ENZYM VAØ XUÙC TAÙC SINH HOÏC

MUÏC TIEÂU

Trình baøy ñöôïc baûn chaát cuûa enzym, naêng löôïng hoaït hoaù vaø traïng thaùi chuyeån tieáp cuûa moät phaûn öùng hoaù sinh

Moâ taû ñöôïc caáu taïo vaø chöùc naêng cuûa trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym

Trình baøy ñöôïc tính ñaëc hieäu cuûa enzym

Giaûi thích ñöôïc caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hoaït ñoäng cuûa enzym

Trình baøy ñöôïc ñoäng hoïc vaø söï öùc cheá cuûa enzym

Trình baøy ñöôïc söï kieåm soaùt hoaït ñoäng cuûa enzym

1-ÑAÏI CÖÔNG VEÀ ENZYM

1.1- Caùc enzym laø nhöõng chaát xuùc taùc

Coù taùc ñoäng laøm gia taêng vaän toác phaûn öùng hoùa hoïc maø khoâng thay ñoåi tieán trình cuûa phaûn öùng

Vaän toác phaûn öùng coù theå taêng leân tôùi 107 laàn khi coù maët enzym

Phaûn öùng coù theå ñöôïc tieán haønh trong nhöõng ñieàu kieän töông ñoái nheï nhaøng (nhieät ñoä döôùi 100 ñoä C, ôû aùp suaát khí quyeån vaø pH trung tính)

Coù tính ñaëc hieäu cao ñoái vôùi cô chaát maø noù taùc ñoäng cuõng nhö ñoái vôùi caùc saûn phaåm maø noù thaønh laäp.

1-ÑAÏI CÖÔNG VEÀ ENZYM

1.1- Caùc enzym laø nhöõng chaát xuùc taùc

Taùc ñoäng coù theå ñöôïc ñieàu hoøa thöôøng nhaïy caûm vôùi noàng ñoä cô chaát hay vôùi moät soá phaân töû khaùc

Baûn chaát caùc enzym laø nhöõng protein

Ngoïai leä coù vaøi phaân töû ARN cuõng coù taùc ñoäng xuùc taùc.

1.2- Naêng löôïng hoaït hoùa vaø traïng thaùi chuyeån tieáp

- Moïi phaûn öùng ñeàu phaûi vöôït qua moät haøng raøo naêng löôïng thì môùi thöïc hieän ñöôïc.

- Haøng raøo naêng löôïng naøy töông öùng vôùi naêng löôïng caàn thieát ñeå chuyeån caùc phaân töû cuûa cô chaát sang traïng thaùi chuyeån tieáp : moät daïng hoùa hoïc khoâng beàn trong tieán trình phaûn öùng ñi töø cô chaát ñeán saûn phaãm.

- Traïng thaùi chuyeån tieáp : traïng thaùi trung gian coù naêng löôïng töï do cao nhaát trong taát caû moïi phaûn öùng.

- Naêng löôïng töï do hoaït hoùa cuûa Gibbs (G*) : cheânh leäch cuûa möùc naêng löôïng töï do giöõa traïng thaùi chuyeån tieáp vaø cô chaát

1.2- Naêng löôïng hoaït hoùa vaø traïng thaùi chuyeån tieáp

- Taùc ñoäng cuûa enzym : oån ñònh traïng thaùi chuyeån tieáp cuûa phaûn öùng hoùa hoïc vôùi söï giaûm G*

Enzym laøm gia taêng toác ñoä phaûn öùng nhöng khoâng aûnh höôûng ñeán söï thay ñoåi

naêng löôïng chung cuûa phaûn öùng.

Enzym khoâng laøm thay ñoåi möùc naêng löôïng cuûa cô chaát hay cuûa

saûn phaåm.

Söï thay ñoåi naêng löôïng trong moät phaûn öùng hoùa sinh

Naêng löôïng töï do

G* (naêng löôïng töï do hoaït hoùa)

G (naêng löôïng töï do)

Phaûn öùng khoâng xuùc taùc bôûi enzym

S

P

Phaûn öùng xuùc taùc bôûi enzym

Traïng thaùi chuyeån tieáp

- Khoâng xuùc taùc : G* = 32.000 calo/mol

- Xuùc taùc voâ cô (H+) : G* = 25.000 calo/mol

- Enzym (saccarase) : G* = 9.400 calo/mol

Thí duï veà möùc naêng löôïng hoaït hoùa cuûa phaûn öùng trong ñieàu kieän coù vaø khoâng coù chaát xuùc taùc :

Saccarose + H2O

Glucose + Fructose

1.3- Söï thay ñoåi naêng löôïng töï do

Söï thay ñoåi naêng löôïng töï do G cuûa Gibbs (kJ mol –1) cho bieát moät phaûn öùng coù thuaän lôïi veà maët naêng löôïng hay khoâng.

Bieán thieân naêng löôïng toång coäng aâm thì phaûn öùng thuaän lôïi veà maët naêng löôïng ( coù nghóa laø caùc saûn phaåm cuûa phaûn öùng ôû möùc naêng löôïng thaáp hôn so vôùi möùc naêng löôïng cuûa cô chaát vaø G laø aâm).

G khaùc vôùi G*.

G : khoâng leä thuoäc vaøo chieàu phaûn öùng vaø khoâng cho

bieát thoâng tin gì veà vaän toác phaûn öùng

G* : aûnh höôûng ñeán vaän toác phaûn öùng.

Ví duï: Söï thuûy giaûi ATP ñeå thaønh

laäp ADP vaø Pi töï do

ATP + H2O ADP + Pi

Go = -30,5kJ mol –1 (thuaän lôïi)

G aâm : phaûn öùng thuaän lôïi veà maët nhieät ñoäng hoïc theo chieàu chæ ñònh (coù nghóa laø phaûn öùng tieán haønh töï nhieân)

G döông : phaûn öùng khoâng thuaän lôïi veà maët naêng löôïng vaø caàn phaûi ñöôïc cung caáp naêng löôïng môùi coù theå thöïc hieän theo chieàu chæ ñònh.

Heä thoáng sinh hoïc : naêng löôïng thöôøng ñöôïc cung caáp baèng vieäc keát hôïp moät phaûn öùng khoâng thuaän lôïi vôùi moät phaûn öùng thuaän lôïi veà maët naêng löôïng : caùc caëp phaûn öùng.

1.3- Söï thay ñoåi naêng löôïng töï do

1.4- Caân baèng hoùa hoïc

Xeùt phaûn öùng sau :

10 –4 /giaây

A B

10 –6 /giaây

ÔÛ traïng thaùi caân baèng, tyû leä cuûa noàng ñoä cô chaát vaø cuûa saûn phaåm laø moät haèng soá khoâng ñoåi haèng soá caân baèng K.

Haèng soá K ñònh nghóa theo nhieät ñoäng hoïc laø:

[saûn phaãm] cb

[thuoác thöû ] cb

[B] cb[A] cb

=K =

Nhö vaäy, ôû traïng thaùi caân baèng cuûa phaûn öùng treân, noàng ñoä cuûa B gaáp 100 laàn A duø coù hay khoâng coù maët cuûa enzym.

