2. ENZYME
2.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng được xúc tác bởi enzyme
2.4.1.Nhiệt độ
Trong tất cả các phản ứng hoá học, việc tăng nhiệt độ sẽ làm tăng năng lượng động học của các phân tử tham gia phản ứng. Qua đó khiến chúng có tần số va chạm tăng lên và làm tốc độ phản ứng tăng theo. Khi tăng nhiệt độ, tốc độ của phản ứng enzyme cũng tăng nhưng khi đạt đến một ngưỡng nhiệt độ nào đó, tốc độ sẽ lại giảm xuống và phản ứng có thể bị dừng lại.
Sở dĩ có điều này là do hầu hết enzyme có cấu tạo từ protein. Ở nhiệt độ cao, phân tử protein bị biến tính và enzyme không còn hoạt tính nữa. Mỗi enzyme có một ngưỡng nhiệt độ tối ưu (hoạt tính mạnh nhất) và một ngưỡng nhiệt độ tới hạn (mất hoạt tính hoàn toàn). Thông thường, ngưỡng nhiệt độ tối ưu nằm ở khoảng 40 – 50oC, còn nhiệt độ tới hạn là khoảng 70oC. Tuy nhiên, trong những trường hợp cá biệt, nhiệt độ tối ưu của enzyme có thể rất cao hoặc rất thấp.
Ví dụ, enzyme một số vi khuẩn sống ở suối nước nóng có nhiệt độ tối ưu trên 70oC, hoặc enzyme của một số loài cá ở Nam Cực có thể hoạt động tốt ở -2oC. Độ bền của enzyme có thể tăng lên khi kết hợp với cơ chất hoặc một số kim loại.
46
2.4.2.pH
pH môi trường tác động rõ rệt đến phản ứng enzyme vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hoá của cơ chất và enzyme. pH≈ 7 thích hợp cho nhiều loại enzyme. Khi vượt qua khoảng tối ưu, các ion trong môi trường sẽ ảnh hưởng tới các nhóm tích điện của TTHĐ, khiến chúng mất đi khả tương tác với cơ chất. Nếu pH nằm xa khoảng tối ưu, các liên kết cấu tạo nên enzyme có thể bị phá vỡ và làm enzyme biến tính.
2.4.3.Nồng độ enzyme và nồng độ cơ chất
Tăng nồng độ cơ chất sẽ làm tăng tốc độ phản ứng. Tuy nhiên, sự tăng lên này không kéo dài mãi mà sẽ đạt đến một trạng thái bão hoà. Tại đây, dù có cho tăng thêm nồng độ cơ chất, tốc độ của phản ứng vẫn sẽ không tăng lên được. Tốc độ của phản ứng tại trạng thái bão hoà cao hay thấp phụ thuộc vào nồng độ enzyme. Tương
Hình 2.5. Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phản ứng của enzyme
Hình 2.6. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất đến tốc độ phản ứng của enzyme
47
ứng với nồng enzyme cao, ta có tốc độ phản ứng tại điểm bão hoà lớn. Bởi vậy, muốn tốc độ phản ứng vượt qua điểm bão hoà, cần bổ sung thêm enzyme.
Hiện tượng này có thể được giải thích một cách đơn giản. Khi hàm lượng cơ chất thấp, nhiều enzyme có TTHĐ còn trống (lượng enzyme dùng chưa hết) nên tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào nồng độ cơ chất. Nhưng khi lượng cơ chất quá nhiều, toàn bộ enzyme đều tham gia hoạt động, lúc này tốc độ phản ứng đạt trạng thái bão hoà. Đến đây, nồng độ enzyme lại là yếu tố quyết định tốc độ phản ứng.
2.4.4.Các chất ức chế enzyme
a. Chất ức chế cạnh tranh
Các chất này có cấu trúc phân tử gần giống với cơ chất. Chính vì vậy, chúng có khả năng cạnh tranh với cơ chất để gắn vào TTHĐ của enzyme. Mặt khác, chất ức chế cạnh tranh lại không bị enzyme làm biến đổi nên chúng sẽ gắn lâu dài ở TTHĐ, khiến cho enzyme không được giải phóng ra để tái sử dụng. Vì thế nên chỉ một lượng nhỏ chất ức chế cạnh tranh cũng có thể làm tốc độ phản ứng giảm đáng kể.
Ví dụ: enzyme succinic dehydrogenase chuyển hóa succinic acid thành fumaric acid, khi có mặt malonic acid có cấu trúc gần giống succinic acid, chúng sẽ cạnh tranh với succinic acidđể bám vào TTHĐ, khiến enzyme bị mất tác dụng.
b. Chất ức chế không cạnh tranh
Chỉ diễn ra ở các enzyme có trung tâm điều hòa.
Chất ức chế không cạnh tranh không gắn vào TTHĐ mà gắn vào trung tâm điều hòa làm thay đổi cấu trúc của enzyme tạo nên hiệu ứng dị lập thể (allosteric), khiến enzyme khó gắn vào cơ chất, làm tốc độ phản ứng giảm.
48
Các chất ức chế không cạnh tranh phổ biến của enzyme là các ion kim loại nặng như Hg2+, Ag+. Một số chất độc như asen hay cyanid cũng tác động lên enzyme theo cách này. Tuy nhiên, cũng cần phải lưu ý rằng, không phải toàn bộ các chất gắn vào trung tâm điều hoà đều có tác dụng ức chế. Nhiều chất có thể có tác dụng ngược lại là làm tăng hoạt tính của enzyme, được gọi là chất hoạt hoá. Tác động vào trung tâm điều hoà của enzyme là một trong những cách quan trọng để tế bào điều chỉnh sự trao đổi chất của mình.