Bài giảng Hóa sinh đại cương

Chƣơng 3:

ENZYME

3.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

3.1.1. Khái niệm chung về hiện tƣợng xúc tác

- Chất xt = chất làm tăng t/độ các pứ. h/học, sau

pứ.thường không bị b/đổi, không tiêu hao và không

th.gia vào th.phần của s.phẩm.

- Năng lượng họat hóa = NL cần phải c.cấp để pứ

có thể xảy ra được.

- Chất xt làm giảm NL h.hoá của các pứ h.học 

làm pư. diễn ra nhanh.

- En zyme = trong tế bào men

Pastuer (phái sinh lực) >< Libig (E là một chất, tách khỏi

TB vẫn hđ cn)

- Đầu TK 20, Büchners dùng nước chiết từ Saccharomyces

cerevisie cho t.động lên tinh bột, t.bột  rượu

- Năm 1926, Sumner tinh chế được urease

Ph.tích  urease được c.tạo từ các aa  urease là protein

- Năm 1929, Northrop, tinh khiết được pepsin từ dịch vị;

Ph.tích thấy pepsin là protein

- Đến nay, trên 3000 E đã được m.tả chi tiết, nhiều E đã

được ph.lập. Người ta đã kh.phá ra ctb1, c.trúc kh.gian và

mô tả chi tiết CCTĐ của nhiều E.

3.1.2. Enzyme là chất xúc tác sinh học

- E = chất x/t s/học (biocatalyst), làm tăng t/độ các p/ứ h/sinh

- Có đầy đủ t/chất c/bản của chất x/t: chỉ làm tăng t.độ p.ứ,

không th/gia vào s.phẩm cuối cùng, (làm tăng t/độ cả 2 chiều

p/ứ, làm p/ứ chóng đạt tr/thái c/bằng).

- Enzyme ưu điểm hơn các chất x/t h/học thông thường:

• Hiệu quả x/t vô cùng lớn

• Có tính đặc hiệu theo kiểu p/ứ và cơ chất

• X/t trong những đ/k m/trường tương đối ổn định

• Hoạt tính x/t có thể được điều khiển

- Nhược điểm:

• Mẫn cảm với nhiều y/tố

• Luôn bị ph/giải và tái t/hợp trở lại

Càng ngày càng có nhiều ph/hiện mới về E; môn enzyme học

(Enzymology) đã hình thành

Các hướng n/c của enzyme học:

- Cấu trúc ph/tử E và gi/thích ch/năng của E

- Động học của các p/ứ E

- Giải thích cơ chế các p/ứ E

- Isozyme (isoenzyme) và sự ph/bố của E

- Q/hệ giữa E và các h/tượng bệnh lý

- Việc s/dụng E trong thực tiễn

- Tổng hợp các E nhân tạo

3.1.3. Đơn vị hoạt lực của enzyme

- Năm 1961, IUB (International Union of Biochemistry) đưa ra

đơn vị hoạt lực enzyme chuẩn: U (1U) là lượng enzyme cần

thiết để b/đổi 1 mol cơ chất trong th/gian 1 phút ở đ/k

chuẩn (30^oC, pH tối ưu, bão hoà cơ chất).

- Năm 1972, IUB đưa ra đơn vị mới là katal (kat): 1kat là lượng

chất x/t làm biến đổi 1 mol cơ chất trong th/gian 1 giây ở đ/k

chuẩn.

kat = 10^-6kat; ηkat = 10^-9kat

- Liên hệ giữa U và kat: 1U = 16,67 ηkat

3. 2. CẤU TRÚC VÀ CÁC DẠNG ENZYME

3.2.1. Phần lớn các enzyme có bản chất là protein

- E có b/c protein (trừ ribozyme hay riboenzyme, RNA có k/n xt)

- E = protein hình cầu, phần lớn (60-70%) là protein ph/tạp

- E đầu tiên được x/định ctb1: ribonuclease (của tụy bò, năm

1960), là E cắt lk phosphodiester trong ARN; ph/tử là 1 chuỗi

polypeptide có 124 aa, 4 cầu –S-S-. Cytochrome c (năm

1962) là 1 chuỗi có 104 aa, 1 nhóm hem chứa Fe.

- Đến nay đã biết c/tạo của hàng nghìn E. E có ng/tắc c/tạo,

các bậc c/trúc và các t/chất như bất kỳ 1 protein nào.

E giống các protein khác:

• E tan trong nước hoặc trong d/dịch muối loãng.

• E cũng không qua được màng bán thấm.

• Tất cả các y/tố làm b/tính protein (acid đặc, kiềm đặc, muối KL

nặng, t^ocao, …) đều làm E b/tính và mất h/tính x/t.

• Chất gây k/tủa th/nghịch protein (amon sulfat, NaCl, d/môi

h/cơ ở t^othấp) cũng t/động t/tự tới các ch/phẩm E  dùng các

chất này để k/tủa và ph/lập E.

