Sinh học - Chương II (Enzyme) - 2024 PDF

CHƯƠNG II : ENZYME Chất xúc tác sinh học cho phép : Các phàn ứng xảy ra với vận tốc cao không sinh ra các sản phẩm phụ S + E S–E E + P 1 CẤU TRÚC Bản chất là protein. Đôi khi cần có...

CHƯƠNG II : ENZYME Chất xúc tác sinh học cho phép : Các phàn ứng xảy ra với vận tốc cao không sinh ra các sản phẩm phụ S + E S–E E + P 1 CẤU TRÚC Bản chất là protein. Đôi khi cần có thêm một cofactor Enzyme một cấu tử: thành phần chỉ có protein Enzyme nhị cấu tử: thành phần apoenzyme + cofactor. - Cofactor tham gia trực tiếp vào quá trình xúc tác và ảnh hưởng đến đặc điểm của phản ứng - Apoenzyme chịu trách nhiệm về tính đặc hiệu đối với cơ chất  Apoenzyme: bản chất là protein Cofactor có bản chất: - cation kim loại : Zn2+, Fe 2+, Cu2+, Ca2+… liên kết với apoenzyme Và ổn định cấu trúc cho điểm hoạt động - Coenzyme: một phân tử hữu cơ phi protein, thường là các vitamin Coenzyme : - Nhóm ngoại (prosthetic) : Liên kết với apoenzyme (cộng hóa trị) và chỉ tham gia vào một loại phản ứng - Cosubstrate: liên kết không bền với apoenzyme. Trong phản ứng xúc tác chúng tách rời khỏi apoenzyme và chỉ liên kết trở lại vào cuối phản ứng E Cả 2 phản ứng cùng xúc tác bởi 1 enzyme : A–X + Co A + Co–X Co-X được không phóng thích vì Co liên kết chặt với E E → Co: prosthetic Co–X + B Co + B–X 2 phản ứng được xúc tác bởi 2 E khác E Co A–X + B A + B–X nhau, Co vận chuyển X →Co phải tách khỏi E1, liển kết với E2 để thực hiện phản ứng 2 → Co : cosubstrate  2 CÁCH GỌI TÊN Mỗi enzyme có 2 tên gọi: Tên thông thường : tên cơ chất + vần cuối –ase (glucosidase, urease) tên phản ứng + vần cuối –ase (lactose dehydrogenase) tên gọi thông thường (pepsin, trypsin) Tên theo danh pháp (tên hệ thống) : Ủy ban Hóa sinh và Phân tử Sinh học (IUBMB) chia enzyme thành 6 lớp dựa trên phản ứng xuc tác. Mỗi lớp chia thành các lớp phụ Ex. D-hexose 6-phosphotransferase E.C 2.7.1.1 2 : enzyme thuộc lớp 2 (transferase) 7 : lớp phụ 7 (chuyển giao nhóm phosphate) 1 : lớp phụ phụ 1 (chất nhận là alcohol) 1 : tên ezyme là hexokinase Một số tên enzyme có thể gây nhầm lẫn: ‐ synthetase (đòi hỏi ATP): trong nhóm 6 ‐ Synthase (không đòi hỏi ATP): trong nhóm 4 ‐ Phosphatase: sử dụng nước để loại nhóm phosphoryl ‐ Phosphorylase: thêm phospho vào phân tử (sử dụng Pi) ‐ Dehydrogenase: NAD+/FAD chất nhận điện tử từ phản ứng oxh từ cơ chất ‐ Oxidase: O2 là chất nhận điện tử nhưng oxygen không gắn vào cơ chất ‐ Oxygenase: 1 hoặc 2 oxygen gắn vào cơ chất 2 TÍNH CHẤT a TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG S + E S–E E + P + + Mỗi enzyme có một vị trí đặc biệt gồm các chuỗi nhánh của các amino acid tạo thành cấu hình 3 chiều, cấu hình này tương thích với cấu hình 3 chiều của cơ chất Các amino acid ở trung tâm hoạt động này không nằm cạnh nhau trong câu trúc bậc I, trong cấu trúc bậc III, bậc IV chúng được đưa lại gần nhau và tạo nên trung tạm hoạt động → hoạt tính củaenzyme biến mất khi bị biến tính. Trung tâm hoạt động của enzyme : - các amino acid tham gia vào giai đoạn đầu của phản ứng S+E E–S - các amino acid tham gia vào việc biến đổi cơ chất E–S E+P b HIỆU QUẢ XÚC TÁC Xúc tác phản ưng xảy ra nhanh hơn từ 103 