đặc tính và cơ chế của EnZim

Cơ chê hoạt động xúc tác của enzim

1.Tính xúc tác của enzym

Trong cơ thể sinh vật người ta thấy các phản ứng hoá học xảy ra với tốc độ rất nhanh ở những điều kiện đặc biệt về nhiệt hoá học như:

Nhiệt độ bình thường (thân nhiệt 37°c)

-       Môi trường có nước, không phát nhiệt
mạnh.

-       Hiệu quả phân giải và tổng hợp cao so
với trình độ xúc tác kỹ thuật.

Tính xúc tác sinh học của enzym thể hiện
chính ở chỗ enzym với nồng độ (số
lượng) rất nhỏ cũng có khả năng tăng tốc
độ phản ứng sinh hoá học lên hàng ngàn,
vạn lần so với điều kiện bình thường.
Nhưng cũng như các chất xức tác khác,
bản thân enzym không tham gia vào sản
phấm cuối cùng của phản ứng.

2.      Điều kiện để một phản ứng hoá học

xảy ra

Ta hãy lấy ví dụ: C₆Hi₂0₆ + 0₂ -> C0₂ +
H₂0 + 688Kcal
(Đây không phải là sự cháy trong điêu
kiện bình thường)

Để hiểu cơ chế xúc tác của enzym, ta cần
nhớ lại một số điều kiện nhiệt động học để phản ứng tiến hành được. Tốc độ phản ứng hoá học của 2 chat A + B —>AB phụ thuộc vào các yếu tố sau:

-       Nồng độ các chất tham gia phản ứng A

và B

-       năng va chạm hữu hiệu giữa các phân
tử

Ngoài ra, để phản ứng xảy ra được những phân tử chất tham gia phải ở trạng thái kích động (tức là ở trạng thái hoạt hoá). Muốn đạt được điều kiện này cần nạp cho phân tử cơ chất một nguồn năng lượng từ bên ngoài (dưới dạng nhiệt năng, điện năng hoặc quang năng).

Chất xúc tác có 2 nhiệm vụ:

-       Tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng

-       Làm cho phản ứng chóng đạt tới điểm thăng bằng động

về cơ chế xúc tác sinh học của enzyme người ta đề ra nhiều giả thuyết để giải thích, nhưng đều thống nhất ở chỗ quá trình xúc tác bắt đầu bằng sự kết hợp giữa enzym và cơ chất thành họp chất trung gian.

E (enzym) + s (cơ chất)—> ES hợp chất trung gian)

Cơ chất liên kết với enzym ở các trung tâm hoạt động. Sự liên kết này có tính chất chọn lọc đặc biệt.Từ đặc điêm trên người ta đê ra 2 giả thuyết hoạt động của enzym.

3.     Thuyết hoạt động của enzym

3.1.       Thuyết tập hợp chất trung gian

Thuyết này do Nensky đề xướng và sau đó được Langhenbec phát triển. Theo thuyết này trong phản ứng enzyme và cơ chất kết hợp với nhau thành một họp chất quá độ không bền vững. Do đó sản phẩm được tạo ra này đòi hỏi năng lượng hoạt hoá thấp hơn bình thường. Thuyết này dùng để giải thích hệ thống enzym và cơ chất đồng pha (tức là cùng thế chất như nhau, ví dụ cùng lỏng) có thể biểu diễn qua sơ đồ sau:

Giả sử có phản ứng A + B -> AB

(Tiến hành chậm ở điều hẹn bình thường

Khi thêm chât xúc tác K (hoặc có enzym) lập tức tốc độ thuận và nghịch tăng lên gap bội.

A + K -4 AK

AK+B -» AB + K
A + B+ K ~> AK + B                                           AB + K

Tốc độ ở đây rất cao vì nó tiến hành theo đường vòng đe tránh mức năng lượng hoạt hoá quá cao. Lan - ghen- tec đã dùng nhiều hình mẫu của phản ứng đường vòng nói trên để chứng minh.

Ví dụ: Lấy hình mẫu esterase - enzym
xúc tác sự thuỷ phân (hoặc tổng hợp) các
este.

R-CO-O-R' + Hx_{2}O\rightleftharpoons R-COOH + R'-OH

Nêu lây benzoilcarbonyl thay enzym
(C₆H₅ - CO - CH₂OH) thi chất này sẽ tạo họp chất trung gian, giải phóng rượu:

R-CO-0 R'+HOCHx_{2} - COC_{6}H_{5}}\rightleftharpoons R-OH + R COOCH_{2} • COC_{6}H_{5}

sau đó họp chất trung gian dễ phân tán với sự có mặt của H2o thành acid và benzoilcarbonyl nguyên như cũ.

Nhờ có benzoicarbonyl mà trạng thái cân bằng động của phản ứng trên xảy ra với tốc độ gấp nhiều lần.

Hãy nêu một số thí dụ về sự giảm năng lượng hoạt hoá nhờ sự lập hợp chất trung gian như:

And

Glucose 4- fructose 4- 32KcaJ/mol
Sfteaatt > Glucose 4- fructose + 9/Kcai/mci

-------- ¥          2    H₂C   4 0^18 Kcal/mol

2H₂0 + Oj + 2 Kcal/mcl •
Glycerin + acid béo + I8»6 Kcai/mol

Glycerin + acid béo 'Ỷ 4,5 Kcal/mol

Bằng phương pháp nghiên cứu quang
phố hấp phụ Keilin đã chứng minh sự tồn
tại có thực của những hợp chất trung
gian.

Những nghiên cứu về trung tâm hoạt
động của enzym cũng đem lại nhiều dẫn
chứng về vấn đề lập hợp chất trung gian.

