Giáo trình Công nghệ Protein - Chương 6: Cơ chế tác dụng của Enzyme

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ Protein - Chương 6: Cơ chế tác dụng của Enzyme

1. CơCơ chchếế ttáácc ddụụngng ccủủaa enzymeenzyme Vận tốc phản ứng hóa học được xác định bởi giá trị năng lượng hoạt hóa tức là mức năng lượng các chất tham gia phản ứng phải đạt được để cắt đứt liên kết cần thiết và hình thành các liên kết mới. Năng lượng hoạt hóa càng lớn thì vận tốc phản ứng càng chậm và ngược lại. Do làm giảm năng lượng hoạt hóa phản ứng, các chất xúc tác có tác dụng thúc đẩy vận tốc 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 sang trạng thái có khả năng phản ứng cao hơn. Do vậy năng lượng hoạt hóa sẽ nhỏ hơn và tốc độ phản ứng sẽ cao hơn. 1
2. CơCơ chchếế ttáácc ddụụngng ccủủaa enzymeenzyme NhưNhư vvậậy,y, trongtrong ccáácc phphảảnn ứứngng ccóó xxúúcc ttáác,c, chchấấtt x xúúcc t táácc l lààmm gi giảảmm năng năng lư lượợngng ho hoạạtt hhóóaa ccủủaa phphảảnn ứứngng hhóóaa hhọọcc,, ccóó nghnghĩĩaa l làà nnóó chchỉỉ thamtham giagia vvààoo ccáácc phphảảnn ứứngng trungtrung giangian mmàà khôngkhông đđóóngng vaivai tròtrò llàà chchấấtt thamtham giagia ph phảảnn ứứng.ng. Sau Sau ph phảảnn ứứng,ng, ch chấấtt x xúúcc ttáácc llạạii phphụụcc hhồồii vvềề trtrạạngng ththááii banban đđầầuu đđểể titiếếpp ttụụcc xxúúcc ttáác.c. 2
3. CơCơ chchếế ccủủaa xxúúcc ttáácc enzymeenzyme Hầu như tất cả các biến đổi hóa sinh trong tế bào và cơ thể sống đều được xúc tác bởi enzyme ở pH trung tính, nhiệt độ và áp suất bình thường trong khi đa số các chất xúc tác hóa học khác lại chỉ xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao. Chính nhờ việc tạo được môi trường đặc hiệu (bởi trung tâm hoạt động của enzyme liên kết với cơ chất) có lợi nhất về mật năng lượng để thực hiện phản ứng mà enzyme có được những khả năng đặc biệt đã nêu trên 3
4. CơCơ chchếế ccủủaa xxúúcc ttáácc enzymeenzyme Trong phản ứng có sự xúc tác của enzyme, nhờ sự tạo thành phức hợp trung gian enzyme - cơ chất mà cơ chất được hoạt hóa. Khi cơ chất kết hợp vào enzyme, do kết quả của sự cực hóa, sự chuyển dịch của các electron và sự biến dạng của các liên kết tham gia trực tiếp vào phản ứng dẫn tới làm thay đổi động năng cũng như thế năng, kết quả là làm cho phân tử cơ chất trở nên hoạt động hơn, nhờ đó tham gia phản ứng dễ dàng. 4
5. CơCơ chchếế ccủủaa xxúúcc ttáácc enzymeenzyme Năng lượng hoạt hóa khi có xúc tác enzyme không những nhỏ hơn rất nhiều so với trường hợp không có xúc tác mà cũng nhỏ hơn so với cả trường hợp có chất xúc tác thông thường. Ví dụ trong phản ứng phân hủy H2O2 thành H2O và O2 nếu không có chất xúc tác thì năng lượng hoạt hóa là 18 Kcal/mol, nếu có chất xúc tác là platin thì năng lượng hoạt hóa là 11,7 Kcal/mol, còn nếu có enzyme catalase xúc tác thì năng lượng hoạt hóa chỉ còn 5,5 Kcal/mol. 5
6. CơCơ chchếế ccủủaa xxúúcc ttáácc enzymeenzyme Nhiều dẫn liệu thực nghiệm đã cho thấy quá trình tạo thành phức hợp enzyme cơ chất và sự biến đổi phức hợp này thành sản phẩm, giải phóng 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 hợp enzyme - cơ chất, P là sản phẩm (Product) 6
7. CơCơ chchếế ccủủaa xxúúcc ttáácc enzymeenzyme - Giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức hợp enzyme - cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp; - Giai đoạn thứ hai: xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng. - Giai đoạn thứ ba: tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng ra dưới dạng tự do. 7
8. CơCơ chchếế ccủủaa xxúúcc ttáácc enzymeenzyme CCáácc loloạạii liênliên kkếếtt chchủủ yyếếuu đưđượợcc ttạạoo ththàànhnh gigiữữaa EE vvàà SS trongtrong phphứứcc hhợợpp ESES llàà:: tươngtương ttáácc t tĩĩnhnh đi điệện,n, liên liên k kếếtt hydrogen, hydrogen, tương tương ttáácc Van Van der der Waals Waals M Mỗỗii lo loạạii liên liên k kếếtt đ đòiòi hhỏỏii nh nhữữngng đi điềềuu ki kiệệnn kh kháácc nhau nhau v vàà chchịịuu ảảnhnh hưhưởởngng khkháácc nhaunhau khikhi ccóó nưnướớc.c. 8
9. CơCơ chchếế ccủủaa xxúúcc ttáácc enzymeenzyme CCáácc loloạạii liênliên kkếếtt chchủủ yyếếuu đưđượợcc ttạạoo ththàànhnh gigiữữaa EE vvàà SS trongtrong phphứứcc hhợợpp ESES llàà:: tươngtương ttáácc t tĩĩnhnh đi điệện,n, liên liên k kếếtt hydrogen, hydrogen, tương tương ttáácc Van Van der der Waals Waals M Mỗỗii lo loạạii liên liên k kếếtt đ đòiòi hhỏỏii nh nhữữngng đi điềềuu ki kiệệnn kh kháácc nhau nhau v vàà chchịịuu ảảnhnh hưhưởởngng khkháácc nhaunhau khikhi ccóó nưnướớc.c. 9