Enzym khoâng laøm thay ñoåi traïng thaùi caân baèng thuùc ñaåy phaûn öùng nhanh choùng ñaït caân baèng

- Khoâng coù maët enzym, caàn khoaûng moät giôø ñeå ñaït ñeán caân baèng

- Coù maët cuûa enzym, phaûn öùng coù theå ñaït ñeán caân baèng trong voøng moät giaây.

kf

kb

10-

4

10-

6

=K =

=100

Phaûn öùng hoùa sinh: haèng soá caân baèng cuõng baèng vôùi tyû leä giöõa vaän toác cuûa phaûn öùng ban ñaàu kf vaø vaän toác cuûa phaûn öùng ñaûo kb

1.5- Trung taâm hoaït ñoäng (TTHÑ)

Laø vuøng maø enzym keát hôïp vôùi cô chaát vaø chuyeån ñoåi noù thaønh saûn phaåm cuûa phaûn öùng.

Laø moät phaàn nhoû cuûa phaân töû enzym ñöôïc thaønh laäp bôûi caùc acid amin coù theå ôû raát xa nhau treân chuoãi polypeptid.

Caùc acid amin cuûa TTHÑ thöôøng laø Serin, Histidin, Tryptophan, Cystein, Lysin, Arginin, Glutamat.

TTHÑ thöôøng gioáng nhö moät khe nöùt hay raõnh treân beà maët phaân töû enzym thaønh laäp moät khoaûnng khoâng gian thöôøng laø khoâng phaân cöïc taïo thuaän lôïi cho vieäc lieân keát giöõa enzym vaø cô chaát

Caùc cô chaát + TTHÑ = töông taùc yeáu

töông taùc tónh ñieän, lieân keát hydro, lieân keát Van der Walls, töông taùc kî nöôùc)

trong moät soá tröôøng hôïp bôûi nhöõng lieân keát ñoàng hoùa trò thuaän nghòch.

Phöùc hôïp enzym – cô chaát

Cô chaát ôû traïng thaùi chuyeån tieáp

Saûn phaåm enzym töï do

(ñöôïc phoùng thích / dd)

+ phaân töû cô chaát môùi khaùc

Caùc goác xuùc taùc coù hoaït tính/ TTHÑ

+

+

Enzym

Enzym

Cô chaát E - S

Cô chaát E - S

(a)

(b)

Chìa khoùa/oå khoùa (1894, Emil Fischer)

Hai daïng naøy ñöôïc xem nhö khoâng thay ñoåi, coá ñònh vaø hoaøn toaøn aên khôùp vôùi nhau. Tieáp xuùc caûm öùng (1958 bôûi Daniel E. Koshland Jr) trong ñoù lieân keát cuûa cô chaát caûm öùng laøm thay ñoåi caáu daïng cuûa TTHÑ cuûa enzym.

Hai moâ hình ñöôïc ñeà nghò ñeå giaûi thích veà söï keát hôïp cuûa cô chaát vaø enzym

1.6- Tính ñaëc hieäu cuûa enzym

Tính ñaëc hieäu roõ reät vaø cao hôn nhieàu so vôùi caùc chaát voâ cô

Theå hieän

+ñaëc hieäu phaûn öùng: trong kieåu phaûn öùng ñöôïc chuùng xuùc taùc

+ñaëc hieäu cô chaát: trong söï choïn loïc ñoái vôùi cô chaát tham gia phaûn öùng

1.6.1- Tính ñaëc hieäu phaûn öùng :

Enzym chæ xuùc taùc cho moät trong voâ soá nhöõng chuyeån hoùa coù theå coù ñöôïc ñoái vôùi moät cô chaát.

Thí duï: 3 phaûn öùng sau ñaây cuûa acid amin

- Acid amin bò oxy hoùa nhôø oxydase cho acid -cetonic vaø NH3

- Acid amin bò khöû carboxyl nhôø decarboxylase cho amin töông öùng vaø CO2

- Chuyeån nhoùm amin sang moät acid -cetonic khaùc nhôø transaminase

1.6.2- Tính ñaëc hieäu cô chaát :

Urease chæ xuùc taùc quaù trình thuûy phaân ure : ñaëc hieäu tuyeät ñoái

Lactate dehydrogenase ngoaøi vieäc taùc duïng vaøo lactat, coøn coù theå taùc duïng vaøo nhieàu chaát khaùc cuõng coù nhoùm-CHOH- nhö lactat : ñaëc hieäu töông ñoái

Tính ñaëc hieäu keùp nhö aminoacyl-syntetase trong quaù trình toång hôïp protein taùc duïng leân hai cô chaát coù caáu truùc hoøan toaøn khaùc nhau : hoaït hoùa acid amin vaø gaén vaøo ARNt

1.6.3- Tính ñaëc hieäu laäp theå :

Caùc enzym chuyeån hoùa acid amin chæ taùc duïng leân L-acid amin maø khoâng taùc duïng leân D-acid amin.

1.7- Danh phaùp vaø phaân loaïi :

1.7.1- Danh phaùp :

Urease laø enzym xuùc taùc söï thuûy giaûi ureâ

Fructose 1,6-di phosphatase thuûy giaûi fructose 1,6-di phosphat.

Moät soá caùc enzym khaùc coù teân goïi khoâng lieân quan gì ñeán cô chaát: Trypsin vaø Chymotrypsin laø hai enzym thuûy phaân caùc lieân keát peptid cuûa chuoãi polypeptid.

Moät soá caùc enzym laïi ñöôïc goïi döôùi nhieàu teân khaùc nhau.

Heä thoáng danh phaùp quoác teá:

- Caùc enzym ñöôïc chia thaønh saùu loaïi chính döïa theo kieåu phaûn öùng xuùc taùc cuûa chuùng.

- Xaùc ñònh bôûi moät maõ soá xeáp loaïi goàm boán soá:

o soá thöù nhaát chæ loaïi enzym

o soá thöù hai chæ nhoùm

o soá thöù ba chæ phaân nhoùm

o soá thöù tö chæ thöù töï cuûa enzym ñoù trong phaân nhoùm.

Trypsin mang maõ soá EC (Enzyme Classification) 3.4.21.4

+ soá ñaàu tieân (soá 3) chæ raèng enzym naøy thuoäc loaïi hydrolase

+ soá thöù hai (soá 4) cho bieát noù thuoäc nhoùm protease thuûy phaân caùc lieân keát peptid

+ soá thöù ba (21) cho bieát ñaây laø moät serin protease coù chöùa goác serin quyeát ñònh trong trung taâm hoaït ñoäng

Ø+ soá thöù tö (4) cho bietá ñaây laø enzym ñöôïc xeáp thöù tö trong nhoùm naøy.

Chymotrypsin coù maõ soá EC 3.4.21.1 vaø Elastase EC 3.4.21.36

Ví duï:

1.7.2- Phaân loaïi enzym

LOAÏI

TEÂN ENZYM KIEÅU PHAÛN ÖÙNG XUÙC TAÙC THÍ DUÏ

1

234

5

6

Oxydoreductase TransferaseHydrolaseLyase  

Isomerase  

Ligase (hay synthase)

Chuyeån vaän ñieän töû A- + B A + B-

 

Chuyeån vaän caùc nhoùm chöùc A-B + C A+ B-CPhaûn öùng thuûy phaân A-B+H2O A-H + B-OHPhaân caét lieân keát C-C, C-O, C-N vaø caùc lieân keát khaùc ñeå thaønh laäp thöôøng laø moät lieân keát ñoâi

A-B A=B + X-Y | | X YChuyeån ñoåi caùc nhoùm chöùc noäi phaân töû (chuyeån ñoàng phaân) A-B A-B | | | | X Y Y X

Xuùc taùc caùc phaûn öùng toång hôïp coù keát hôïp vôùi söï thuûy giaûi cuûa ATP A+B A-B

Alcol dehydrogenase

HexokinaseTrypsine

Pyruvat decarboxylase   Maleat isomerase  

Pyruvat carboxylase

2- CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN HOAÏT ÑOÄ CUÛA ENZYM

2.1- Ñònh löôïng enzym

Coù theå ñöôïc thöïc hieän döïa theo taùc ñoäng xuùc taùc cuûa chuùng töông öùng vôùi vieäc chuyeån ñoãi moät cô chaát thaønh moät saûn phaåm.

Ñeå ñònh löôïng enzym caàn phaûi:

- bieát phöông trình caân baèng cuûa phaûn öùng ñöôïc xuùc taùc

- thieát laäp qui trình phaân tích cho pheùp ñònh löôïng hoaëc laø söï maát ñi cuûa cô chaát, hoaëc laø söï xuaát hieän cuûa saûn phaåm.

- chuù yù vai troø cuûa caùc chaát ñoàng phoái hôïp (cofactor), pH, vaø nhieät ñoä. Ô ûloaøi höõu nhuõ, caùc enzym thöôøng hoïat ñoäng trong khoaûng nhieät ñoä töø 25 – 37 ñoä C

­ Vaän toác cuûa phaûn öùng cuõng aûnh höôûng ñeán vieäc ño löôøng hoaït ñoä cuûa enzym (cung caáp ñaày ñuû cô chaát ñeå vaän toác phaûn öùng ban ñaàu tyû leä vôùi noàng ñoä enzym)

2- CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN HOAÏT ÑOÄ CUÛA ENZYM2.1- Ñònh löôïng enzym

Neáu cô chaát (hay saûn phaåm) haáp thu aùnh saùng ôû moät böôùc soùng nhaát ñònh, söï bieán thieân cuûa noàng ñoä cuûa nhöõng chaát naøy coù theå ñöôïc ño baèng caùch khaûo saùt söï bieán thieân cuûa ñoä haáp thu ôû böôùc soùng ñoù.

Maät ñoä quang hoïc tyû leä vôùi noàng ñoä; toác ñoä bieán thieân cuûa ñoä haáp thu tyû leä vôùi toác ñoä phaûn öùng enzym ñöôïc bieåu thò baèng soá mol cô chaát ñöôïc tieâu thuï (hay soá mol saûn phaåm ñöôïc taïo thaønh) trong moät ñôn vò thôøi gian.

Ñònh löôïng enzym : ño toác ñoä xuaát hieän cuûa saûn phaåm hoaëc toác ñoä bieán maát cuûa cô chaát .

NADH vaø NADPH laø hai phaân töû thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå ño söï thay ñoåi ñoä haáp thu trong caùc ñònh löôïng hoaït ñoä enzym vaø chuùng haáp thu trong vuøng töû ngoïai ôû böôùc soùng 340 nm.

Thí duï: ño hoaït ñoä cuûa lactat dehydrogenase vôùi cô chaát laø lactat.

- Hoaït ñoä enzym coù theå ñöôïc ñònh löôïng baèng caùch ño söï gia taêng cuûa ñoä haáp thu ôû 340 nm vôùi phöông trình phaûn öùng sau:

 

CH3-CH(OH)-COO- + NAD+ CH3-CO- COO- +

NADH + H+

Lactat Pyruvat

2.2- Ñònh löôïng enzym keát hôïp

 Glucose + O2 + H2O

  Glucose oxydase

 

Acid Gluconic + H2O2

Hôïp chaát khoâng maøu

Peroxydase

Hôïp chaát coù maøu

H2O

Ñònh löôïng keát hôïp enzym giöõa glucose oxydase vaø peroxydase coù theå ñöôïc söû duïng ñeå ño noàng ñoä glucose trong maùu

 

Neáu muoán ñònh löôïng chính xaùc hoaït ñoä cuûa enzym ñaàu tieân (glucose oxydase) thì enzym thöù hai (peroxydase) vaø nhöõng ñoàng cô chaát cuõng nhö caùc coenzym cuûa chuùng phaûi coù moät löôïng thöøa ñeå khoâng rôi vaøo “böôùc chaäm” laøm aûnh höôûng ñeán vaän toác cuûa enzym keát hôïp.

Trong nhöõng ñieàu kieän naøy, toác ñoä taïo ra hôïp chaát coù maøu tyû leä vôùi toác ñoä taïo H2O2 vaø chính toác ñoä naøy tyû leä vôùi hoaït ñoä cuûa glucose oxydase.

2.3- Vaän toác phaûn öùng enzym

Vaän toác cuûa phaûn öùng ñöôïc xuùc taùc bôûi enzym thöôøng ñöôïc goïi laø toác ñoä cuûa phaûn öùng.

Vaän toác phaûn öùng enzym thöôøng lieân quan ñeán giaù trò cuûa vaän toác khôûi ñaàu, ôû thôøi ñieåm zero (bieåu thò Vo, mol/phuùt) .

Vo : vaän toác cao nhaát (chöa coù saûn phaåm ñöôïc thaønh laäp ôû thôøi ñieåm ñoù)

Ngoaøi ra, enzym coù theå laø ñoái töôïng chòu söï öùc cheá ngöôïc bôûi chính saûn phaåm cuûa phaûn öùng vaø/hoaëc trong phaûn öùng nghòch, caùc saûn phaåm coù theå laø nguoàn nguyeân lieäu cho chuùng.

Söï lieân quan giöõa vieäc taïo thaønh saûn phaåm theo thôøi gian trong phaûn öùng ñöôïc xuùc taùc bôûi enzym

Saûn phaåm (mol)

t (min)

Vo

°°

°

°

°

°°

°°

°

Vo töông öùng vôùi ñoä doác cuûa ñöôøng thaúng tuyeán tính ñi qua toïa ñoä goác

Bieåu thò ñôn vò hoaït ñoä enzym :

Thoâng thöôøng baèng vaän toác ban ñaàu (Vo) cuûa phaûn öùng ñöôïc xuùc taùc (thí duï : baèng mol cô chaát ñöôïc chuyeån hoùa trong 1 phuùt).

2 ñôn vò tieâu chuaån khaùc cho hoaït ñoä cuûa enzym laø ñôn vò enzym (U) vaø katal (kat) .

­ U : löôïng enzym caàn thieát ñeå xuùc taùc vieäc chuyeån 1 mol cô chaát trong 1 phuùt ôû 25 ñoä C trong nhöõng ñieàu kieän toái öu cuûa enzym naøy.

­ Katal laø ñôn vò tieâu chuaån quoác teá SI ño hoaït ñoä enzym ñöôïc ñònh nghóa nhö laø taùc ñoäng xuùc taùc laøm taêng toác ñoä phaûn öùng cuûa moät mol/giaây trong moät heä thoáng ñaëc hieäu.

 

Söï chuyeån ñoåi giöõa nhöõng ñôn vò

1 mol/phuùt = 1U = 16,67 nanokat

 

- Hoaït ñoä (hay hoaït ñoä toång coäng) laø toång soá ñôn vò hoaït ñoäng enzym cuûa moät maãu trong khi ñoù hoaït ñoä ñaëc hieäu laø soá ñôn vò hoaït ñoäng enzym töông öùng vôùi 1mg protein (U/mg).

- Hoaït ñoä ñaëc hieäu duøng ñeå ñaùnh giaù möùc ñoä tinh khieát cuûa enzym. Trong quaù trình tinh cheá enzym, hoaït ñoä ñaëc hieäu cuûa noù taêng vaø tieán tôùi toái ña vaø khoâng ñoåi khi enzym hoaøn toaøn tinh khieát.

Moái lieân quan giöõa {S} vaø Vo

2.4- Noàng ñoä cô chaát

°°

°°

°°

°°

°°

Vo

{S}

Ñoái vôùi nhöõng noàng ñoä thaáp cuûa cô chaát thì khi taêng gaáp ñoâi cô chaát seõ daãn ñeán vieäc taêng gaáp ñoâi toác ñoä ban ñaàu (Vo).

Ñoái vôùi nhöõng noàng ñoä cao cuûa cô chaát, enzym ñaõ bò baûo hoøa va øsöï taêng [S] theâm seõ chæ laøm taêng raát ít Vo.

Bieåu ñoà bieãu thò moái lieân quan giöõa Vo theo [S] laø moät ñoà thò daïng hyperbol

2.5- Noàng ñoä enzym

Khi noàng ñoä cô chaát baûo hoøa, moät söï taêng gaáp ñoâi noàng ñoä enzym daãn ñeán vieäc taêng gaáp ñoâi Vo.

Neáu bieåu dieãn baèng ñoà thò söï thay ñoåi cuûa Vo theo noàng ñoä enzym, ta seõ coù moät ñöôøng thaúng.

2.6- Nhieät ñoä

Hai khaû naêng :

Gia taêng nhieät ñoä : taêng naêng löôïng nhieät cung caáp cho caùc phaân töû cô chaát gia taêng vaän toác cuûa phaûn öùng

ÔÛ nhöõng nhieät ñoä quaù cao nguy cô phaù vôõ caùc lieân keát yeáu khoâng ñoàng hoùa trò (lieân keát hydrogen, löïc Van der Walls….) laø nhöõng lieân keát laøm oån ñònh caáu truùc khoâng gian ba chieàu cuûa enzym bieán tính enzym.

Chæ caàn coù moät thay ñoåi nhoû trong caáu hình 3 chieàu cuûa enzym cuõng laøm thay ñoåi caáu truùc cuûa TTHÑ: giaûm hoaït tính enzym

4 37 50

Vo

oC

Taùc ñoäng cuûa nhieät ñoä phaûn öùng treân hoaït ñoä enzym

Taùc ñoäng chung cuûa söï gia taêng nhieät ñoä treân vaän toác phaûn öùng cuûa enzym taïo ra hai hieäu öùng ngöôïc nhau.

Ñoái vôùi loaøi höõu nhuõ, nhieàu enzym hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä gaàn 37 ñoä C.

Taq polymerase tham gia trong phaûn öùng truøng hôïp chuoãi coù trong vi khuaån soáng ôû caùc nguoàn nöôùc noùng vaø enzym naøy thích nghi hoïat ñoäng trong nhöõng ñieàu kieän nhieät ñoä cao.

2.7- pH

Moãi moät enzym coù moät pH toái öu maø ôû pH naøy vaän toác cuûa phaûn öùng xuùc taùc seõ ñaït toái ña.

Moät thay ñoåi nhoû cuûa pH so vôùi giaù trò toái öu cuõng daãn ñeán söï giaõm hoaït ñoä enzym do noù laøm thay ñoåi söï ion hoùa cuûa caùc nhoùm chöùc trong TTHÑ cuûa enzym.

Moät söï thay ñoåi lôùn pH coù theå laøm bieán tính protein enzym do aûnh höôûng ñeán caùc lieân keát yeáu khoâng ñoàng hoùa trò duy trì caáu truùc 3 chieàu cuûa enzym.

Söï thay ñoåi cuûa vaän toác Vo theo pH döôùi daïng hình chuoâng

pH

5 64 7 98

Vo

Enzym 1

Enzym 2

Nhieàu enzym coù pH toái öu khoaûng 6,8

Pepsin laø moät enzym tieâu hoùa hoaït ñoäng trong daï daøy ôû pH acid (pHkhoaûng 2) : phuï thuoäc vaøo moâi tröôøng hoaït ñoäng

2.8- Coenzym vaø caùc nhoùm ngoaïi

- Ñeå xuùc taùc moät phaûn öùng, nhieàu enzym caàn coù söï hieän dieän cuûa nhöõng tieåu ñôn vò khoâng phaûi laø protein ñöôïc goïi laø chaát coäng taùc hay cofactor.

- Caùc chaát coäng taùc naøy coù theå laø moät hay nhieàu ion voâ cô nhö Zn 2+ hay Fe2+, hoaëc coù theå laø moät phöùc hôïp caùc phaân töû höõu cô ñöôïc goïi laø coenzym : nhoùm ngoaïi (Thí duï Hem trong phaân töû Hemoglobin).

- Holoenzym : daïng coù hoaït tính xuùc taùc hoaøn chænh cuûa moät enzym phoái hôïp vôùi coenzym cuûa noù hay vôùi ion kim loaïi cuûa chuùng.  

COENZYM + APOENZYM HOLOENZYM

(Phaàn protein)

Moät soá coenzym, chaúng haïn NAD+ , ñöôïc gaén vôùi enzym roài tieáp ñeán laïi ñöôïc giaûi phoùng ra khoûi enzym trong quaù trình xuùc taùc vaø ñoùng vai troø nhö laø moät chaát ñoàng cô chaát.

Nhieàu coenzym laø nhöõng daãn xuaát töø caùc tieàn chaát laø caùc vitamin.

Coenzym Tieàn chaát Beänh do thieáu

vitamin

Coenzym A

FAD, FMN

NAD+, NADP+

Thiamine

pyrophosphat

Tetrahydrofolat

Desoxyadenosyl

cobalamin

Ñoàng cô chaát

trong söï hydroxyl

hoùa Prolin

thaønh collagen

Pyridoxal

phosphat

Acid pantothenic

Riboflavine (vitamin

B2)

Niacine

Thiamine (vitamin B1)

 

Acid folic

Cobalamin (vitamin

B12)

 

Vitamin C (acid

ascorbic)

Pyridoxin (vitamin B6)

Vieâm da

Chaäm lôùn

Pellagre

Teâ phuø (Beùri-

beùri)

 

Thieáu maùu

Thieáu maùu

aùc tính

 

Scorbut

Vieâm da

Nicotinamide adenin dinucleotid (NAD+) vaø nicotinamide adenin dinucleotid phosphat (NADP+) laø hai coenzym maø caáu truùc goàm coù moät base Adenin, hai ñöôøng ribose, glucid ñöôïc lieân keát vôùi nhau bôûi nhoùm phosphat vaø moät nhaân nicotinamid.