• Tuỳ pH m/t, E mang điện dương, âm hay tr/hoà về điện 

điện di để ph/tích các loại E và các dạng p/tử E.

• Các E cũng được t/hợp dưới sự đ/khiển của các hệ gien.

• Cơ chế STH enzyme chính là c/chế STH protein.

Xét về c/trúc, có 2 loại enzyme:

• Đơn giản (1 th/phần)

• Phức tạp (2 th/phần):

protein (apoenzyme)

cofactor

Apoenzyme + cofactor ↔ holloenzyme

3.2.2. Các cofactor

Khái niệm:

- C/trúc nhỏ, không được c/tạo từ các aa

- Th/phần của các E ph/tạp, làm nh/vụ v/c các ng/tử hay e^-

trong các p/ứ h/học mà E của nó xt.

Nhóm ghép

Hai loại cofactor:

Coenzyme

- Nhóm gép (prosthetic group) gắn chặt với apoenzyme, là

th/phần cố định của ph/tử E.

VD: FMN; FAD của dehydrogenase;

PLP của aminotransferase; Hem của các cyt.

- Coenzyme gắn lỏng lẻo với apoenzyme, dễ tách ra và nhập

lại, chạy giữa các apoenzyme.

VD: NAD⁺; NADP⁺của các dehydrogenase

Bảng 3.1. Một số cofactor là dẫn xuất của vitamin

Một số E có nhóm ghép là kim loại.

E chứa kim loại = Metaloenzyme)

Cấu trúc của một số cofactor:

B/chất h.h khác nhau; p.tử thường chứa dị vòng - phần trực

tiếp th.gia p.ứ. hoặc có c/n nhận biết các đại p.tử. Nhiều

cofactor là d.x. của VTM, phần lớn chứa phosphate.

- Cofactor của các oxidoreductase:

NAD⁺(Nicotinamide - Adenine - Dinucleotide)

NADP⁺(Nicotinamide - Adenine - Dinucleotide - phosphate)

Là 2 d/x của vit. PP (nicotinamide, niacin)

PP: Pellagra Preventive

NAD⁺và NADP⁺là t/phần c/tạo của khoảng 250 E deh.

Cấu tạo và cơ chế h/động:

Một trong hai

H tách ra từ S

(H⁺và e^-) gắn

C4 trên vòng

pyridine, (e^-

thứ 2 gắn vào

N1, làm mất

dấu +, H⁺thứ

2 gắn với

apoenzyme

hoặc nhả ra

ngoài mt.

FMN: Flavin mononucleotide

FAD: Flavin – Adenine - Dinucleotide

D/x của vit. B₂

(Riboflavin)

Dạng OXH (FAD, FMN) có màu vàng. Lõi h/đ là vòng

isoalloxasine (isoalloxasine ring)

FMN và FAD liên kết chặt với apoenzyme, tạo flavoprotein (FP)

Các FP th/gia v/c H trong các p.ứ OXHK: nhận H từ NADH,

NADPH hoặc tách H của S để tạo nối đôi; th/gia cả p.ứ. v/c ôxy

và v/c 1 e^-.

Lipoate (6,8 dithioctanate)

COOH

+ 2H

COOH

S

- 2 H

S H S H

Dạng khử

Dạng OXH

Lipoate gắn với apoen. nhờ l/k peptide giữa COOH

của nó và nhóm NH₂-C_của gốc Lys trong apoen.

Khi nhận H, vòng disulfide mở ra, tạo 2 nhóm SH.

E chứa lipoate tách H của aldehyde tạo ra acid

carboxylic (1 p.ứ. trong q/t khử carboxyl OXH của

ketoacid.

Coenzyme Q V/c H, th/viên của chuỗi h/hấp

Cơ chế h.đ trong qt v/c điện tử:

Hem

Nhóm ghép của

oxidoreductase

(catalase,

peroxidase, các

cytochrome) v/c e^-

Cơ chế v/c điện tử

của các cytochrome:

- Cofactor của các transferase:

ATP (adenosine triphosphate): cofactor của kinase, v/c

2-

phosphoryl (-PO₃) tới OH của rượu, tới các acyl

VD: p.ư. hoạt hóa glucose

TPP (thiamine pyrophosphate) là dx của vit. B₁

Vòng thiazol

Vitamin B₁(thiamine)

Hai vòng pyrimidine và thiazol gắn nhờ cầu -CH₂-.

Phần th/gia p.ứ. là vòng thiazol, pyrimidine và

nhóm diphosphate gắn với apoen.

E có TPP là th.viên của tổ hợp đa E khử carboxyl

OXH của các ketoacid, tạo ra các acid ngắn hơn 1C

hoặc các thioester (R-CO-S-CoA).

PLP (pyridoxalphosphate) dx của vitamin B₆

Có trong transaminase - chuyển amin

decarboxylase - khử carboxyl cho aa

Pyridoxal

Ngoài NAD(P⁺), PLP là cofactor thứ 2 có nhân pyridine

Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 3: Enzyme