhóm carboxylate thành acyl monophosphate) bước công phân tử coenzyme A Phương trình thioester hóa biểu diễn ngắn gọn hình bên Các thioester có khả tham gia phản ứng xây dựng khung carbon hợp chất tự nhiên, phản ứng quan trọng phản ứng ngưng tụ Claisen Đầu tiên, thioester thực phản ứng trao đổi thioester với nhóm SH cysteine tâm hoat động enzyme Sau đó, enolate khác từ phân tử thioester bị deproton hóa carbon alpha cơng vào nhóm thioester gắn với enzyme Cơ chế biểu diễn đơn giản sau Trong tự nhiên, hợp chất thioester, ester hay amide dễ dàng bị thủy phân nước để tạo thành dẫn chất carboxylate Vì ion carboxylate bền vững hoạt động, nên trình thủy phân chất thuận lợi mặt nhiệt động, thủy phân thioester thuận lợi ba Acetylcholinesterase (EC 3.1.1.7), enzyme có mặt synapse (xi-náp), xúc tác cho q trình thủy phân nhóm ester acetylcholine, chất dẫn truyền thần kinh kích hoạt co Các liên kết peptide proteine polypeptide khó thực phản ứng thủy phân điều kiện bình thường trình thuận lợi nhiệt động Vì thế, trình thủy phân liên kết peptide thể sinh vật chủ yếu xúc tác nhờ enzyme gọi chung protease Các enzyme nhóm có khả thủy phân chọn lọc vị trí đặc hiệu cho loại liên kết peptide Hình bên minh họa trình thủy phân liên kết peptide, xúc tác enzyme HIV protease (thuộc phân họ aspartyl protease) _ Khử aldehyde/ketone alcol tương ứng _ Khử thioester/acyl phosphate Nicotinamide aldehyde _ Khử imine/iminium amine tương ứng _ Khử FAD(P) FAD(P)H2 Cấp hydride cho phản ứng cộng nucleophile Thế khử cặp NAD(P)+/NAD(P )H+H+ pH = -0,32 Flavin _ Khử alkene vị trí α,β-khơng no so với nhóm carbonyl alkane _ Khử cầu nối disulfide Cấp hydride cho phản ứng cộng nucleophile hay nucleophile Thế khử cặp FAD(P)+/FADH2( P)H+H+ pH = -0,22 (tuy nhiên số biến thiên) GSH (glutathione) Peptide _ Khử cầu nói disulfide _ Khử gốc tự (HO•, ) _ Khử chất độc khác (VD: NAPQI từ paracetamol, ) _ Cộng nucleophile _ Thế nucleophile NAD(P)+ _ Oxy hóa alcol bậc 1/2 thành aldehyde/ketone tương ứng _ Oxy hóa aldehyde thành acid carboxylic/thioester Nicotinamide _ Oxy hóa amine bậc 1/2/3 thành imine/iminium tương ứng _ Oxy hóa FAD(P)H2 thành FAD(P) NAD(P)H+H+ Khử FAD(P)H2 (hoặc FMNH2) _ Dehydro hóa alkane vị trí α,β-khơng no so với nhóm carbonyl thành alkene _ Oxy hóa thiol thành cầu disulfide FAD(P) (hoặc FMN) Flavin NAD(P)H+O2 (xt FADH2) (Thêm nguyên tử oxy vào phân tử chất hữu thông qua flavin hydroperoxide) _ Hydroxyl hóa vịng thơm giàu điện tử (1) _ Hydroxyl hóa amine no (tạo Nicotinamide liên kết N-O) (2) Flavin _ Hydroxyl hóa ether (carbon gắn vói oxy) (3) _ Hydroxyl hóa vịng thơm khơng giàu điện tử (4) _ Hydroxyl hóa vị trí allylic (5) _ Epoxide hóa alkene (6) _ Phản ứng Baeyer-Villiger (7) Oxy hóa 2.7 Phản ứng gốc tự 2.7.1 Tổn hại trình oxy hóa chất chống gốc tự Nhận hydride theo chế tách _ Nhận hydride theo chế tách _ Cộng nucleophile _ (1), (2): Thế nucleophile _ (3): gốc tự đơn chuyển electron (SET)? _ (4): electrophile? _ (5): gốc tự _ (6): cộng electrophile _ (7): cộng nucleophile kèm chuyển vị Về mặt kinh nghiệm, vị trí gắn nguyên tử oxy xảy chọn lọc tâm có tính khứ mạnh (giàu điện tử) đến tâm có tính khử yếu (nghèo điện tử), thông thường là: (1) ≈ (2) ≈ (3) > (4) ≈ (5) > (6) > (7) Từ lâu, nhiều quan điểm cho thủ phạm q trình lão hóa thể gốc tự Gốc tự tiểu phân hoạt động, chúng trung hịa mang điện tích, đặc điểm chung chứa electron độc thân Chính electron độc thân làm cho tiểu phân trở nên hoạt động, chúng ln có xu hướng tiếp cận phân tử khác thể để tạo thành gốc tự mới, từ hủy hoại dần cấu trúc tế bào mơ Gốc tự điển hình thể gốc tự hydroxyl (HO•) tạo từ trình phân cắt đồng ly hydro peroxide (H2O2), sản phẩm phụ q trình hơ hấp tế bào (sản phẩm khử khơng hồn tồn khí O2) Như chất gốc tự chất oxy hóa Chuỗi phản ứng bên minh họa trình hủy hoại gốc lipid màng tế bào, dẫn đến hình thành lipid hydroperoxide Để chống lại gốc tự do, người ta tin Mẹ thiên nhiên giúp làm điều Nhiều nghiên cứu gốc tự cho thấy, thực phẩm cam, chanh, cà chua, trà, hoa hòe, artichoke,… chứa nhiều chất chống gốc tự do, từ ngăn ngừa hiệu bệnh liên quan đến gốc tự q trình lão hóa Trong đó, có lẽ biết đến nhiều vitamin C (acid ascorbic), chất khử tốt để chống lại tác nhân oxy hóa gốc tự Bản chất chất khử tác dụng với gốc tự hoạt động để tạo thành gốc tự bền hơn, đồng nghĩa với việc hoạt động Vitamin C có pKa khoảng 4.1, mơi trường sinh lý, tồn dạng ion ascorbate Khi tiếp xúc với gốc tự do, thực q trình đơn chuyển electron đến gốc tự để tạo thành anion hydroxide âm vơ hại, đồng thời tự chuyển thành gốc tự ascorbyl hoạt động ( làm bền hiệu ứng liên hợp) Gốc tự ascorbyl đơn chuyển tiếp electron cho gốc tự hoạt động khác để tạo thành dehydroascorbate, dạng oxy hóa ascobate Ngồi vitamin C, hẳn nhiều bạn nghe nói đến nhóm hợp chất chống oxy hóa “polyphenol” tốt cho sức khỏe người Ví dụ, apigenine tìm thấy ngò cần tây, (phẩn vỏ) nho dùng để chế rượu vang chứa nhiều hợp chất resveratrol, chất tạo màu đỏ cho loại thức uống nhiều loại polyphenol có lợi khác Curcumin, thành phần tạo nên màu vàng nghệ, gia vị thiếu người Ấn độ chất chống oxy hóa hiệu Cơ chế chống gốc tự hợp chất nói chung giống với vitamin C, chúng tác dụng với gốc hydroxyl để tạo thành gốc tự bền vững hoạt động 2.7.2 Flavin vai trò đơn vận chuyển electron Các flavin dạng khử, ngồi vai trị vận chuyển nhóm hydride, chúng cịn thực q trình đơn chuyển electron đến tác nhân oxy hóa khác Kết thúc q trình đơn chuyển electron thứ nhất, tạo thành gốc tự flavin semiquinone Sau thực trình cho electron, flavin dạng khử trở thành dạng oxy hóa (từ FADH2 trở thành FAD) Hai chất nhận electron quan trọng sinh chuyển hóa thể người ubiquinone (coenzyme Q) dạng oxy hóa cytochrome Ubiquinone coenzyme có khả nhận electron để tạo thành dạng gốc tự ubiquinone semiquinone, sau nhận tiếp electron để trở thành dạng khử (từ Q trở thành QH2) Cyctochrome loại proteine chứa “heme” với ion trung tâm sắt, nơi số oxy hóa ln chuyển đổi Fe3+ (dạng oxy hóa) Fe2+ (dạng khử) 2.8 Coenzyme Trong phần này, bàn luận sơ qua phản ứng chế tổng quát số coenzyme thông dụng chuỗi tổng hợp sinh hóa, chủ yếu vitamin B6 vitamin B1 2.8.1 Pyridoxalphospate (Vitamin B6) Coenzyme pyridoxal phosphate (thường viết tắt PLP) dạng hoạt động vitamin B6 hay gọi pyridoxine Bước chu kì hoạt động cofactor tạo nhóm imine nhóm aldehyde PLP với nhóm amine bậc tự (trên lysine) tâm hoạt động enzyme, tạo thành trạng thái ngoại aldimine (external aldimine) Sau đó, chất (thường amino acid) thực trình vận chuyển imine tạo thành nội aldimine (internal aldimine) Nội aldimine chất trung gian quan trọng, chất khởi động cho phản ứng hóa sinh Tùy vào loại phản ứng mà enzyme