NADP+ khaùc vôùi NAD+ do coù theâm moät nhoùm phosphat gaén vôùi moät phaân töû ribose

Chöùc naêng gioáng nhau : hoaït ñoäng nhö nhöõng chaát vaän chuyeån ñieän töû vaø tham gia vaøo caùc phaûn öùng oxy hoùakhöû.

NAD+ thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc phaûn öùng dò hoùa (phaân huûy) trong khi NADP+ tham gia vaøo caùc phaûn öùng ñoàng hoùa (sinh toång hôïp).

Phaàn hoaït ñoäng cuûa hai phaân töû : nhaân nicotinamid (daïng oxy hoùa hay daïng khöû ) hoaït ñoäng baèng caùch nhaän hay cho ñieän töû tuøy theo phaûn öùng enzym.

Phaûn öùng keùo theo cuõng laø söï vaän chuyeån proton theo phöông trình sau :

 

NAD+ + H+ + 2eø NADH

Caáu truùc cuûa coenzym NAD+ vaø NADP+

N

CONH2

OHHO

CH2OP

O

O

O

PO

O

O CH2O

HOO

P

O

O--O

ADENIN

N

R

CONH2

H H

NAD+

NADP+

NADH/NADPH

2eø + H+

2eø + H+

Flavin adenin dinucleotid (FAD) vaø flavin mononucleotid (FMN) cuõng laø nhöõng chaát chuyeån vaän ñieän töû vaø coù caáu truùc hoùa hoïc gaàn nhau

Moãi moät coenzym naøy ñöôïc thaønh laäp bôûi moät ñôn vò flavin mononucleotid coù chöùa trung taâm hoaït ñoäng. FAD coù chöùa theâm moät nhoùm boå sung glucid (Ribose) vaø Adenin.

FAD vaø FMN taùc ñoäng vôùi 2 proton vaø 2 ñieän töû ñeå chuyeån luaân phieân töø traïng thaùi khöû sang traïng thaùi oxy hoùa

 

FAD + 2H+ + 2eø FADH2

N

N

N

NH

CH3

CH3

O

O

CH2

CHOH

CHOH

CHOH

CH2

O

PO

O

O

PO O

O

CH2

HO OH

N

N

N

NH

CH3

CH3

O

O

R

H

H

FMN

FAD

2eø + 2H+

2eø + 2H+

Caáu truùc cuûa coenzym FAD vaø FMN

2.9- Caùc isoenzym

Isoenzym (isozym) : daïng khaùc nhau cuûa moät enzym xuùc taùc cuøng moät phaûn öùng nhöng chuùng coù nhöõng tính chaát ñoäng hoïc vaø vaät lyù khaùc nhau ( nhö ñieåm ñaúng ñieän, pH toái öu, aùi löïc ñoái vôùi cô chaát hay ñoái vôùi nhöõng taùc ñoäng cuûa caùc chaát öùc cheá)

Nhöõng isoenzym khaùc nhau cuûa moät enzym nhaát ñònh ñöôïc toång hôïp do nhöõng gen khaùc nhau vaø thöôøng taùc ñoäng trong nhöõng moâ khaùc nhau cuûa cô theå.

Ví duï :

Lactat dehydrogenase (LDH) : caáu taïo bôûi boán tieåu ñôn vò xuaát phaùt töø hai loïai tieåu ñôn vò khaùc nhau goïi laø H vaø M.

Hai loaïi naøy coù nhöõng khaùc nhau nhoû trong trình töï chuoãi acid amin cuûa chuùng.

Hai loaïi tieåu ñôn vò naøy coù theå keát hôïp moät caùch ngaãu nhieân ñeå taïo neân 5 isoenzym coù caáu taïo laø H4, H3M, H2M2, HM3 vaø M4.

Naêm isoenzym naøy : phaân laäp baèng phöông phaùp ñieän di.

Tieåu ñôn vò M coù nhieàu trong cô xöông (cô vaân) vaø gan trong khi H coù nhieàu trong tim. Caùc isoenzym H4 vaø H3M coù nhieàu trong tim vaø hoàng caàu; H2M2 trong naõo vaø thaän, trong khi ñoù HM3 vaø M4 coù nhieàu trong gan vaø cô xöông.

 

YÙ nghiaõ cuûa isoenzym

caáu truùc cuûa moãi isoenzym thì ñaëc tröng cho moät moâ ñaëc hieäu.

• yù nghóa to lôùn trong y hoïc

• moät coâng cuï ñeå chaån ñoaùn (duøng chaån ñoaùn nhoài maùu cô tim , theo doõi tieán trieån cuûa quaù trình trò lieäu)

3-ÑOÄNG HOÏC VAØ SÖÏ ÖÙC CHEÁ ENZYM

3.1- Moâ hình Michaelis-Menten

Moâ hình Michaelis-Menten toùm taét khaùi nieäm sau ñaây veà söï xuùc taùc cuûa moät phaûn öùng bôûi enzym

k3

k2

k1

E + S

ES E + P

Caùc haèng soá vaän toác k1, k2 vaø k3 bieåu thò cho vaän toác ôû moãi böôùc khaùc nhau trong quaù trình xuùc taùc.

Chaáp nhaän raèng vaän toác cuûa phaûn öùng ngöôïc laïi E + P ---> ES khoâng coù yù nghóa.

Nghieân cöùu ñoäng hoïc cuûa moät soá enzym:

ôû nhöõng noàng ñoä cô chaát thaáp, vaän toác ban ñaàu (Vo) tyû leä tröïc tieáp vôùi [S]

traùi laïi ñoái vôùi nhöõng noàng ñoä cao cuûa cô chaát thì vaän toác coù xu höôùng ñaït ñeán giaù trò toái ña vaø khoâng phuï thuoäc vaøo [S]. Vaän toác toái ña naøy ñöôïc goïi laø Vmax (mol.min –1)

 

Phöông trình Michaelis vaø Menten:

 

Phöông trình ñöôïc bieåu thò döôùi daïng ñoà thò hyperbol

Km : haèng soá Michaelis

Vo =Vmax. [S]Km + [S]

Vo

Vmax

[S]

Vmax/2

Km

Lieân quan giöõa noàng ñoä cô chaát |S] vaø vaän toác ban ñaàu Vo

- Haèng soá Km (haèng soá Michaelis) vôùi ñôn vò laø M (mol)

Km =k2 + k3

k1

- Km duøng ñeå ño ñoä beàn cuûa phöùc hôïp ES vaø noù baèng toång vaän toác cuûa söï phaân raõ ES chia vaän toác cuûa söï taïo thaønh ES.

k3

k2

k1

E + S

ES E + P

Ñoái vôùi moät soá caùc enzym k2 thöôøng cao hôn nhieàu so vôùi k3. Trong nhöõng tröôøng hôïp naøy Km trôû thaønh moät haèng soá ño aùi löïc cuûa enzym ñoái vôùi cô chaát bôûi vì giaù trò cuûa noù luùc naøy phuï thuoäc vaøo giaù trò töông ñoái cuûa k1 vaø k2 , haèng soá vaän toác töông öùng vôùi söï thaønh laäp vaø phaân ly ES.