đến 108 lần so với phản ứng không xúc tác. Mỗi enzyme có khả năng biến đổi 100 đến 1000 phân tử cơ chất trong 1 giây c TÍNH ĐẶC HIỆU Enzyme có tính đặc hiệu cao, chỉ tác dụng với một cơ chất và chỉ xúc tác một kiểu phản ứng hóa học d SỰ ĐIỀU TIÊT Hoạt động của enzyme được điều chỉnh. Enzyme có thể được hoạt hóa hoặc bị ức chế. Nhờ đó mà các hợp chất sản phẩm được tạo thành đáp ứng lại nhu cầu của tế bào e TÍNH CHẤT LÝ-HÓA Hòa tan trong nước cho dung dịch keo Tính lưỡng cực → điểm đẳng điện Biến tính và mất hoạt tính ở nhiệt độ cao 3 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG XÚC TÁC Năng lượng hoạt hóa Năng lượng (G) Trạng thái (không xúc tác) chuyên tiếp Năng lượng hoạt hóa (xúc tác) A Trạng Không có sự khác biệt thái đầu năng lượng tự do trong ΔG phản ứng xúc tác và không xúc tác B Trạng thái cuối Tiến trình phản ứng  4 ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG ENZYME k1 k2 S + E S–E E + P k-1 Phương trình Michaelis - Menten Sự biến đổi vận tốc phản ứng theo Vmax nồng độ cơ chất V S v  max K  S 0 max V max 2 v0 : vận tốc ban đầu Vmax : vận tốc tối đa Km : hằng số Michaelis = (k1+k2)k1 0 0 Km [S] [S] : nồng độ cơ chất  Nồng độ của E và S : [S]>>>[E] → lượng cơ chất liên kết với enzyme ở mọi thời điểm đều nhỏ Trạng thái ổn định : [E-S] không thay đổi theo thời gian → tốc độ tạo thành E-S = tốc độ phân ly E-S thành E + P Vận tốc ban đầu : dùng để phân tích phản ứng enzyme → vận tốc phản ứng được tính ngay khi trộn lẫn cơ chất và enzyme, lúc đó, nồng độ P rất thấp nên phản ứng theo chiều ngược lại không đáng kể  Vmax V max 2 0 0 Km1 Km2 [S] Km : hằng số đặc trưng của mỗi enzyme, thể hiện ái lực của enzyme đồi với cơ chất khi Km có giá trị = [S] : vận tốc phản ứng = ½ Vmax khi Km có giá trị nhỏ : enzyme có ái lực mạnh đ/v cơ chất khi Km có giá trị lớn : enzyme có ái lực yếu đ/v cơ chất  Vmax Vmax 2 0 0 Km [S] Vận tốc phản ứng tỷ lệ với [E] ở mọi nồng độ cơ chất Khi [S] có giá trị >Km vận tốc phản ứng ổn định = Vmax Khi biểu diễn vận tốc v0 theo [S] rất khó xác định được khi nào đạt Vmax, vì đường biểu diễn có khuynh huớng tiệm cận với Vmax ở [S] cao Phưong trình Michaelis Menten : biến đổi v0 theo [S] được chuyển đổi thành 1/v0 theo 1/[S] V S 1 K 1 v  max   m K  S v V [S] V 0 max 0 max max Đối với phản ứng enzyme : Km : hằng số Phương trình đường thắng Vmax : hằng số y = ax +b Đường thẳng Lineweaver-Burke Đường biểu diễn cắt trục hoành tại điểm có giá trị -1/Km Đường biểu diễn cắt trục tung tại điểm có giá trị 1/v0  5 CÁC YỀU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬN TỐC ENZYME Enzyme có thể được phân lập từ tế bào và được khảo sát tính chất in vitro Vận tốc phản ứng = lượng cơ chất bị biến đổi trong một đơn vị thời gian = lượng sản phẩm được tạo thành Đơn vị enzyme : lượng enzyme xúc tác sự biến đổi 1μmol cơ chất / phút ở 25oC Hoạt tính : số mol cơ chất được biến đổi bởi một mol enzyme trong 1 phút P Lượng P tạo thành Vận tốc ban đầu α1 Tang α0 = v0 α0 t0 t1 Thời gian  a ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CƠ CHẤT Nồng độ enzyme giữ cố định, nồng độ cơ chất [S] tăng Đầu tiên vận tốc phản ứng gia tăng nhanh Sau đó sự gia tăng giảm dần và tiệm cận với Vmax b ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ENZYME Vận tốc ban đầu tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme Theo lý thuyết nồng độ enzyme quá cao đường biểu diễn sẽ cong đi và tiệm cận với Vmax. Nhưng trên thực tế không quan sát được vì khả năng hòa tan của enzyme bị hạn chế Vận tốc (v) t0 t1 Nồng độ enzyme [E] c ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Vận tốc phản ứng (v) Biến tính protein 20 40 80 Nhiệt độ Từ 0oC đến 40oC vận tốc tăng khi nhiệt độ tăng Vào khoảng 40oC đến 45oC vận tốc giảm xuống 75oC đến 100oC enzyme bị mât hoạt tinh d ẢNH HƯỞNG CỦA pH pH gây nên sự biến đổi ion trên chuỗi protein của enzyme → thay đổi trung tâm hoạt động → cấu hình củaenzyme pH gâynên sự biến đổi ion trên cơ chất Người ta có thể xac định pH tối ưu cho hoạt động của một enzyme 5 ỨC CHẾ HOẠT TÍNH CỦA ENZYME Bất kỳ một cơ chất nào làm giảm vận tốc phản ứng xúc tác của enzyme đều được xem là chất ức chế Có 2 loại hoạt động ức chế : ức chế cạnh tranh ức chế không cạnh tranh a ỨC CHẾ CẠNH TRANH Chất ức chế liện kết thuận nghịch với trung tâm hoạt động của enzyme, nơi mà bình thuờng cơ chất sẽ liên kết vào → tạo nên sự cạnh tranh  Vmax không thay đổi Vmax Không chất 1 ức chế V0 Có chất ức chế Vmax 2 1 Km khi có chất ức chế 1 V Không chất  max ức chế Km 0 0 Km [S] 1 [S] Km tăng lên trong trường hợp có chất ức chế Vmax : sẽ đạt được khi tăng cao [S] Km : chất ức chế cạnh tranh làm tăng Km →cần tăng [S] để đạt ½ Vmax Lovastatin competes with HMG CoA for the active site of HMG CoA reductase. b ỨC CHẾ KHÔNG CẠNH TRANH Khi chất ức chế liên kết vào enzyme ở một vị trí khác với nơi enzyme liên kết với enzyme → chất ức chế có thể liên kết vào enzyme tự do hoặc phức hợp E-S  Vmax bị giảm Vmax Không chất 1 ức chế V0 Vmax Có chất ức chế 2 1 1 Vmax Không chất  ức chế Km 0 0 Km [S] 1 [S] Km không thay đổi khi có chất ức chế Vmax : bị giảm khi có chất ức chế không cạnh tranh Km : không thay đổi vì chất ức chế không cạnh tranh với cơ chất 6 ĐIỀU TIẾT HOẠT TÍNH ENZYME a CHẤT CẢM ỨNG Phân tử được gọi là chất cảm ứng liên kết vào một vị trí khác với trung tâm hoạt động và làm giảm ái lực của enzyme đ/v cơ chất hoặc gia tăng hoạt tính của enzyme. Chất cảm ứng ức chế hoạt tính của enzyme : chất tác động âm Chất cảm ứng hoạt hóa hoạt tính của enzyme : chất tac động dương Ảnh hưởng âm tính hoặc dương tính của chất cảm ứng lên enzyme A. Vmax bị ảnh hưởng B. [S] cho ½ Vmax bị ảnh hưởng b SỰ BIẾN ĐỔI LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ Hoạt động enzyme được điều tiết khi thêm vào hoặc lấy mất đi gốc phosphate từ các đơn vị serine, threonine hoặc tyrosine trong chuỗi protein của enzyme b SỰ HOÀN NGƯỢC Feedback inhibition of a metabolic pathway.  Câu 1: Theo bạn thì đây là cấu trúc bậc mấy của protein? Tính đặc hiệu của enzyme này thể hiện như thế nào?  Vmax không thay đổi Vmax Không chất 1 ức chế V0 Có chất ức chế Vmax 2 1 Km khi có chất ức chế 1 V Không chất  max ức chế Km 0 0 Km [S] 1 [S] Km tăng lên trong rường hợp có chất ức chế Câu 2: Đây là dạng ức chế enzyme nào? Giải thích Câu 3: Giữ nguyên nồng độ enzyme, khi tăng nồng độ cơ chất, hãy giải thích hình sau: