Bài giảng sinh học đại cương Công nghệ hóa dầu và công nghệ hóa hữu cơ: Chương 3

Chia sẻ: Lê Bảo Ngân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

205
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng sinh học đại cương công nghệ hóa dầu và công nghệ hóa hữu cơ chương 3 có nội dung trình bày các vấn đề liên quan đến Enzym. Theo định nghĩa khoa học thì Enzym là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein. Chương 3 bắt đầu bằng phần trình bày một số khái niệm chung về Enzym, tiếp theo là phân tích cấu trúc Enzym từ đó đề cập đến vấn đề danh pháp, phân hạng và cấu tạo trung tâm hoạt động của Enzym. Ở chương này ngoài trình bày các vấn đề nêu trên còn đề cập đến những vấn đề như: Mô hình phản ứng sinh học, cơ chế tác dụng của Enzym, tính chất, các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzym và phương pháp cố định Enzym.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng sinh học đại cương Công nghệ hóa dầu và công nghệ hóa hữu cơ: Chương 3

Sinh học đại cương Chương III: Enzym 55
Một số khái niệm chung  1700: tiêu hóa thitj nhờ dịch chiết trong dạ dày  1800: chuyển hóa tinh bột thành đường nhừ nước dịch chiết thực vật  1850 - Louis Pasteur: quá trình lên men đường thành rượu của nấm men xảy ra nhờ một nhân tố gọi là men. Men không thể tách ra khỏi cấu trúc tế bào sống  1897- Eduard Buchner: dịch chiết nấm men có khả năng lên men đường thành rượu. Men có thể tách ra khỏi tế bào  1956 – Summer: tách và kết tinh urease. Urease mang bản chất Protein  1930 – John Northrop và Moses Kunitz: tách và tinh chế các enzym tiêu hóa mang bản chất protein - Enzym mang bản chất protein - Tăng tốc độ phản ứng lên 10 mũ 20 lần nhưng không bị tiêu thụ hoặc thay đổi khi xúc tác - Mục đích giúp chuyển hóa thức ăn thành năng lượng và các vật liêụ mới 56
Cấu trúc enzym  Định nghĩa: Enzym là các phân tử protein có chức năng xúc tác sinh học  Enzym đơn cấu tử: thành phần cấu tử chỉ bao gồm các protein đơn giản  Enzym lưỡng cấu tử: bao gồm 2 thành phần Vitamin Dạng coenzym Nhóm vận chuyển Enzym tương ứng Biotin Biocytin CO2 Propionyl-CoA carboxylase  Phần Protein (nhóm nội, apoenzym) Axit pantothenic Coenzym A Các nhóm acyl Acetyl-CoA - Cấu tạo: từ các axit amin và các hợp chất carboxylase - Tính chất:không bền nhiệt Vitamin B12 5'- Các nguyên tử H và các Methylmalonyl- - Chức năng: tăng hiệu lực xúc tác và quyết định Deoxyadenosyl nhóm acyl CoA mutase tính đặc thù của enzym cobalamin  Phần nhóm ngoại (coenzym B12) - Cấu tạo: không mang bản chất protein Riboflavin Flavin adenin Electron, các nguyên tử H Succinate  Ion vô cơ (vitamin B2) dinucleotit dehydrogenase  Phức hữu cơ (vitamin): là các chất vận chuyển (FAD) tạm thời các nhóm chức năng đặc hiệu, là một Axit nicotinic Nicotinamide Ion H (: H -) Alcohol phần trong cấu trúc trung tâm hoạt động của (niacin) adenin dehydrogenase enzym dinucleotit - Tính chất: kích thước nhỏ, bền nhiệt (NAD) - Chức năng:trực tiếp tham gia vào phản ứng Thiamine Thiamine Aldehyt 57 Pyruvate xúc tác và quyết định kiểu phản ứng. (vitamin B1) pyrophosphate dehydrogenase
Danh pháp và phân hạng  Danh pháp - Danh pháp thông thường: cơ chất + ase - Danh pháp quốc tế: cơ chất + kiểu phản ứng + ase - Kí hiệu: EC1234 1: Chỉ enzym thuộc nhóm lớn nào 2: Chỉ enzym thuộc nhóm phụ nào 3: Chỉ enzym thuộc phân nhóm phụ nào 4: Chỉ số thứ tự  Phân hạng: 6 nhóm phản ứng - Oxidoredutase (xúc tác các phản ứng oxi hóa khử) VD: Alcohol dehydrogenase: chuyển hóa rượu thành aldehyt hoặc keton - Transferase (xúc tác các phản ứng vận chuyển các nhóm chức năng) VD: Aminnotransferase: phân hủy axit amin bằng cách loại bỏ nhóm amin - Hydrolase (xúc tác các phản ứng thủy phân) VD: Glucose-6-phosphatase: loại nhóm phosphate khỏi glucose-6-phosphate, tạo glucose và H3PO4 - Lyase (xúc tác các phản ứng tạo liên kết đôi) VD: Pyruvate decarboxylase: loại bỏ CO2 khỏi pyruvate - Isomerase (xúc tác các phản ứng đồng phân hóa học) VD: Ribulose phosphate epimerase: chuyển hóa giữa ribulose 5-phosphate và xylose-5-phosphate - Ligase (xúc tác hình thành các liên kết hóa học nhờ phân cắt ATP) 58 VD: Hexokinase: chuyển hóa giữa glucose và ATP với glucose-6-phosphate và ADP
