Năm 1913, hai nhà khoa học Lenom Michealis và Maud Menten đã đƣa ra mô hình động học để giải thích phản ứng đƣợc xúc tác bởi enzyme và lập phƣơng trình phản ánh mối quan hệ giữa vận tốc phản ứng với nồng độ cơ chất và enzyme. Theo mô hình này, enzyme (E) kết hợp với cơ chất (S) tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất (E-S). Phức hợp này sẽ đƣợc chuyển hóa tiếp tục để tạo thành sản phẩm (P) và giải phóng enzyme. Enzyme giải phóng sẽ thực hiện phản ứng mới
Theo Michealis-Menten, cơ chế xúc tác tổng quát của phản ứng có enzyme đƣợc trình bày theo sơ đồ:
E + S ES E + P Trong đó:
K1, K-1, K2, K-2 là hằng số vận tốc của các phản ứng tƣơng ứng. K-1 có giá trị nhỏ nhất.
Phản ứng chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm là quan trọng nhất:
ES E + P
K2 tỉ lệ với nồng độ ES: v = K2[ES] (v là vận tốc phản ứng).
Khi nồng độ ES càng lớn thì vận tốc phản ứng càng lớn (Nguyễn Đức Lƣợng, 2004). Theo Michealis và Menten, cơ chế phản ứng xúc tác của enzyme xảy ra qua ba giai đoạn:
Giai đoạn một: enzyme (E) sẽ kết hợp với cơ chất (S) tại vị trí trung tâm hoạt động của enzyme bằng các liên kết hóa học, tạo thành phức hệ enzyme cơ chất (E-S). Ở giai đoạn này, các liên kết đƣợc hình thành là những liên kết yếu nên phức hệ E-S thƣờng không bền. Phản ứng tạo hệ này thƣờng xảy ra rất nhanh và cần một ít năng lƣợng. Giữa E và S có năm loại liên kết tham gia, mỗi loại có đặc tính riêng và năng lƣợng liên kết khác nhau, gồm liên kết phối trí, liên kết hydro, liên kết ion, liên kết kỵ nƣớc lực Vander-Waals là liên kết do dịch chuyển điện tử.
Giai đoạn hai: khi tạo thành phức hệ E-S, dƣới tác dụng của enzyme, cơ chất sẽ bị thay đổi về cấu trúc không gian và mức độ bền vững của các liên kết bên trong phân tử, dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng. Sau đó xảy ra sự thay đổi mật độ điện tích của phức hợp E-S làm biến dạng các liên kết giữa chúng, kết quả là cơ chất đƣợc hoạt hóa, dễ dàng tham gia phản ứng. K1 K-1 K2 K-2 K2
Giai đoạn ba: đây là giai đoạn cuối cùng, sản phẩm của quá trình phản ứng đƣợc tạo thành, enzyme tách ra và trở về trạng thái ban đầu, chuẩn bị kết hợp với phân tử cơ chất khác. Quá trình phản ứng hoàn thành (P. R. Mathewson, 1998).
Chƣơng III: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM