E. Tuy có t.dụng t/hỗ, song 2 TT này có c.trúc khác biệt nhau
3.4. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME
∆G1: NL h.hoá của p.ứ không được x.t ∆G2: NL h.hoá của p.ứ. có E x.t
E làm tăng vận tốc p.ứ. nhờ ổn định tr/thái chuyển tiếp.
Mức độ ổn định càng cao, p.ứ. diễn ra càng nhanh.
Hình 3.1: Tiến trình phản ứng và sự biến đổi năng lƣợng tự do
- Q/t tạo phức hợp ES xảy ra rất nhanh và ph/hợp này kém bền vững.
- Chỉ cơ chất có c/trúc đ/hiệu có t/dụng gây cảm ứng và k/hợp được với TTHĐ để tạo ES.
- Nhờ t/tác với E, cơ chất bị b/đổi theo hướng h/động
hơn. C/tạo e- tử của cơ chất bị b/đổi, các l/k chịu t/dụng của E bị căng và xoắn vặn, độ bền của l/k giảm, cơ
chất ở vào tr/thái chuyển tiếp tạm thời, h/tính hóa học tăng lên rất nhiều chỉ cần NL hoạt hóa rất nhỏ cũng làm p. ứng xảy ra nhanh.
Ph/hợp tr/gian ES tạo thành nhờ những l/kết phụ.
Những pứ t/tác xảy ra trong ph/hợp ES g/phóng 1 phần NL t/do. Đây là nguồn NL để đưa cơ chất vào tr/thái ch/tiếp tạm thời và làm hạ thấp NL hoạt hóa.
Sự b/đổi các mức NL trong pứ xt của E trải qua nhiều bước:
- Cơ chất được h/hoá chuyển vào tr/thái ch/tiếp t/thời, pứ với cơ chất, tạo ph/hợp ES.
- ES lại được h/hoá, đưa vào tr/thái ch/tiếp t/thời để biến thành ph/hợp EP.
- Ph/hợp EP chuyển vào tr/thái ch/tiếp t/thời rồi tách ra s/phẩm P và gi/ph E.
Sucrase thủy phân sucrose thành glucose và fructose
→ Y/tố làm E có h/quả xt và tính đ/hiệu cao là gì?
- Bộ máy h.học của TTHĐ có thể làm biến dạng hay phân cực các lk của cơ chất, làm cơ chất trở nên
h/động hơn.
- Trung tâm lk làm tăng n/độ cơ chất và cố định cơ chất trong 1 không gian hình học chính xác với các nhóm xt.
- Sự đ/hướng chính xác của cơ chất trong TTHĐ làm cho từng bước của pư diễn ra với sự dịch chuyển nhỏ nhất của cơ chất.
- Ph/thức cố định cơ chất ở trung tâm lkết c/cấp NL cho p/ứng E.
Các y/tố trên thể hiện ở những mức độ khác nhau và cùng t/động, làm E có h/quả xt và tính đ/hiệu cao.
Bản chất hóa học của hiện tượng xúc tác bằng E:
- Các nhóm xt trong TTHĐ là nhóm ái nhân (có các cặp e- tự do, có k/n tạo lk với các nhóm ái e- của cơ chất (OH, SH, N
trong vòng imidazol). Trong 1 số tr/hợp, ngược lại, các nhóm xt lại nhận e- từ nhóm ái nhân của cơ chất (ion KL và NH3+ trong TTHĐ).
- Nhiều E làm việc theo ng/tắc xt acid-base (h.tính của 1 trong các cơ chất tăng khi nhận H+ hoặc bị tách H+ ). Các nhóm
carboxyl, amin, phenol, thiol và đ/biệt là vòng imidazol h/động đ/thời như chất cho hay chất nhận H+ trong đk pH sinh lý.
- Nhiều pứ E diễn ra nhờ các cofactor. Khi gắn với E, cơ chất tiếp xúc tr/tiếp với cofactor, tạo đk th/lợi cho pứ xảy ra. Đ/thời các cofactor cũng th/xuyên c/cấp NL cho các pứ E (đối với cofactor có mạch phosphate cao năng hay các nucleotide).
- Rất nhiều E làm tăng t/độ pứ nhờ tạo SPTG rất h/động với cơ chất. Sau đó pứ phân thành 2 hay nhiều phần nhỏ, và cả NL h.hóa hoá cũng chia thành những phần nhỏ hơn.
Giải thích CCTĐ nhờ cấu trúc phân tử enzyme
Việc tạo ra các mô hình pt E nhờ ph/tích c/trúc tinh thể trong những năm 70 của TK 20 → cách nhìn mới về CCTĐ của E.
