Chương V- ENZYME

Chia sẻ: Nguyen Quoc Nam | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

250
lượt xem 87
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung: Enzyme và chất xúc tác sinh học; Cấu tạo; Cơ chế hoạt động xúc tác; Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt lực xúc tác của enzyme; Danh pháp và phân loại.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương V- ENZYME

Chương V- ENZYME BÀI GI NG SINH HÓA H C 1. Enzyme và hi n tư ng xúc tác sinh h c 2. C ut o 3. Cơ ch ho t ng xúc tác PH N I – SINH HÓA H C TĨNH 4. Các y u t nh hư ng n ho t l c xúc tác c a enzyme Chương V- ENZYME 5. Danh pháp và phân lo i TP.HCM-2008 1 2 M C TIÊU 1. ENZYME VÀ HI N TƯ NG XÚC TÁC SINH H C 1. Baûn chaát hoùa hoïc cuûa enzyme? Nhöõng ñaëc ñieåm • Enzyme là nh ng protein gi ch c năng xúc caáu truùc chung cuûa enzyme, trung taâm hoaït ñoäng tác các ph n ng sinh hóa h c. Nh E xúc tác cuûa enzyme. mà các p ư SHH c n thi t cho s s ng và s 2. Giaûi thích cô cheá xuùc taùc chung cuûa enzyme. sinh s n c a t bào x y ra v i 3. Tính ñaëc hieäu cuûa enzyme vaø caùc ñieàu kieän moâi .t c cao, tröôøng aûnh höôûng ñeán khaû naêng xuùc taùc cuûa enzyme ? . có tính c hi u cao, 4. Danh phaùp vaø phaân loaïi enzyme theo 6 lôùp. . ti t ki m NL. Thaønh phaàn caáu taïo vaø hoaït ñoäng xuùc taùc cuûa • E có th xúc tác i u ki n in vivo và in vitro. moãi lôùp. 3 4 1
2. C U TAÏO C A ENZYME • Phân t enzyme là các protein d ng c u, tùy lo i E, chúng ho t ng d ng c u trúc b c ba Xúc tác là hi n tư ng làm ho c b c b n. . tăng t c ph n ng, • E m t c u t – protein g : TP bao g m các . h th ng p ư chóng t t i tr ng thái cân AA, ch 1 chu i ho c 2 hay nhi u chu i b ng ng b ng nh ng ch t ưa t ngoài vào. polypeptide gi ng nhau hay khác nhau. Ch t làm tăng t c p ư g i là “ch t xúc • E nh c u t - protein ph c t p : tác”, chúng ch tham gia trong các SP trung Protein /g + nhóm ghép (cofactor) (apoenzyme) (coenzyme) gian c a p ư, chúng không có m t trong s p K t h p c hi u Tr c ti p xúc tác cu i cùng c a p ư. v i cơ ch t ph n ng 5 6 • Trư ng h p apoenzyme liên k t ch t ch v i 2.2. TRUNG TÂM HO T NG C A ENZYME coenzyme → CoE ư c g i là nhóm ngo i – Là vùng ti p xúc c a E v i cơ ch t (S = prosthetic group. substrate) trên phân t E, là nơi x y ra qúa • Trư ng h p apoenzyme liên k t l ng l o v i trình xúc tác. coenzyme, khi ho t ng xúc tác CoE tách TTH hình thành do s s p x p c a m t s AA kh i apoE → CoE ư c g i là cosubstrate chuyên bi t, n m xa nhau trên polypeptide nhưng g n nhau trong c u trúc không gian : - Cysteine – SH - Serine - OH N - Histidine – 7 NH 8 2
TTH có 2 ñaëc ñieåm quan troïng : – hình d ng TTHÑ phù h p v i hình d ng phân t Fischer's lock and key hypothesis of enzyme action. cô chaát mà nó xúc tác; – i n tích TTHÑ tương ng nhưng trái d u v i i n tích phân t cô chaát. Các i u ki n môi trư ng (nhi t , pH …) nh hư ng n c u trúc b c ba c a phân t protein enzyme u nh hư ng t i hình d ng và iên tích c a TTH → nh hư ng n ho t l c xúc tác c a enzyme. 9 10 Diagrams to show Koshland's induced fit hypothesis of enzyme action. 11 12 3
3. CƠ CH HO T NG XÚC TÁC không xúc tác H2O2 H2O + O2, NLHH : 75 kj/mol • Thuy t h p ph : ch t xúc tác h p ph cơ ch t lên b m t chúng → t p trung b t platin H2O2 H2O + O2, NLHH : 49 kj/mol S, tăng n ng S → tăng v n t c p/ư (h th ng p/ư d th : ch t xúc tác th catalase H2O2 H2O + O2, NLHH : 8 kj/mol r n, S th l ng, khí). • Thuy t l p h p ch t trung gian : ch t E là protein → v a có k/n h p ph cao, v a có xúc tác t o h p ch t trung gian v i S, k/n TL h/c trung gian → E có k/n xúc tác cao p/ư i theo ư ng vòng → gi m NL òi hơn nhi u so v i ch t vô cơ. h i ho t hóa cơ ch t → tăng v n t c p/ư (h th ng p/ư ng th : ch t xúc tác & S cùng th l ng, khí). 13 14 4. CÁC Y U T NH HƯ NG NV NT C PH N NG ENZYME ơn v ho t lưc c a enzyme Bi u th tr c ti p : kh i lư ng → ít s d ng vì kh i lư ng enzyme thư ng r t th p so v i kh i lư ng cơ ch t mà nó xúc tác. Bi u th gián ti p : ho t → ư c s d ng nhi u. ơn v qu c t ho t c a enzyme IU (international unit) : là l ng enzyme xúc tác bi n i 1 mmol cơ ch t hay t o ra 1 mmol s/p Năng lư ng ho t hóa c n cung c p cho m t ph n ng trong th i gian 1 phút d i i u ki n chu n c a 15 16 nhi t , pH và n ng cơ ch t (IU/lit) 4
H S CHUY N IM TS ƠN V HO T L C ENZYME SANG ƠN V H TH NG QU C T M i phòng thí nghi m thư ng bi u th ơn v ho t l c enzyme theo p/p xét nghi m riêng Các enzyme ơn v H s ơn v huy t thanh không h th ng ch/ i qu c t c a mình → so sánh ph i i ra ơn v Aldolase (ALD) Sibley-Lehninger unit 0.75 U/lit chu n qu c t SI (International System of (SLU)-mgDNP/hour/ml Units) b ng cách nhân v i h s chuy n i. Amylase (AMYL) Somogyi unit (SU) - 1.85 U/lit mg G/30 phút Glutamic Sigma-Frankel unit 0.48 U/lit oxaloacetic (SFU); Kamen unit (KU) transaminase Wroblewski-LaDue unit (SGOT, AST) (WLU); Reitman- Frankel unit (RFU) – 0.001 OD/phút/ml 17 18 Glutamic pyruvic U/lit transaminase Glutamic Sigma-Frankel unit (SFU); 0.48 U/lit pyruvic Kamen unit (KU); Wroblewski- Ghi chú : transaminase LaDue unit (WLU); Reitman- • U = 1 international unit = 1µmol/phút = (SGPT, ALT) Frankel unit (RFU) – 0.001 OD/phút/ml 16.67 nkat/giây = 0.0167 µkat/giây Isocitrate Volfson-Williams-Ashman unit 0.0167 U/lit dehydrogenas (WWAU) – nmol/gi /ml e (ICD) Lipase Roe-Byler unit (RBU) – 16.7 U/lit (µ mol/gi /ml) Phosphatase King Amstrong unit (KAU) - 1.85 U/lit acid (AcP) mg phenol P/30phút Phosphatase King Amstrong unit (KAU) - 7.10 U/lit ki m (AlP) mg phenol P/30phút Bodansky unit (BU) - mg P/gi 5.40 19 20 5
4.2. NH HƯ NG C A NHI T 4.1. V N T C BAN U C A PH N NG • i u ki n in vitro : 0 – 400C : to tăng → t c p/ tăng, ơn thu n nhi t c/c NL cho p ư. >450 C: v n t c p/ư b t u gi m do nhi t làm bi n tính protein. >800 E b bi n tính hoàn toàn. . E ngu n g c /v : t0 t i ưu : 40 – 500C . E ngu n g c t/v : t0 t i ưu : 50 – 600C M t s VSV ch u nhi t, s ng trong su i nư c nóng 70 – 800C. • i u ki n in vivo : nhi t cơ th tăng 1-20C → p/ư t cháy ch t h u cơ trong mô bào tăng hàng trăm l n → gây s t, ó là p/ư b o v c a 21 cơ th . 22 4.3. NH HƯ NG C A pH • pH môi trư ng thay i nh hư ng n s phân ly c a các nhóm ch c trên chu i polypeptide → thay i i n tích TTH → a/h kh năng k t h p E + S → gi m v p/ư. • M i E ch ho t ng t t trong m t gi i h n pH nh t nh, ngoài kho ng pH t i ưu ó thì v n t c p/ư r t th p. • B ng 5.2 (T.112) : kho ng pH t i ưu c a m t s enzyme. 23 24 6
pH t i ưu c a m t s enzyme Enzyme pH Enzyme pH α-Amylase 6,8 – 7,0 β-Amylase 5,2 (nư c b t) (m ch nha) Pepsin 1,5 – 2,5 Cathepsin 4,5 – 5,0 (d dày) (cơ) Trypsin 7,8 – 9,5 Phosphatase 9,0 - 10 (t y t ng) (huy t tương) Lipase 7,0 – 8,0 Sucrase 4,6 – 5,0 (t y t ng) (n m men) 25 26 4.4. NH HƯ NG C A N NG ENZYME 4.5. NH HƯ NG C A N NG CƠ CH T V n t c p/ư tăng t l thu n v i s tăng n ng N ng S tăng → v p/ư tăng, khi t t c các enzyme trong h th ng p/ư TTH c a E u t/g xúc tác → v p/ư t t i a. Vận tốc ban ầu tỷ lệ ậ ố ỷ ệ ợ Lượng cơ chất biến ổi ấ ế ậ ớ ồ thuận với nồng ộ E E3 3x E2 E1 2x 1x t0 t1 t2 27 28 7
