Giáo án Hóa học Lớp 12 - Chương 6: Enzyme

alic acid có cấu trúc gần giống với succinic acid nên kìm hãm cạnh tranh enzyme succinatedehydrogenase, là enzyme xúc tác cho sự biến đổi succinic acid thành acid fumaric acid. Trường hợp đặc biệt của kìm hãm cạnh tranh là kìm hãm bằng sản phẩm. Trường hợp này xẩy ra khi một sản phẩm phản ứng tác dụng trở lại enzyme và choán vị trí hoạt động ở phân tử enzyme. Đường thẳng có chất kìm hãm thì có độ xiên lớn hơn và cắt trục tung ở một điểm là 1/Vmax Cách 2: Kìm hãm phi cạnh tranh (uncompetitive inhibition) Đặc trưng của kiểu kìm hãm này là chất kìm hãm chỉ liên kết với phức hợp ES, mà không liên kết với enzyme tự do. Hình 6.6. Kiểu kìm hãm phi cạnh tranh Hình 6.7. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất theo Lineweaver-Burk khi có kìm hãm phi cạnh tranh Cách 3: Kìm hãm hỗn tạp( mixed inhibition ) Hình 6.8. Kiểu kìm hãm hỗn tạp Trong đó, chất kìm hãm không những liên kết với enzmye tự do mà còn liên kết với cả phức hợp ES tạo thành phức hợp EIS không tạo được sản phẩm P. Tương tự như trên ta có phương trình : Hình 6.9. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất theo Lineweaver-Burk khi có kìm hãm hỗn tạp Các giá trị a ,a’ được định nghĩa như trên. Trường hợp a = a’ gọi là kìm hãm không cạnh tranh (noncompetitive inhibition). Một trường hợp kìm hãm còn gặp nữa là kìm hãm enzyme bằng nồng độ cao của cơ chất gọi là “kìm hãm cơ chất” như kìm hãm urease khi nồng độ ure cao, ngoài ra còn có các enzyme khác như lactatdehydrogenase, carboxypeptidase, lipase, pyrophotphatase, photphofructokinase (đối với ATP). Nguyên nhân của những hiện tượng này cón chưa được biết rõ. Đó có thể là: + Tồn tại nhiều trung tâm liên kết với cơ chất bằng các ái lực khác nhau. Khi nồng độ cơ chất thấp thì enzyme có thể chỉ liên kết với một phân tử cơ chất, còn khi ở nồng độ cơ chất cao nó liên kết với nhiều cơ chất dẫn đến hình thành phức hợp ES không hoạt động. + Cơ chất cũng có thể được liên kết nhờ những vị trí đặc biệt của enzyme. Đó là một nhóm enzyme quan trọng (enzyme dị lập thể) bên cạnh trung tâm xúc tác còn có trung tâm điểu chỉnh. + Cơ chất có thể liên kết với một chất hoạt hoá và bằng cách này nó tách khỏi E. + Cơ chất có thể choán chổ (ngăn cản) một cofactor ( đồng yếu tố ) hay một coenzyme. + Cơ chất có thể ảnh hưởng đến ion lực của môi trường và qua đó làm mất đi tình chuyên hoá của enzyme. 6.5.4. Ảnh hưởng của chất hoạt hóa (activator) Là chất làm tăng khả năng xúc tác nhằm chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm. Thông thường là những cation kim loại hay những hợp chát hữu cơ như các vitamin tan trong nươc. Ví dụ: Mg++ hoạt hóa các enzyme mà cơ chất đã được phosphoryl hóa như pyrophosphatase (cơ chất là pyrophosphate), adenosinetriphosphatase (cơ chất là ATP). Các cation kim loại có thể có tính đặc hiệu, tính đối kháng và tác dụng còn tuỳ thuộc vào nồng độ. 6.5.5. Ảnh hưởng cuả nhiệt độ Ta có thể tăng vận tốc của một phản ứng hóa học bằng cách tăng nhiệt độ môi trừơng, hiện tượng này tuân theo quy luật Vant’-Hoff. Điều này có nghĩa khi tăng nhiệt độ lên 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên khỏang 2 lần. Đối với phản ứng do enzyme xúc tác cũng có thể áp dụng được quy luật này nhưng chỉ trong một phạm vi nhất định,vì bản chất enzyme là protein.Khi ta tăng nhiệt độ lên trên 40-500C xảy ra quá trình phá huỷ chất xúc tác. Sau nhiệt độ tối ưu tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác sẽ giảm. Nhờ tồn tại nhiệt độ tối ưu người ta phân biệt phản ứng hoá sinh với các phản ứng vô cơ thông thường. Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối ưu khác nhau, phần lớn phụ thuộc nguồn cung cấp enzyme, thông thường ở trong khoảng từ 40-600C , cũng có enzyme có nhiệt độ tối ưu rất cao như các enzyme của những chủng ưa nhiệt. Các chủng vi sinh vật ưa nhiệt, đăc biệt các vi khuẩn chịu nhiệt có chứa enzyme chịu nhiệt cao. Hình 6.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên họat độ enzyme 6.5.6. Ảnh hưởng của pH Sự phân li khác nhau của một phân tử protein ở các giá trị pH khác nhau làm thay đổi tính chất của trung tâm liên kết với cơ chất và tính chất hoạt động của phân tử enzyme.Điều này dẩn đến giá trị xúc tác khác nhau phụ thuộc vào giá trị pH. Như đã biết mỗi enzyme có một pH tối ưu,mỗi enzyme có đường biểu diễn ảnh hưởng pH lên vận tốc phản ứng do chúng xúc tác. Đường biểu diễn có dạng như hình sau: Hình 6.10. Ảnh hưởng của pH lên họat độ enzyme Ảnh hưởng của giá trị pH đến tác dụng enzyme có thể do các cơ sở sau: a/ Enzyme có sự thay đổi không thuận nghịch ở phạm vi pH cực hẹp. b/ Ở hai sườn của pH tối ưu có thể xảy ra sự phân ly nhóm prosthetic hay coenzyme. c/ Làm thay đổi mức ion hoá hay phân ly cơ chất. d/ Làm thay đổi mức ion hoá nhóm chức nhất định trên phân tử enzyme dẫn đến làm thay đổi ái lực liên kết của enzyme với cơ chất và thay đổi hoạt tính cực đại. Nhờ xác định Vmax và Km phụ thuộc giá trị pH cho phép nhận định lại bản chất của các nhóm tham gia vào liên kết cơ chất và quá trình tự xúc tác. 6.5.7. Các yếu tố khác + Ánh sáng: Có ảnh hưởng khác nhau đến từng loại enzyme, các bước sóng khác nhau có ảnh hưởng khác nhau, thường ánh sáng trắng có tác động mạnh nhất, ánh sáng đỏ có tác động yếu nhất. Ánh sáng vùng tử ngoại cũng có thể gây nên những bất lợi, enzyme ở trạng thái dung dịch bền hơn khi được kết tinh ở dạng tinh thể, nồng độ enzyme trong dung dịch càng thấp thì càng kém bền, tác động của tia tử ngoại sẽ tăng lên khi nhiệt độ cao. Ví dụ dưới tác động của tia tử ngoại ở nhiệt độ cao enzyme amylase nhanh chóng mất hoạt tính. + Sự chiếu điện: Điện chiếu với cường độ càng cao thì tác động phá huỷ càng mạnh. Tác động sẽ mạnh hơn đối với dịch enzyme có nồng độ thấp. Có thể do tạo thành những gốc tự do, từ đó tấn công vào phản ứng enzyme. + Sóng siêu âm: Tác động rất khác nhau đối với từng loai enzyme, có enzyme bị mất hoạt tính, có enzyme lại không chịu ảnh hưởng. Nhận xét chung: Độ bền phụ thuộc vào trang thái tồn tại của enzyme, càng tinh khiết thì enzyme càng kém bền, dịch càng loãng thì độ bền càng kém, tác động của một số ion kim loại trong dịch với nồng độ khoảng 10-3M như Ca++ làm tăng tính bền. Enzyme allosteric ( Enzyme dị lập thể, dị không gian) Cho đến nay, người ta mô tả enzyme mà họat tính enzyme phụ thuộc nồng độ cơ chất không có dạng hyperbol mà có dạng sigmoid là enzyme allosteric (Hình 6.11 ): Hình 6.11. Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất Đối với enzyme này, khi nồng độ cơ chất thấp thì tốc độ phản ứng tăng chậm, sau đó tiếp tục tăng nồng độ thì tốc độ nhanh chóng đạt giá trị cực đại. Như ta đã biết, enzyme tuân theo động học Michaelis-Menten thì 1 hay nhiều cơ chất cũng chỉ liên kết vào 1 vị trí trên phân tử enzyme, điều này sẽ dẫn đến enzyme bão hòa cơ chất. Còn enzyme có đường cong tốc độ sigmoid chỉ xuất hiện khi enzyme là một oligomer, nên có thể liên kết với nhiều phân tử cơ chất. Điều này có nghĩa trên enzyme allosteric có nhiều trung tâm liên kết, mỗi monomer có 1 trung tâm liên kết. Người ta cho rằng, trong trường hợp này có tính hợp tác giữa các vị trí liên kết cơ chất trong phân tử enzyme oligomer. Các enzyme oligomer này được Monod gọi là allosteric enzyme dị lập thể (allosteric enzyme). Đường cong tốc độ sigmoid có thể bị chất điều hòa (modulator) đẩy về phía trái hay phải. Chất điều hòa dương tức làm tăng ái lực của enzyme allosteric với cơ chất, ngược lại là chất điều hòa âm. Các chất điều hòa có thể làm ảnh hưởng khác nhau đến các thông số động học, làm thay đổi giá trị riêng lẻ một trong hai giá trị Km hay Vmax. Hình 6.12 Minh họa khi có modulator 6.6. Cách gọi tên và phân loại enzyme Như ta đã biết mỗi enzyme xúc tác cho mỗi kiểu phản ứng hoá học duy nhất (như oxy hoá một kiểu cơ chất nhất định, thuỷ phân một kiểu liên kết nhất định,vận chuyển một nhóm chất nhất định từ một chất cho đến một chất nhận có địa chỉ, trong đó có cả việc biến đổi chỉ một cơ chất duy nhất), mặt khác còn có một kiểu phản ứng hoá sinh nhất định có thể được xúc tác bằng các enzyme khác nhau. Dựa vào tính đặc hiệu phản ứng của enzyme, năm 1961 tiểu ban enzyme học quốc tế đã trình bày một báo cáo, trong đó có đề nghị những nguyên tắc định tên và phân loại enzyme. Người ta chia enzyme ra làm 6 lớp: 1. Oxydoreductase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng oxi hoá-khử. 2. Transferase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng chuyển vị. 3. Hydrolase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng thủy phân. 4. Lyase: các enzyme xúc tác cho các phản ưng phân cắt không cần nước. 5. Isomerase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng đồng phân hoá. 6. Ligase (synthetase): các enzyme xúc tác cho các phản ứng tổng hợp có sử dụng liên kết giàu năng lượng của ATP .v.v. Mỗi lớp chia thành nhiều tổ (dưới lớp), mỗi tổ chia thành nhiều nhóm (siêu lớp). Tên enzyme thường được gọi: Tên cơ chất đặc hiệu - loại phản ứng xúc tác cộng thêm tiếp vĩ ngữ ase. Đứng trước tên enzyme thường có 4 con số: số thứ nhất chỉ lớp, số thứ hai chỉ tổ, số thứ ba chỉ nhóm, số thứ tư chỉ số hạng enzyme trong nhóm. Ví dụ: (2.6.1.1) L.aspartate: a-cetoglutarate aminotransferase. Enzyme này xúc tác cho phản ứng chuyển nhóm amine từ L.aspartate đến a-cetoglutarate. L.aspartate +a-cetoglutarate D oxaloacetate + glutamate 6.7. Các coenzyme quan trọng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Phạm Thị Trân Châu, Trần thi Áng. 1999. Hoá sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội. 2. Đỗ Quý Hai. 2004. Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường ĐHKH Huế. 3. Trần Thanh Phong. 2004. Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường ĐHKH Huế. 4. Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẫn, Lê Doãn Diên, 2000. Hóa sinh Công nghiệp, Nxb KH&KT, Hà Nội. Tài liệu tiếng Anh 1. Bergmeyer H. U. 1968. Methods of enzymatic analysis, translated from the third German edition, Acanamic, New York. 2. Copeland R. A. 2000. Enzymes, copyright by Wiley-VCH, Inc. 3. Lehninger A. L. 2004. Principles of Biochemistry, 4th Edition. W.H Freeman. 4. Mikkelsen S. R. 2004. Bioanalytical chemistry, copyright by John Wiley & Sons, Inc.