Moät giaù trò Km lôùn cho thaáy enzym coù aùi löïc yeáu ñoái vôùi cô chaát (k2 >> k1) vaø 1 Km thaáp cho thaáy enzym coù aùi löïc maïnh ñoái vôùi cô chaát (k1>>k2).

k3

k2

k1

E + S

ES E + P

Km coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm döïa vaøo phöông trình Michaelis vaø Menten : giaù trò cuûa noù chính laø noàng ñoä cô chaát khi toác ñoä phaûn öùng baèng Vmax/2.

Vo =Vmax. [S]Km + [S]

3.2- Ñoà thò Lineweaver-Burk

Khoâng theå ñaùnh giaù ñöôïc Vmax (vaø caû cuûa Kmax) töø ñoà thò hyperbol

Vmax vaø Kmax coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm baèng caùch ño Vo vôùi nhöõng noàng ñoä khaùc nhau cuûa cô chaát döïa vaøo nghòch ñaûo cuûa 2 veá cuûa phöông trình Michaelis vaø Menten sau:

1

Vo

1

Vmax

Km

Vmax

1

[S]

x+=

Ñoà thò Lineweaver-Burk cho pheùp tìm Km vaø Vmax moät caùch deã daøng vaø chính xaùc.

Ñoà thò naøy caét truïc tung taïi 1/Vmax vaø caét truïc hoaønh taïi -1/Km. Ñoä doác cuûa ñöôøng thaúng naøy laø Km/Vmax.

1/Vo

Ñoä doác= Km/Vmax

1/[S]

1/Vmax

-1/Km

Ñoà thò Lineweaver-Burk

Chuù yù:

Moâ hình cuûa Michaelis vaø Menten ñöôïc xem nhö laø moät moâ hình raát toát lieân quan ñeán haàu heát caùc soá lieäu thöïc nghieäm cuûa phaàn lôùn caùc enzym

Vaãn coù moät soá enzym khoâng phuø hôïp vôùi ñoäng hoïc cuûa Michaelis vaø Menten : aspartat transcarbamoylase (ATCase) ñöôïc goïi laø caùc enzym dò laäp theå (enzym allosteric)

3.3- ÖÙc cheá enzym

Caùc chaát öùc cheá: taùc ñoäng tröïc tieáp treân enzym laøm giaûm vaän toác xuùc taùc cuûa enzym

Moät soá chaát öùc cheá enzym laø caùc saûn phaåm chuyeån hoùa cuûa teá baøo bình thöôøng. Caùc saûn phaåm naøy seõ öùc cheá moät enzym ñaëc tröng nhö laø moät taùc nhaân kieåm soaùt thoâng thöôøng cuûa söï chuyeån hoùa.

Nhöõng chaát öùc cheá cuõng coù theå laø nhöõng taùc nhaân laï beân ngoaøi nhö caùc loaïi ma tuùy, ñoäc toá vaø gaây ra nhöõng taùc ñoäng öùc cheá enzym coù theå daãn ñeán tình traïng beänh lyù döõ doäi hoaëc cheát ngöôøi.

Hai caùch öùc cheá enzym : öùc cheá khoâng thuaän nghòch hoaëc thuaän nghòch.

­ Ñoái vôùi öùc cheá thuaän nghòch : öùc cheá caïnh tranh vaø khoâng caïnh tranh . Söï öùc cheá thuaän nghòch coù theå ñöôïc ñaûo ngöôïc laïi baèng caùch loaïi boû chaát öùc cheá enzym baèng con ñöôøng thaåm taùch chaúng haïn.

­ Ñoái vôùi öùc cheá khoâng thuaän nghòch : khoâng theå ñaûo ngöôïc

 

3.3.1- ÖÙc cheá khoâng thuaän nghòch

Caùc chaát öùc cheá lieân keát moät caùch khoâng thuaän nghòch vôùi enzym thöôøng baèng caùc lieân keát coäng hoùa trò vôùi moät goác acid amin treân hay raát gaàn vôùi trung taâm hoaït ñoäng vaø laøm baát hoaït enzym. Nhöõng goác acid amin naøy thöôøng laø goác Ser vaø Cys coù caùc nhoùm chöùc töông öùng laø –OH vaø –SH.

Hôïp chaát diisopropylphosphofluoridat (DIPF), moät hôïp chaát khí taùc ñoäng höôùng thaàn kinh, phaûn öùng vôùi goác Ser trong trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym acetylcholinesterase laøm öùc cheá enzym naøy moät caùch khoâng thuaän nghòch vaø ngaên caûn vieäc daãn truyeàn xung ñoäng thaàn kinh.

-HF

Enzym-CH2OH + DIPF

Enzym-CH2-O-DIPF

Iodoacetamid laøm thay ñoåi goác Cys vaø coù theå ñöôïc söû duïng nhö laø moät taùc nhaân chaån ñoaùn trong vieäc xaùc ñònh soá goác Cys caàn thieát cho taùc ñoäng cuûa enzym.

Enzym-CH2SH

+ ICH2 C NH2

O

+ HI

Enzym-CH2 S CH2 C NH2

O

Khaùng sinh Penicilline öùc cheá moät caùch khoâng thuaän nghòch enzym glycopeptid transpeptidase (coù vai troø xuùc taùc vieäc thaønh laäp nhöõng lieân keát cheùo trong thaønh teá baøo vi khuaån) baèng caùc lieân keát coäng hoùa trò vôùi goác Serin trong trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym

3.3.2- ÖÙc cheá caïnh tranh thuaän nghòch

Moät chaát öùc cheá caïnh tranh coù caáu truùc gaàn gioáng cô chaát. Do ñoù, noù coù theå caïnh tranh vôùi cô chaát ñeå lieân keát vôùi trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym.

Enzym coù theå lieân keát vôùi hoaëc laø cô chaát hoaëc laø chaát öùc cheá nhöng khoâng theå lieân keát ñoàng thôøi caû hai.

S

IE ES E +

P

EI

Moät chaát öùc cheá caïnh tranh lieân keát theo caùch thuaän nghòch vôùi trung taâm hoaït ñoäng.

Toác ñoä phaûn öùng enzym tuøy thuoäc vaøo noàng ñoä töông ñoái cuûa chaát öùc cheá vaé cô chaát.

Neáu taêng noàng ñoä cuûa cô chaát vöôït xa noàng ñoä cuûa chaát öùc cheá thì coù theå laøm cho phaûn öùng ngöôc trôû laïi, vaø khaéc phuïc ñöôïc hieän töôïng öùc cheá, ngöôïc laïi neáu taêng noàng ñoä cuûa chaát öùc cheá leân thì coù theå laøm cho enzym bò öùc cheá hoaøn toaøn.

Succinat dehydrogenase laø moät thí duï ñieån hình cuûa söï öùc cheá caïnh tranh. Enzym naøy söû duïng cô chaát laø succinat vaø bò öùc cheá caïnh tranh bôûi malonat khaùc vôùi succinat ôû choå chæ coù moät nhoùm metylen trong phaân töû thay vì 2 nhoùm nhö succinat.

Succinat dehydrogenase

Succinat + FAD Fumarat + FADH2

Malonat Khoâng phaûn öùng

Succinat dehydrogenase

1/Vo

1/[S]

1/Vmax

-1/Km

Ñoà thò Lineweaver-Burk cho thaáy aûnh höôûng cuûa chaát öùc cheá caïnh tranh treân Km vaø Vmax

°° °

°°

°°

° °

°Öùc cheá caïnh tranh

Khoâng öùc cheá

- laøm taêng ñoä doác cuûa ñöôøng bieãu dieãn

- laøm thay ñoåi giao ñieåm vôùi truïc hoaønh (bôûi vì Km taêng)

- khoâng laøm thay ñoåi tung ñoä goác (vì Vmax vaãn laø moät haèng soá khoâng thay ñoåi)iI

3.3.3- ÖÙc cheá thuaän nghòch khoâng caïnh tranh

Moät chaát öùc cheá khoâng caïnh tranh lieân keát theo caùch thuaän nghòch vôùi moät trung taâm khaùc vôùi trung taâm hoaït ñoäng vaø gaây neân moät söï thay ñoåi caáu truùc khoâng gian cuûa enzym ñöa ñeán vieäc laøm giaûm hoaït tính cuûa enzym.

Enzym coù theå lieân keát vôùi chaát öùc cheá, vôùi cô chaát hoaëc coù theå vôùi caû 2 cuøng moät luùc.

S

IE ES E +

P

EI ESI

S

I

Taùc ñoäng öùc cheá khoâng caïnh tranh khoâng theå ñöôïc ñaûo ngöôïc laïi baèng caùch taêng noàng ñoä cô chaát, vaø laøm cho Vmax giaûm.

Traùi laïi, trong söï öùc cheá khoâng caïnh tranh, aùi löïc cuûa enzym ñoái vôùi cô chaát laø khoâng ñoåi vaø nhö vaäy Km khoâng ñoåi

Taùc ñoäng cuûa Pepstatine treân enzym renin laø moät thí duï veà chaát öùc cheá khoâng caïnh tranh.

Ñoà thò Lineweaver-Burk cho thaáy aûnh höôûng cuûa chaát öùc cheá khoâng caïnh tranh treân Km vaø Vmax1/Vo

1/[S]

1/Vmax

-1/Km

°

°°

°

°

°

°

°

°

°Öùc cheá khoâng caïnh tranh

Khoâng öùc cheá

- laøm giaûm ñoä doác cuûa ñöôøng bieãu dieãn

- laøm thay ñoåi giao ñieåm vôùi truïc tung (bôûi vì Vmax giaûm)

- khoâng laøm thay ñoåi giao ñieåm vôùi truïc hoaønh (vì Km khoâng ñoåi)

4-KIEÅM SOAÙT HOAÏT ÑOÄNG CUÛA ENZYM

4.1- Ñieàu hoøa bôûi cô cheá feed-back

Chaát hoaït hoùa vaø chaát öùc cheá (goïi chung laø caùc chaát taùc ñoäng).

Quaù trình chuyeån hoùa ñöôïc ñieàu hoøa theo phöông thöùc sau : enzym tham gia ñaàu tieân vaøo quaù trình ñöôïc öùc cheá bôûi saûn phaåm cuoái cuøng cuûa quaù trình ñoù : öùc cheá ngöôïc ( öùc cheá bôûi cô cheá feed-back)

A B C D ZE1 E2 E3 E4 En

Söï ñieàu hoøa enzym :

tieát kieäm ñöôïc naêng löôïng döï tröû cuûa cô theå

traùnh tích tuï moät löôïng lôùn chaát chuyeån hoùa trung gian voâ ích.

 

Quaù trình chuyeån hoùa bò phaân nhaùnh : öùc cheá ngöôïc töøng daõy

  D Y

A B C

E Z

E1 E2E3

E3’E4’ En’

E4 En

ÖÙc cheá bôûi cô cheá feed-back töøng daõy trong quaù trình bieán döôõng

Caùc saûn phaåm cuoái cuøng cuûa moät quaù trình chuyeån hoùa bao goàm nhieàu phaûn öùng xuùc taùc bôûi caùc enzym thöôøng ít khi töông ñoàng vôùi hôïp chaát ban ñaàu cuûa quaù trình veà maët caáu truùc phaân töû.

Do ñoù, saûn phaåm cuoái cuøng seõ coù theå ñöôïc lieân keát vôùi enzym ôû moät vò trí kieåm soaùt khaùc vôùi vò trí cuûa trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym. Nhöõng enzym loaïi naøy ñöôïc goïi laø caùc enzym dò laäp theå.

4.2- Enzym dò laäp theå

- Ñöôøng bieåu dieãn coù daïng sigma thay vì daïng hyperbol : moät ñoaïn doác ñöùng ôû khoaûng giöûa cuûa noàng ñoä cô chaát söï gia taêng nhanh choùng toác ñoä phaûn öùng cuûa enzym xaûy ra trong moät khoaûng giôùi haïn cuûa noàng ñoä cô chaát.

- Caùc enzym dò laäp theå ñaëc bieät nhaïy vôùi nhöõng thay ñoåi nhoû cuûa noàng ñoä cô chaát trong khoaûng giôùi haïn naøy.

- Caùc enzym dò laäp theå thöôøng laø caùc protein caáu taïo bôûi nhieàu tieåu ñôn vò vôùi moät hay nhieàu trung taâm hoaït ñoäng treân moãi tieåu ñôn vò.

- Lieân keát cuûa cô chaát vôùi moät trung taâm hoaït ñoäng laøm caûm öùng thay ñoåi caáu hình trong phaân töû protein vaø gaây aûnh höôûng ñeán nhöõng trung taâm taùc ñoäng khaùc; ñieàu naøy laøm thay ñoåi aùi löïc cuûa caùc trung taâm ñoù ñoái vôùi caùc phaân töû cô chaát.

- Coù theå ñöôïc kieåm soaùt bôûi caùc chaát taùc ñoäng (hoaït hoùa vaø öùc cheá). Caùc chaát naøy ñöôïc lieân keát vôùi enzym taïi moät vò trí khaùc vôùi trung taâm hoaït ñoäng (treân cuøng moät tieåu ñôn vò hay treân moät tieåu ñôn vò khaùc thay ñoåi caáu hình cuûa trung taâm hoaït ñoäng vaø laøm thay ñoåi vaän toác cuûa phaûn öùng cuûa enzym.

- Moät chaát hoaït hoùa dò laäp theå laøm taêng vaän toác phaûn öùng cuûa enzym coøn chaát öùc cheá dò laäp theå laøm giaûm taùc ñoäng cuûa enzym.

Aspartat transcarbamoylase : enzym trong quaù trình STH pyrimidin

Söï thaønh laäp N-carbamoylaspartat bôûi ATCase laø böôùc giôùi haïn söï sinh toång hôïp pyrimidin vaø laø ñieåm kieåm soaùt chuû yeáu cuûa quaù trình

 

Hoaït hoùa

Öùc cheá

Aspartat

H2PO4-

CO2 + Glutamin + ATP

Carbamoyl phosphat

N-carbamoylaspart

at

ATCase

CTP

Vo

10 20 30 40 Aspartat (mM)

+ATP

+CTP

Khoâng coù taùc ñoäng dò laäp theå

Ñoà thò bieåu dieãn vaän toác phaûn öùng ban ñaàu (Vo) theo noàng ñoä cô chaát cuûa moät enzym dò laäp theå (ATCase)

4.3-Söï thay ñoåi caùc lieân keát coäng hoùa trò thuaän nghòch

- Goàm vieäc taïo thaønh vaø caét ñöùt moät lieân keát coäng hoùa trò giöõa moät nhoùm khoâng phaûi laø protein vaø moät nhoùm laø phaân töû enzym.

