3.1 Mô hình hoạt động của enzyme
Nhiên cứu đầu tiên về tính đặc hiệu của enzyme với cơ chất do Emil Fischer đề xướng (1894). Fischer cho rằng khi enzyme xúc tác phản ứng thì cơ chất lắp khít vào vị trí hoạt độn của enzyme tương tự như chìa khóa lắp vào ổ khóa. Từ đó Fischer nêu giả thuyết mô hình “ ổ khóa và chìa khóa” (lock and key model) (hình 3.1) cho hoạt động của enzyme. Mỗi ổ khóa có một chìa khóa. Do đó mỗi enzyme chỉ có một chỉ xúc tác cho một loại cơ chất nhất định.
Hình 3.1: mô hình “ ổ khóa và chìa khóa” (lock and key model)
Theo mô hình này, cơ chế xúc tác của enzyme trải qua nhiều giai đoạn: Giai đoạn đầu tiên là sự kết hợp giữa enzyme và cơ chất tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất nhờ hình thành nhiều liên kết đặc biệt là liên kết hydrogen. Sự liên kết này làm thay đổi cấu hình không gian của cơ chất làm thay đổi nội năng, năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm, phân tử trở nên linh động dễ phản ứng hơn. Sau đó enzyme xúc tác lên cơ chất tạo thành sản phẩm. cuối phản ứng enzyme được giải phóng.
Tuy nhiên, khi Daniel Koshland nghiên cứu động học của enzyme, những bằng chứng thực nghiệm cho thấy rằng cấu hình trung tâm hoạt động của enzyme không phải cố định và có thể biến đổi phù hợp với cơ chât khi liên kết với cơ chất đó. Từ đây, Daniel Koshland đưa ra mô hình khớp cảm ứng (induced-fit model) cho hoạt động xúc tác của enzyme (hình 3.2). Theo mô hình này thì một enzyme có thể xúc tác cho một hoạc một số phản ứng hóa học tương tự do chúng có tính đặc hiệu trong việc lựa chọn cơ chất. Vị trí hoạt động của mỗi enzyme khác nhau có hình dạng sao cho chỉ khớp với một hoạc một số cơ chất nhất định. Mô hình này hiện nay được chấp nhân rộng rãi.
Hình 3.2: mô hình khớp cảm ứng (induced-fit model)
3.2 Tính đặc hiệu của enzyme
Khác với chất xúc tác vô cơ, enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một một hay một số cơ chất hoặc một kiểu phản ứng nhất định. Tính đặc hiệu của enzyme rất đa dạng. Ở đây chỉ đề cặp đến hai kiểu đặc hiệu:
(1) Đặc hiệu cho phản ứng
Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một kiểu phản ứng chẳng hạn như phàn ứng của NAD dehydrogenase trong hô hấp, lipase cắt liên kết ester nối glycerol và acid béo của nhiều loại lipids.
(2) Đặc hiệu cơ chất
(a) Đặc hiệu tuyệt đối: enzyme chỉ có tác dụng lên một cơ chất nhất định chẳng hạn như aspartase chuyển fumarate thành L-aspartate.
(b) Đặc hiệu tương đối: enzyme co thể tác động lên nhiều cơ chất có cấu trúc khác nhau nhưng tốc độ phản ứng khác nhau chẳng hạn như phosphatase thủy phân nhiều ester của acid phosphoric, carboxyesterase thủy phân ester của các acid carboxylic.