Cơ sở lý thuyết:
Đa số enzyme thủy phân (hydrolase) không có nhóm ngoại. Trong trung tâm hoạt động có chứa gốc amino acid đặc hiệu. Đối với enzyme thủy phân thường chứa hai nhóm chức
Sự tương tác giữa hai nhóm đặc hiệu (-OH, -imidazol) đã hình thành tâm ái nhân. Xung quanh trung tâm hoạt động của hydrolase còn chứa nhiều các amino acid, vai trò của Serin có chứa nhóm (–OH) có tác động rất lớn làm thay đổi trung tâm hoạt động theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác của enzyme. Do cấu trúc bậc 3 của phân tử Protein – Enzyme mà nhóm hydroxyl của Serine và vòng imidazol của Histidin gần gũi nhau, tạo ra liên kết hydroxyl giữa gốc (–OH) của Serine với Nitơ bậc 3 của Histidin. Nhờ quá trình đó mà nhóm hydroxyl xuất hiện
H2O
H2N – CH – CO – NH – CH – CO – NH - H2N – CH – COOH + H2N – CH – CO – NH – R1 R2 protease R1 R2
tính chất ái nhân và có thể tương tác được với liên kết nhị dương của cơ chất như sau:
Sự thủy phân của enzyme càng dễ dàng khi sự khuyết điện tử trong liên kết nhị dương càng lớn, vì sự gắn tâm ái nhân của enzyme vào liên kết nhị dương càng mạnh mẽ.
Sự khuyết điện tử có thể được tăng lên khi tăng tổng diện tích dương của hai nguyên tử tạo thành liên kết hóa học hoặc chỉ tăng điện tích của một trong hai khi cơ chất tương tác với enzyme.
Nếu trong hai phân tử cơ chất có nhiều liên kết giống nhau thì liên kết nào nhị dương hơn sẽ bị phân ly, thủy phân trước bởi enzyme.
Cơ chế tác dụng:
E- + S+ ES P + E Trong đó E: enzyme
S: cơ chất
ES: phức hợp Enzyme và Cơ chất P: sản phẩm tạo thành.
Giai đoạn đầu có sự hình thành phức hợp trung gian ES, sự tạo thành phức hợp này có thể có 2 kiểu sau:
+ Kiểu cơ chế thứ nhất: là kiểu hình thành đơn giản, tâm ái nhân (-) của enzyme tương tác nhanh với một trong hai nguyên tử tích điện dương của liên kết nhị dương. Sauk hi tương tác sẽ làm thay đổi mật độ electron (e) và làm suy yếu liên kết nhị dương tạo điều kiện cắt đứt liên kết. Các nhà nghiên cứu cho rằng kiểu cơ chế này xảy ra khi tâm ái nhân của enzyme mạnh và sự khuyết điện tử của liên kết nhị dương lớn.
+ Kiểu cơ chế thứ hai: lúc đầu các nguyên tử khuyết điện tử trong liên kết nhị dương chưa thể đính trực tiếp vào tâm ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme mà cơ chất gắn vào tâm ái nhân bằng một phản ứng hóa học nào đó giữa tâm ái nhân ở trung tâm hoạt động enzyme với một nhóm hóa học ở vị trí liền kề với liên kết nhị dương trong cơ chất. Dưới ảnh hưởng của trung tâm hoạt động của enzyme sẽ dần làm tăng mức độ khuyết điện tử vốn đã tồn tại trước đó, bằng cách tạo liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí gần gũi với liên kết nhị dương. Nhờ vậy, làm cho sự phân bố điện tử trong phân tử cơ chất bị thay đổi, khiến cho liên kết nhị dương được tăng cường và có thể tương tác với các tác nhân ái nhân của trung tâm hoạt động enzyme và tiến hành làm liên kết yếu, dẫn tới liên kết bị thủy phân khi có yếu tố nước tham gia.