Cấu tạo trung tâm hoạt động  Khái niệm: trong quá trình xúc tác chỉ một phần nhỏ phân tử enzym tham gia kết hợp với cơ chất và chuyển hóa thành sản phẩm – trung tâm hoạt động của enzym  Cấu tạo: bao gồm 1 số nhóm chức năng của axit amin không tham gia liên kết trục chính - COOH: axit glutamic và axit aspatic - NH2 : lysin - OH: Serin - SH: Cystein - Imidazol: Histidin - Phenol: Tyrozin  Tính chất: chỉ được hình thành trong cấu trúc bậc 2,3,4 59
Một số quan niệm về trung tâm hoạt động của enzym  Quan niệm của Fisher (1894) - Trung tâm họat động vốn sẵn có và cứng nhắc Enzym: ổ khóa Cơ chất: chìa khóa  Quan niệm của Kosland (1958) - Trung tâm hoạt động của enzym được hình thành trong quá trình kết hợp với cơ chất và đây là một cấu trúc mềm dẻo, linh động - Cơ chất quyết định cuối cùng đến hình dáng của enzym Enzym: găng tay Cơ chất: bàn tay 60
Trung tâm dị lập thể (Allosteric)  Khái niệm:Trung tâm dị lập thể là vị trí thứ 2 trên phân tử enzym mà các cơ chất (chất allosteric) khi kết hợp vào vị trí này không chuyển hoá tạo thành sản phẩm mà chỉ làm thay đổi cấu trúc của phân tử enzym cũng như cấu trúc trung tâm hoạt động của enzym.  Tính chất: thay đổi cấu trúc của enzym theo 2 chiều hướng - Tăng khả năng hoạt động của enzym: điều hòa dương - Giảm khả năng hoạt động của enzym: điều hòa âm 61
Mô hình phản ứng sinh học E: enzym S: cơ chất P: sản phẩm ES: phức hợp enzym-cơ chất EP: phức hợp enzym-sản phẩm 62
Trạng thái chuyển tiếp Bẻ gãy liên kết Năng lượng N Hình thành hoạt hóa, Ea ă liên kết n g l ư ợ Chất phản ứng Phản ứng n tỏa nhiệt g Sản phẩm Tiến trình phản ứng 63
Cơ chế tác dụng của enzym  Cơ chế tác dụng: Enzym làm tăng các phản ứng hóa học trong tế bào nhờ quá trình làm giảm rào cản năng lượng họat hóa - Năng lượng hoạt hóa là rào cản năng lượng phải vượt qua trước khi 1 phản ứng hóa học bắt đầu - Các chất phản ứng phảo hấp thụ Ea để trở nên họat động -làm yếu các liên kết đến mức bẻ gãy được chúng và hình thành liên kết mới. Phản ứng bắt đầu xảy ra. - Enzym làm tăng vận tốc phản ứng mà không làm thay đổi chính bản thân chúng 64
65
Tính chất của enzym  Tính chất chung - Khối lượng phân tử lớn - Hòa tan trong môi trường nước hoặc muối loãng hoặc các dung môi hữu cơ tạo dung dịch keo - Không bền trong môi trường axit và kiềm mạnh  Cường lực xúc tác:Cường lực xúc tác lớn: tăng vận tốc phản ứng lên hàng vạn cho đến hàng triệu lần so với chất xúc tác hóa học 66
Tính chất của enzym (cont.)  Đặc hiệu phản ứng: Enzym có khả năng chuyển hoá một số cơ chất nhất định, một liên kết hoá học nhất định hoặc một kiểu phản ứng hoá học nhất định - Đặc hiệu cơ chất  Đặc hiệu tương đối  Đặc hiệu nhóm  Đặc hiệu tuyệt đối  Đặc hiệu quang học - Đặc hiệu kiểu phản ứng  Enzym không độc  Enzym ứng dụng trong điều kiện nhẹ nhàng  Enzym được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền 67
Các yếu tố ảnh hướng đến hoạt tính của enzym  Nồng độ cơ chất Et: Nồng độ enzym tổng E: Nồng độ enzym tự do (E=Et-ES) ES: Nồng độ enzym trong phức hợp với cơ chất k1: hằng số vận tốc tạo phức trung gian ES 1 K 1 1  m .  k-1: hằng số vận tốc phân ly trung V0 Vmax [ S ] Vmax gian tạo E và S k2: hằng số vận tốc phân ly phức ES tạo sản phẩm và enzym tự do V0: vận tốc ban đầu Vmax: vận tốc cực đại Km: hằng số Michaelis Công thức Michaelis-Menten 68