- Nhoùm khoâng phaûi laø protein coù theå lieân keát thuaän nghòch vôùi enzym vaø taùc ñoäng ñeán hoaït ñoä cuûa enzym thöôøng hay gaëp laø nhoùm phosphat maø söï theâm vaøo ñöôïc goïi laø söï phosphoryl hoùa vaø söï laáy ñi goïi laø söï dephosphoryl hoùa.

- Söï phosphoryl hoùa ñöôïc xuùc taùc bôûi protein kinase thöôøng söû duïng ATP nhö moät chaát cho phosphat

- Dephosphoryl hoùa ñöôïc xuùc taùc bôûi protein phosphatase

- Söï theâm vaøo vaø laáy ñi moät nhoùm phosphat gaây ra nhöõng söï thay ñoåi caáu truùc baäc ba cuûa enzym va øseõ laøm thay ñoåi taùc ñoäng xuùc taùc cuûa chuùng.

-Hai loaïi protein kinase :

+ serin/threonin protein kinase (protein kinase phuï thuoäc AMP voøng) : chuyeån nhoùm phosphat ñaëc hieäu ñeán –OH cuûa goác Ser hay Thr cuûa enzym

+ Tyrosin kinase : chuyeån nhoùm phosphat ñaëc hieäu ñeán –OH cuûa goác Tyr

- Caùc protein phosphatase xuùc taùc söï thuûy giaûi nhoùm phosphat cuûa protein ñeå taùi taïo laïi nhoùm OH nguyeân thuûy cuûa acid amin vaø phoùng thích Pi

Pi Protein –OH ATP  

Protein

Phosphatase

O-

H2O Protein –O – P = O ADP

O-

Protein

kinase

Söï phosphoryl hoùa vaø dephosphoryl hoùa thuaän nghòch ôû enzym.

- Moät enzym ñöôïc phosphoryl hoùa coù theå hoaëc laø hoaït ñoäng hôn hoaëc laø keùm hoaït ñoäng hôn so vôùi daïng dephosphoryl hoùa cuûa chuùng.

- Glycogen phosphorylase laø enzym trong quaù trình phaân huûy glycogen thì hoaït ñoäng ôû daïng phosphoryl hoùa vaø glycogen synthase taùc ñoäng treân quaù trình toång hôïp glycogen thì hoïat ñoäng maïnh ôû daïng khoâng phosphoryl hoùa.

- Caùc loaïi thay ñoåi coäng hoùa trò thuaän nghòch khaùc : söï adenylat hoùa (chuyeån nhoùm adenylat töø ATP) vaø ADP-ribosyl hoùa (chuyeån ADP-ribosyl töø NAD+).

4.4 Taùc ñoäng phaân giaûi protein

Proenzym ( zymogen) thuûy giaûi khoâng thuaän nghòch moät hay nhieàu lieân keát peptid daïng hoaït ñoäng.

4.4.1- Caùc enzym thuûy phaân protein cuûa tuïy taïng

 

Trypsinogen

  Enteropeptidase

Trypsin

Chymotrypsinogen Proelastase

 

  Chymotrypsin Elastase

 

Vai troø trung taâm cuûa Trypsin trong söï hoaït hoùa caùc zymogen cuûa tuïy taïng

- Protein öùc cheá trypsin/tuïy taïng: cô cheá baûo veä traùnh hieän töôïng töï tieâu tuïy taïng (lieân keát chaët cheû vôùi TTHÑ cuûa Trypsin)

 

1 245

1 15 16 245

1 13 16 146

149

245

S S S S

S S

S S

S

S

S

S

Chymotrypsinogen

(khong hoaït ñoäng)

Trypsin

Chymotrypsin

Ser14-Arg15

Thr147-Asn148

-chymotrypsin

-chymotrypsin

-chymotrypsin

4.4.2-Söï ñoâng maùu

- Moät chuoåi quaù trình hoaït hoùa caùc zymogen.

 

Chuù yù:

- Söï hoaït hoùa caùc enzym phaân giaûi protein khoâng caàn ñeán ATP.

- Traùi laïi vôùi söï thay ñoåi coäng hoùa trò cuûa enzym (caàn ATP), söï hoaït hoùa cuûa zymogen khoâng thuaän nghòch.

4.5- Ñieàu hoøa toång hôïp vaø phaân huûy enzym

- Löôïng enzym ñaëc hieäu : phuï thuoäc vaøo toác ñoä toång hôïp vaø phaân huûy cuûa enzym

- Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán toác ñoä toång hôïp seõ taùc ñoäng leân möùc ñoä caûm öùng hay öùc cheá gen maõ hoùa cho enzym naøy cuõng nhö vaän toác phaân raû cuûa ARNm ñöôïc taïo ra bôûi gen naøy.

- ÔÛ moät soá vò trí kieåm soaùt cuûa caùc quaù trình chuyeån hoùa, thôøi gian toàn taïi cuûa ARNm cuûa nhieàu enzym chuû choát thì ñaëc bieät ngaén vaø do vaäy vaän toác toång hôïp cuûa caùc enzym naøy deã kieåm soaùt baèng caùch döïa vaøo caùc yeáu toá taùc ñoäng treân söï phieân maõ gen.

 

- Vaän toác phaân huûy cuûa moät enzym ñöôïc phaûn aùnh bôûi thôøi gian baùn huûy cuûa chuùng (thôøi gian caàn thieát ñeå phaân huûy 50% protein)

- Nhieàu enzym quan troïng trong söï ñieàu hoøa chuyeån hoùa coù thôøi gian baùn huûy ngaén vaø ñöôïc goïi laø caùc enzym khoâng beàn

TOÙM TAÉT

Lieân quan maät thieát cuûa caùc phaûn öùng hoùa hoïc trong cô theå soáng maïng löôùi chuyeån hoùa phöùc taïp.

Phaûn öùng hoùa hoïc trong cô theå soáng: vai troø xuùc taùc cuûa enzym. Enzym prolein ñaëc hieäu trung taâm hoaït ñoäng.

Toång hôïp, ñieàu hoøa enzym: caûm öùng, öùc cheá.

Phaân loaïi enzym: 6 loaïi oxy hoùa khöû, vaän chuyeån nhoùm, thuûy phaân, phaân caét, ñoàng phaân, toång hôïp teân goïi mang ñuoâi ase.

Caáu truùc enzym: ñôn nguyeân, ña nguyeân, dò laäp theå, tieàn enzym,...

Tính ñaëc hieäu Enzym: > chaát xuùc taùc khaùc

Ñoäng hoïc cuûa phaûn öùng enzym: Vo, Vmax, Km, G.Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán toác ñoä phaûn öùng: noàng ñoä enzym, noàng ñoä cô chaát, pH cuûa moâi tröôøng, nhieät ñoä, caùc chaát hoaït hoùa, caùc chaát öùc cheá, ion kim loaïi...

Chaát phoái hôïp (cofactor) cuûa enzym: coenzym, ion kim loaïi.

Enzym hoïc laø boä phaän then choát xuyeân suoát toaøn boä chöông trình hoùa sinh hoïc.

TOÙM TAÉT