Cơ chê hoạt động xúc tác của enzim

1.Tính xúc tác của enzym

Trong cơ thể sinh vật người ta thấy các phản ứng hoá học xảy ra với tốc độ rất nhanh ở những điều kiện đặc biệt về nhiệt hoá học như:

Nhiệt độ bình thường (thân nhiệt 37°c)

-       Môi trường có nước, không phát nhiệt
mạnh.

-       Hiệu quả phân giải và tổng hợp cao so
với trình độ xúc tác kỹ thuật.

Tính xúc tác sinh học của enzym thể hiện
chính ở chỗ enzym với nồng độ (số
lượng) rất nhỏ cũng có khả năng tăng tốc
độ phản ứng sinh hoá học lên hàng ngàn,
vạn lần so với điều kiện bình thường.
Nhưng cũng như các chất xức tác khác,
bản thân enzym không tham gia vào sản
phấm cuối cùng của phản ứng.

2.      Điều kiện để một phản ứng hoá học

xảy ra

Ta hãy lấy ví dụ: C₆Hi₂0₆ + 0₂ -> C0₂ +
H₂0 + 688Kcal
(Đây không phải là sự cháy trong điêu
kiện bình thường)

Để hiểu cơ chế xúc tác của enzym, ta cần
nhớ lại một số điều kiện nhiệt động học để phản ứng tiến hành được. Tốc độ phản ứng hoá học của 2 chat A + B —>AB phụ thuộc vào các yếu tố sau:

-       Nồng độ các chất tham gia phản ứng A

và B

-       năng va chạm hữu hiệu giữa các phân
tử

Ngoài ra, để phản ứng xảy ra được những phân tử chất tham gia phải ở trạng thái kích động (tức là ở trạng thái hoạt hoá). Muốn đạt được điều kiện này cần nạp cho phân tử cơ chất một nguồn năng lượng từ bên ngoài (dưới dạng nhiệt năng, điện năng hoặc quang năng).

Chất xúc tác có 2 nhiệm vụ:

-       Tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng

-       Làm cho phản ứng chóng đạt tới điểm thăng bằng động

về cơ chế xúc tác sinh học của enzyme người ta đề ra nhiều giả thuyết để giải thích, nhưng đều thống nhất ở chỗ quá trình xúc tác bắt đầu bằng sự kết hợp giữa enzym và cơ chất thành họp chất trung gian.

E (enzym) + s (cơ chất)—> ES hợp chất trung gian)

Cơ chất liên kết với enzym ở các trung tâm hoạt động. Sự liên kết này có tính chất chọn lọc đặc biệt.Từ đặc điêm trên người ta đê ra 2 giả thuyết hoạt động của enzym.

3.     Thuyết hoạt động của enzym

3.1.       Thuyết tập hợp chất trung gian

Thuyết này do Nensky đề xướng và sau đó được Langhenbec phát triển. Theo thuyết này trong phản ứng enzyme và cơ chất kết hợp với nhau thành một họp chất quá độ không bền vững. Do đó sản phẩm được tạo ra này đòi hỏi năng lượng hoạt hoá thấp hơn bình thường. Thuyết này dùng để giải thích hệ thống enzym và cơ chất đồng pha (tức là cùng thế chất như nhau, ví dụ cùng lỏng) có thể biểu diễn qua sơ đồ sau:

Giả sử có phản ứng A + B -> AB

(Tiến hành chậm ở điều hẹn bình thường

Khi thêm chât xúc tác K (hoặc có enzym) lập tức tốc độ thuận và nghịch tăng lên gap bội.

A + K -4 AK

AK+B -» AB + K
A + B+ K ~> AK + B                                           AB + K

Tốc độ ở đây rất cao vì nó tiến hành theo đường vòng đe tránh mức năng lượng hoạt hoá quá cao. Lan - ghen- tec đã dùng nhiều hình mẫu của phản ứng đường vòng nói trên để chứng minh.

Ví dụ: Lấy hình mẫu esterase - enzym
xúc tác sự thuỷ phân (hoặc tổng hợp) các
este.

R-CO-O-R' + Hx_{2}O\rightleftharpoons R-COOH + R'-OH

Nêu lây benzoilcarbonyl thay enzym
(C₆H₅ - CO - CH₂OH) thi chất này sẽ tạo họp chất trung gian, giải phóng rượu:

R-CO-0 R'+HOCHx_{2} - COC_{6}H_{5}}\rightleftharpoons R-OH + R COOCH_{2} • COC_{6}H_{5}

sau đó họp chất trung gian dễ phân tán với sự có mặt của H2o thành acid và benzoilcarbonyl nguyên như cũ.

R. OXXHiCOQHj+HịƯ                                                  R • CŨOH+QHjCO - a

Nhờ có benzoicarbonyl mà trạng thái cân bằng động của phản ứng trên xảy ra với tốc độ gấp nhiều lần.

Hãy nêu một số thí dụ về sự giảm năng lượng hoạt hoá nhờ sự lập hợp chất trung gian như:

And

Glucose 4- fructose 4- 32KcaJ/mol
Sfteaatt > Glucose 4- fructose + 9/Kcai/mci

-------- ¥          2    H₂C   4 0^18 Kcal/mol

2H₂0 + Oj + 2 Kcal/mcl •
Glycerin + acid béo + I8»6 Kcai/mol

Glycerin + acid béo 'Ỷ 4,5 Kcal/mol

Bằng phương pháp nghiên cứu quang
phố hấp phụ Keilin đã chứng minh sự tồn
tại có thực của những hợp chất trung
gian.

Những nghiên cứu về trung tâm hoạt
động của enzym cũng đem lại nhiều dẫn
chứng về vấn đề lập hợp chất trung gian.

A3

o-z±