Các yếu tố ảnh hướng đến hoạt tính của enzym (cont.)  Ý nghĩa của giá trị Km: Km rất khác nhau giữa các enzym, thậm chí là giữa cùng 1 enzym với các cơ chất khác nhau cũng sẽ cho các Km khác nhau. Km được xem như là một chỉ thị đặc trưng cho ái lực của enzym với cơ chất của nó. Km càng nhỏ thì ái lực giữa enzym và cơ chất càng lớn và ngược lại. 69
Các yếu tố ảnh hướng đến hoạt tính của enzym (cont.)  Chất kìm hãm - Khái niệm: là chất làm họat động enzym yếu đi hoặc chấm dứt hoàn toàn. - Phân loại:  Chất kìm hãm thuận nghịch - Chất kìm hãm cạnh tranh - Chất kìm hãm không cạnh tranh  Chất kìm hãm bất thuận nghịch - Chất kìm hãm bất thuận nghịch do sản phẩm của phản ứng - Chất kìm hãm bất thuận nghịch do thừa cơ chất 70
Kìm hãm cạnh tranh  Khái niệm: tham gia cạnh tranh với cơ chất để kết hợp vào trung tâm hoạt động của enzym. Khi mà chất cạnh tranh (I) kết hợp được vào với trung tâm hoạt động, nó sẽ ngăn cản quá trình kết hợp của cơ chất với enzym.  Đặc tính: - Các chất kìm hãm cạnh tranh là các hợp chất có cấu tạo giống với cơ chất. Nó sẽ kết hợp với enzym tạo phức EI nhưng không dẫn đến quá trình xúc tác để chuyển hoá thành sản phẩm. Thậm chí sự kết hợp rất nhanh chóng của dạng phức này cũng dẫn đến làm giảm khả năng 1 K 1 1 hoạt động của enzym. ( m)  Vi1 Vmax [ S ] Vmax - Khi [S] lớn hơn rất nhiều lần so với [I], quá trình kết hợp với enzym của các chất kìm hãm sẽ ở mức tối thiểu.  Công thức Michaelis Menten V [S ] V0  max 71 K m  [ S ]
Kìm hãm không cạnh tranh  Khái niệm:Cơ chất và chất kìm hãm kết hợp với enzym tại 2 vị trí khác nhau. Chất kìm hãm không cạnh tranh làm thay đổi cấu trúc, hình dạng của enzym cũng như trung tâm hoạt động của enzym, từ đó làm giảm vận tốc của phản ứng. 1  'Km 1 '  Đặc tính: cấu tạo của cơ chất ( )  Vi 2 Vmax [ S ] Vmax và chất kìm hãm không giống nhau. K I'  [ ES ][ I ] [ EIS ]  Công thức Michaelis Menten  '  1 [I ] K I' Vmax [ S ] V0   ' K m   ' [S ] 72
Kìm hãm bất thuận nghịch  Đặc tính: Các chất kìm hãm không thuận nghịch là các chất thường tạo liên kết đồng hoá trị với enzym hoặc phá huỷ các nhóm chức năng cần thiết cho hoạt tính của enzym hoặc tạo ra các quá trình kết hợp không đồng hoá trị bền.  Phân loại: - Sản phẩm phản ứng: nồng độ sản phẩm tạo thành quá lớn, sản phẩm sẽ có khả năng kết hợp lên vị trí thứ 2 bất kỳ của enzym ngoài trung tâm hoạt động làm biến dạng enzym và làm giảm vận tốc phản ứng. Sản phẩm đóng vai trò là các chất kìm hãm không cạnh tranh. - Cơ chất phản ứng: nồng độ cơ chất quá lớn có khả năng kết hợp với một vị trí thứ 2 của enzym cũng như vào trung tâm hoạt động của enzym làm thay đổi hình dáng của enzym và từ đó làm giảm vận tốc phản ứng. 73
Các yếu tố ảnh hướng đến hoạt tính của enzym (cont.)  Nhiệt độ - Nhiệt độ tối ưu: là nhiệt độ tại đó vận tốc phản ứng đạt tốc độ lớn nhât. - Nhiệt độ tối ưu của mỗi enzym phụ thuộc môi trường mà nó tồn tại.  pH - pH tối ưu: là pH tại đó vận tốc phản ứng đạt tốc độ lớn nhất - Nguyên tắc: duy trì trạng thái ion hóa của các nhóm chức năng tại trung tâm họat động và trong toàn cấu trúc protein - Khoảng họat động: axit yếu, bazơ yếu hoặc trung tính  Chất họat hóa - Khái niệm: là các chất làm enzym từ trạng thái hoạt động yếu trở nên mạnh hoặc từ không họat động trở nên hoạt động - Bản chất hóa học: + Coenzym vận chuyển điện tử, hydro + Chất phá vỡ liên kết peptit bảo phủ trung tâm hoạt động của enzym +Chất phục hồi các nhóm chức năng của enzym + Ion kim loại  Nồng độ enzym - Vận tốc phản ứng phụ thuộc trong trường hợp thừa cơ chất 74