Giáo trình enzyme học - Chương 6

Tham khảo tài liệu giáo trình enzyme học - chương 6, khoa học tự nhiên, công nghệ sinh học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình enzyme học - Chương 6 69Chương 6 Cơ chế tác dụng của enzyme6.1. Cơ chế của phản ứng có xúc tác nói chung Vận tốc phản ứng hóa học được xác định bởi giá trị năng lượng hoạthóa tức là mức năng lượng các chất tham gia phản ứng phải đạt được đểcắt đứt liên kết cần thiết và hình thành các liên kết mới. Năng lượng hoạthóa càng lớn thì vận tốc phản ứng càng chậm và ngược lại. Do làm giảmnăng lượng hoạt hóa phản ứng, các chất xúc tác có tác dụng thúc đẩy vậntốc phản ứng hóa học. Ví dụ, bột platin là một chất xúc tác hóa học được sử dụng rộng rãi.Vì các chất tham gia phản ứng trên bề mặt platin đều được chuyển sangtrạng thái có khả năng phản ứng cao hơn. Do vậy năng lượng hoạt hóa sẽnhỏ hơn và tốc độ phản ứng sẽ cao hơn. Như vậy, trong các phản ứng có xúc tác, chất xúc tác làm giảm nănglượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, có nghĩa là nó chỉ tham gia vào cácphản ứng trung gian mà không đóng vai trò là chất tham gia phản ứng. Sauphản ứng, chất xúc tác lại phục hồi về trạng thái ban đầu để tiếp tục xúc tác.6.2. Cơ chế của xúc tác enzyme Hầu như tất cả các biến đổi hóa sinh trong tế bào và cơ thể sống đềuđược xúc tác bởi enzyme ở pH trung tính, nhiệt độ và áp suất bình thườngtrong khi đa số các chất xúc tác hóa học khác lại chỉ xúc tác ở nhiệt độ vàáp suất cao. Chính nhờ việc tạo được môi trường đặc hiệu (bởi trung tâm hoạtđộng của enzyme liên kết với cơ chất) có lợi nhất về mật năng lượng để thựchiện phản ứng mà enzyme có được những khả năng đặc biệt đã nêu trên. Trong phản ứng có sự xúc tác của enzyme, nhờ sự tạo thành phứchợp trung gian enzyme - cơ chất mà cơ chất được hoạt hóa. Khi cơ chấtkết hợp vào enzyme, do kết quả của sự cực hóa, sự chuyển dịch của cácelectron và sự biến dạng của các liên kết tham gia trực tiếp vào phản ứngdẫn tới làm thay đổi động năng cũng như thế năng, kết quả là làm chophân tử cơ chất trở nên hoạt động hơn, nhờ đó tham gia phản ứng dễ dàng. 70 Năng lượng hoạt hóa khi có xúc tác enzyme không những nhỏ hơnrất nhiều so với trường hợp không có xúc tác mà cũng nhỏ hơn so với cảtrường hợp có chất xúc tác thông thường. Ví dụ trong phản ứng phân hủy H2O2 thành H2O và O2 nếu không cóchất xúc tác thì năng lượng hoạt hóa là 18 Kcal/mol, nếu có chất xúc tác làplatin thì năng lượng hoạt hóa là 11,7 Kcal/mol, còn nếu có enzymecatalase xúc tác thì năng lượng hoạt hóa chỉ còn 5,5 Kcal/mol. Nhiều dẫn liệu thực nghiệm đã cho thấy quá trình tạo thành phứchợp enzyme cơ chất và sự biến đổi phức hợp này thành sản phẩm, giảiphóng enzyme tự do thường trải qua ba giai đoạn theo sơ đồ sau. E + S → ES → P + E [Trong đó E là enzyme, S là cơ chất (Substrate), ES là phức hợpenzyme - cơ chất, P là sản phẩm (Product) - Giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếutạo thành phức hợp enzyme - cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy rarất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp; - Giai đoạn thứ hai: xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căngvà phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng. - Giai đoạn thứ ba: tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giảiphóng ra dưới dạng tự do. Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức hợpES là: tương tác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tương tác Van der Waals.Mỗi loại liên kết đòi hỏi những điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởngkhác nhau khi có nước. Với phương pháp nghiên cứu bằng tia X và phương pháp hóa họcngười ta đã làm sáng tỏ cách thức gắn cơ chất và cơ chế hoạt động củamột số enzyme như lysozyme, chymotrypsin, carboxypeptidase A v.v...Sau đây sẽ giới thiệu chi tiết hơn cơ chế phản ứng của carboxypeptidase A. Carboxypeptidase A (EC 3.4.17.1) thuộc nhóm peptidhydrolase, xúctác cho sự thủy phân liên kết peptid, phản ứng xảy ra với vận tốc lớnnếu amino acid đầu C là amino acid thơm. enzyme này cũng thủy phânliên kết este. Carboxypeptidase A có khối lượng phân tử 34,3. KDa chứa 1 molZn/1 mol E. Zn tham gia trong hoạt động xúc tác của enzyme. Khi thaythế Zn bằng các kim loại hóa trị hai khác làm thay đổi hoạt độ và có thể cả 71tính đặc hiệu của enzyme. Trong phân tử enzyme, Zn ở gần bề mặt phântử, tương tác với gốc His - 69, His - 196 và Glu - 72. Các gốc amino acid có vai trò xúc tác trong trung tâm hoạt động củaenzyme là: Arg - 145, Tyr - 248 và Glu - 270. Cơ chế phản ứng xúc tác của Carboxypeptidase A được xác địnhtrên cơ sở kết quả nghiên cứu phản ứng của nó với dipeptid glycyltyrosine.Quá trình phân giải liên kết peptid có thể được phân thành các bước sau: - Tạo thành phức ES: Khi tiếp xúc với cơ chất, các nhóm trong trungtâm hoạt động của enzyme thay đổi vị trí trong không gian. Nhómguan ...