Từ những hình ảnh tĩnh, đưa ra được CCTĐ của một số E tương tự nhờ ph/tích ctrúc tinh thể phức hợp ES hay EI (E - chất ứ/chế cạnh tranh), bởi những ph/tích này cho thông tin về cấu trúc của TTHĐ.
So sánh hình ảnh của tinh thể các tổ hợp này với tinh thể của riêng E đã cho thấy sự khác nhau về cấu hình. Việc giải thích c/n x/tác của E đã ở mức độ mới.
VD: Cơ chế xúc tác của lysozyme
Lysozyme th/phân chuỗi polysaccharide tạo ra từ những ptử N-acetylglucosamine và acid N-acetylmuraminic gắn luân phiên nhau.
Có tác dung diệt khuẩn, là 1 th/phần trong h/thống ph/vệ ở đv Chuỗi polypeptide 129 aa, 4 cầu S-S. Về ctb2, 40% của
chuỗi ở dạng xoắn , 1 đoạn khoảng 10 aa gấp nếp ngược chiều, phần còn lại không đuợc s/xếp theo ch/kỳ.
Ph/tử dạng cầu, phần bên trong không phân cực tạo TTHĐ dạng khe hở vừa cho 1 đoạn 6 gốc đường vào được.
enzyme
enzyme
Bị thủy phân
Glu 35 bị tách H+, hđ nhƣ chất xt kiểu acid, là chất cho H+.
H+ đƣợc chuyển cho ôxy của lk glycoside, làm l/kết này bị phá vỡ.
X/ hiện đ/tích dương ở nguyên tử C. Asp 52 tích điện âm và có tương tác tĩnh điện với C này.
Sản phẩm 1 tách khỏi enzyme.
Một phân tử nước tham gia:
ion C+ gắn với OH- và sản phẩm thứ 2 tách khỏi enzyme;
Glu 35 nhận H+
Sau đó E lại có thể tiếp tục xúc tác.
Các bước q/trọng của c/chế: xảy ra kiểu xt acid - bazơ và sự h/thành SPTG chứa ion C+ tương tác tĩnh điện với Asp 52.
H2O
Sản phẩm 1
Sản phẩm 2
+
C/chất gắn vào TTHĐ. Ở trypsin, thgia lk phía P1 là Arg và tạo 1 lk ion với Asp 189 trong TTHĐ.
Cơ chất gắn trong TTHĐ
Cơ chất
Cơ chế xúc tác của trypsin:
Hình thành ph/hợp E-S (là h/chất TG oxy-anion).
Oxy ái nhân của Ser kết hợp với C ái điện tử ở nhóm carbonyl của P1 cơ chất.
Gốc His nhận proton
Một amin tạo thành ở amide P-1.
His trong TTHĐ đã nhận H+ lại đóng v/trò một
acid chung và lại
nhường H+ cho nhóm amin của phần cơ chất chứa P-1.
Mảnh peptid P1 gắn với E, tạo SPTG Acyl-enzyme
Amine bậc 4 và cấu trúc anion ôxy phá vỡ, lk peptide P1-P-1 bị bẻ gẫy.
Peptide P-1 được g/phóng như 1 s/phẩm.
Kèm theo đó, nước đóng vai trò ái nhân → OH- kết hợp với C (ái điên tử) của acyl-E, tạo thành HCTG ôxyanion tiếp theo
Nước (H-OH) đi vào TTHĐ
His tác động như một base, tách proton của nước.
và peptid P1 được g/phóng như một sphẩm
Cấu trúc
oxyanion vỡ ra
Từ His, proton lại chuyển sang ôxy của Ser
Cơ chế x.tác của một số protease Các protease có serine trong TTHĐ:
- Trypsin, chymotrypsin, elastase, trombin, … có TTHĐgiống nhau và c/chế t/động như nhau.
- TTHĐ đều có gốc Ser, Asp và His: COOH của Asp trong vùng khô kỵ nước lkết với một N trong vòng imidazol của His, N thứ hai của vòng imidazol tạo lk hydro với OH của Ser → dọc theo các l/kết hydro này điện tích trong phân tử có thế dịch chuyển từ Asp tới Ser và ngược lại.
Pepsin, chymosin: các protease có Asp trong
TTHĐ, có hai nhóm COOH với vai trò xúc tác. Một nhóm là chất cho proton (proton donor), nhóm kia là chất nhận proton (proton aceptor).