xúc tác vị trí hoạt động cấu trúc chất mà trung gian thực loại phản ứng sau: decarboxyl hóa, racemic hóa, tách loại, thế, retro-aldol, retro-Claisen, trao đổi amine (transamination) Q trình racemic hóa amino acid thường thấy tự nhiên, trình thường phụ thuộc vào cofactor pyridoxal thông qua đường tạo nội aldimine Phản ứng thường viết đơn giản sau Cần nhớ nhóm carboxylate khơng phải nhóm hút điện tử tốt để ổn định dạng enolate, đa số phản ứng sinh hóa, để tăng tính acid hydro α, tạo thành nhóm chức imine điều cần thiết Sau đó, tách hydro α tạo thành trung gian quinonoid bền vững để ổn định carbanion Sự proton hóa lúc sau khiến cấu hình carbon α thay đổi, cuối trả amino acid racemic hóa mơi trường Để đơn giản hóa chế phản ứng, phần sau, tập trung vào trình trọng tâm làm thay đổi cấu trúc chất nền, mà khơng bàn tới q trình tạo aldimine Amino acid muốn decarboxyl hóa thiết phải tạo thành imine để ổn định carbanion tạo thành Khơng có có mặt cofactor PLP, phản ứng khơng thể xảy Câu 9: Hãy đề xuất chế cho số trình sau: 1) Phản ứng retro aldol phụ thuộc PLP (serine hydroxymethyl transferase, EC 2.1.2.1) 2) Phản ứng retro-Claisen chu trình thối hóa threonine (EC 2.3.1.29) Một q trình quan trọng khác trao đổi nhóm amine phụ thuộc PLP Đây q trình quan trọng chuyển hóa amino acid nhờ enzyme transaminase Nhóm amine bậc vận chuyển đến hợp chất ketone aldehyde để tạo thành amine bậc hợp chất carbonyl Phản ứng trao đổi amine (transamination) biểu diễn ngắn gọn sau Giai đoạn q trình thay đổi vị trí nối đơi nhóm imine nội aldimine thủy phân để tạo thành pyridoxamine phosphate (PMP) α-keto acid Ở giai đoạn 2, PMP công vào hợp chất carbonyl khác để tạo thành aldimine Trong giai đoạn này, vị trí nối đơi nhóm imine lần bị thay đổi đổi tạo thành sản phẩm nội aldimine Quá trình miêu tả vắn tắt sau Cuối cùng, imine bị thủy phân để trả lại PLP tạo thành amine Chúng ta tóm tắt q trình vận chuyển nhóm amine theo sơ đồ sau: Câu 10: L-Serine (C3H7NO3) α-amino acid chứa nhóm alcol phổ biến tự nhiên Dưới tác dụng serine dehydratase (EC 4.2.1.13) phụ thuộc pyridoxal phosphate, hợp chất bị tách nước tạo thành trung gian bền, sau tiếp tục phân hủy thành chất X (C3H4O3) amoniac Hãy xác định cấu trúc L-serine X, từ đề xuất chế thối hóa serine enzyme phụ thuộc PLP Trong nhiều vi khuẩn, tổng hợp cysteine từ serine thông qua β phụ thuộc PLP (EC 2.5.1.47) Sự ổn định điện tử nhờ hệ cofactor PLP hiệu đến mức người ta quan sát thấy có trình tách γ chuỗi tổng hợp sinh hóa Một ví dụ cho q trình tách γ phản ứng thối hóa methionine nhờ enzyme cystathionine γ-lyase (EC 4.4.1.1): Một ví dụ khác cho γ tìm thấy chuỗi thối hóa methionine (EC 4.2.1.22): Câu 11: Đề xuất chế cho trình tách γ (EC 4.4.1.1) γ (EC 4.2.1.22) vừa nêu 2.8.2 Thiamine diphosphate (Vitamin B1) Thiamine diphospahte (ThDP, kí hiệu TPP hay ThPP) coenzyme có vai trị ổn định trung gian carbanion chìa khóa cho số phản ứng liên quan đến nhóm cabonyl Hợp phần quan trọng phân tử ThDP dị vịng thiazole Trong hóa hữu cơ, người ta thường gọi xúc tác loại NHC (N-herocyclic carbene – carbene dị vòng chứa nitrogen) Sở dĩ gọi ngun tử hydro khung thiazole có tính acid yếu (pKa khoảng 18), dễ dàng tách tạo thành loại carbene bền vững hay gọi ThDP ylide Lý mà hydro có tính acid phần nguyên tử lưu huỳnh lân cận có khả làm bền phần điện tích âm có orbital d Một lý khác điện tích dương nitrogen giúp ổn định điện tích âm base liên hợp ThDP đóng vai trò quan trọng nhiều phản ứng thú vị, thông thường hết phản ứng cắt đứt liên kết cạnh nhóm carbonyl ketone aldehyde Hãy quan sát phản ứng decarboxyl hóa giả thiết sau: Hi vọng bạn nhanh chóng nhận phản ứng vơ lý, trung gian tạo thành từ decarboxyl tạo thành điện tích âm carbon nhóm ketone bền thực tế khơng có xu hướng tạo thành chất trung gian Tuy nhiên, tế bào thể bạn lại xảy q trình xúc tác enzyme pyruvate decarboxylase (EC 4.1.1.1): Bằng cách mà enzyme giúp cho phản ứng dường-như-khơng-thể-diễn-ra xảy Tại lại vậy? Câu trả lời nằm có mặt coenzyme thiamine diphosphate Hãy nhìn kĩ vào trung gian sau bước 1, vịng thiazole lúc đóng vai trị nhóm hút điện tử để làm bền carbanion tạo thành sau q trình decarboxyl hóa bước Trong bước 3, đôi điện tử nitrogen (thực tế từ q trình decarboxyl tạo thành) cơng vào nhóm chức acid tâm hoạt động enzyme Bước trình phân cắt để trả thiamine tự ban đầu Câu 12: Thiamine cịn xúc tác cho q trình decarboxyl hóa – cộng Phản ứng tổng quát biểu diễn sau: Đề xuất chế phản ứng cho trình Enzyme pyruvate dehydrogenase enzyme trọng tâm q trình chuyển hóa trung tâm: cách chuyển hóa pyruvate thành acetyl-CoA, trình kết nối với chu trình đường phân (nơi glucose bị cắt thành pyruvate) với chu trình Krebs (chu trình acid citric) nhờ tạo thành acetylCoA Năm coenzyme tham gia vào phản ứng này: coenzyme A, nicotinamide, thiamine diphosphate, FAD lipoamide, coenzyme với tính đến thời điểm Quan sát sơ thấy hợp chất pyruvate bị oxy hóa Phản ứng bắt nguồn từ nhóm ketone kết thúc tạo thành thioester xuất khí CO2 Dễ dàng nhận chất oxy hóa cho q trình NAD+, khử hóa NAD+ khơng đơn giản, mà có liên quan đến cầu nối disulfide coenzyme khách mời lipoamide, hợp phần gắn với lysine vùng hoạt động enzyme liên kết amide Giai đoạn đầu phản ứng decarboxyl hóa nhờ ThDP gồm bước mà ta thảo luận phần Giai đoạn công vào cầu nối disulfide lipoamide để tạo thành thioester tạm thời, sau trao đổi với CoASH để tạo thành acetyl-CoA dihydrolipoamide (dạng khử) Khoan đã! Mọi thứ chưa dừng lại đây! Để xúc tác cho trình sau, hợp phần lipoamide enzyme cần hồn ngun lại, q trình xảy nhờ trao đổi disulfide với cầu nối disulfide có sẵn enzyme, sau cầu nối hồn ngun nhờ oxy hóa cofactor FAD Cuối cùng, FAD tái tạo nhờ oxy hóa FADH2 NAD+ (q trình thuận lợi mặt lượng, oxy hóa tạo cầu disulfide trước bù đắp lượng cho phản ứng này) TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Soderberg, Timothy, "Organic Chemistry with a Biological Emphasis Volume I" (2016) Chemistry Faculty [2] Soderberg, Timothy, "Organic Chemistry with a Biological Emphasis Volume II" (2016) Chemistry Faculty ... bước chuyển vị liên hồn 2.6 Phản ứng oxy hóa – khử hóa sinh Phản ứng oxy hóa khử chất cho nhận electron làm thay đổi số oxy hóa hợp chất Nhưng phản ứng hóa sinh, thường thể hình thức cho hay nhận... (EC 4.2.3.4) chuỗi sinh tổng hợp amino acid thơm 2.5 Phản ứng electrophile hóa sinh Phản ứng cộng electrophile phản ứng electrophile không xa lạ hóa hữu cơ, chí chuyển hóa sinh học, phản ứng... tượng epimer hóa chuyển L-glutamate thành D-glutamate VD2 : Hiện tượng đồng phân hóa alkene VD3 : Phản ứng aldol hóa tổng hợp fructose-1,6-bisphosphate Lưu ý rằng, phản ứng aldol hóa sinh hóa phản