4.6. S HO T HÓA VÀ C CH ENZYME HO T HÓA ENZYME Trong mô bào E khi m i ư c ti t ra thư ng tr ng thái chưa ho t ng (ti n E, ti p u ng “pre” hay “pro”enzyme, ti p v ng “ ogen”. Caét boû moät ñoaïn polypeptide cuûa tieàn enzyme (proenzyme hay zymogen) laøm boâc loä trung taâm hoaït ñoäng. Ví duï : Pepsin + HCl pepsinogen pepsin + peptide (42.000) (35.000) (7.000) Thaønh laäp caàu noái disulfur (-S – S-) ñeå hoaøn chænh trung taâm hoaït ñoäng : Enterokinase 29 Trypsinogen Trypsin + heptapeptide30 Thaønh laäp phöùc hôïp vôùi caùc ion kim loaïi, caùc ion C CH ENZYME naøy coù vai troø laøm caàu noái trung gian, gaén cô chaát a s các trư ng h p ng c là do c ch leân trung taâm hoaït ñoäng baèng caùc caàu noái phuï. Vai ho t ng c a trung tâm ho t ng c a enzyme. trò này thư ng thu c v các ng/t vi lư ng. Thí d : (-CN) liên k t v i Fe3+ c a cytochrome Hoaït hoùa nhôø hieän töôïng caûm öùng b i chaát gaây oxidase → c ch chu i hô h p mô bào. hieäu öùng dò khoâng gian. c ch c nh tranh (H.5.8, T.119) : S ho t hóa (hay c ch ) E thư ng ư c ki m soát b i s phosphoryl hóa hay s kh (-CHI – COOH) c nh tranh v i g c (- CH2 – SH) phosphoryl : c a Cys trong TTH . HH b ng phosphoryl hóa b i kinase + ATP c ch không c nh tranh : ch t c ch làm E không H E ho t ng bi n i c u hình phân t E làm thay i kh c ch b ng kh phosphoryl b i năng xúc tác c a E. phosphatase – H3PO4 31 32 8
Diagram showing the mechanism of non-competitiv e inhibition. Competitive inhibitors bind reversibly to the enzyme, preventing the binding of substrate. On the other hand, binding of substrate prevents binding of the inhibitor. Substrate and inhibitor compete for the enzyme. 33 34 5. DANH PHÁP VÀ PHÂN LO I PHÂN LO I DANH PHÁP 6l p Nhóm E tiêu hóa ư c g i tên tùy ti n Ph l p Quy t c g i tên : theo tên Latin c a cơ ch t + ki u Ph c a ph l p ph n ng + ASE Cô chaát Enzyme Enzyme - Amylum (tinh boät) Amylase - Proteinum (protein) Protease Phaûn öùng Enzyme - Vaän chuyeån goác (-CH3) Methylferase - Thuûy phaân Hydrolase - Kh nư c Dehydratase 35 36 9
Thí duï : Enzyme mang chæ soá E.C 2.7.1.1 L p Xúc tác ph n ng Chæ soá “2”: E thuoäc lôùp 2 - Transferase, vaän I oxydo- kh hydrogen (oxy hóa), chuyeån caùc nhoùm chöùc. reductase hydrogen hóa (kh ) Chæ soá “7” : phuï lôùp 7, vaän chuyeån nhoùm II Transferase V/c các nhóm nguyên t và g c phosphate (-H2PO3). p/t t ch t này sang ch t khác Chæ soá “1” : phuï phuï lôùp 1- chaát nhaän nhoùm (- III Hydrolase Th y phân (E m t c u t ) H2PO3) laø moät alcohol. Chæ soá “1” : enzyme laø hexokinase. IV Liase Thành l p ho c phân gi i các n i ôi Toùm laïi, enzyme mang chæ soá E.C 2.7.1.1 laø E coù V Isomerase V/c các nhóm ng/t và g c p/t teân vaø chöùc naêng nhö sau : D- hexose-6-phospho- trong n i b p/t thành l p các transferase, xuùc taùc phaûn öùng vaän chuyeån nhoùm ng phân (-H2PO3) töø ATP sang nhoùm hydroxyl ôû C6 cuûa VI Ligase Thành l p các liên k t c n s glucose. 37 d ng các n i ∼P cao năng 38 CÁC ENZYME THƯ NG S D NG TRONG Vi t t t Tên th ng g i H th ng CH N OÁN phân lo i GGT γ-Glutamyl transferase 2.3.2.2 Vi t t t Tên th ng g i H th ng phân lo i GPx Glutathion peroxydase 1.11.1.9 ALT (GPT) Alanine aminotransferase 2.6.1.2 LDH Lactate dehydrogenase 1.1.1.27 AP Alkaline phosphatase 3.1.3.1 LIP Lipase (triacylglycerol lipase) 3.1.1.3 Amyl 3.2.1.1 OCT Ornithine carbamoyltransferase 2.1.3.3 α-Amylase ARG Arginase 3.5.3.1 SDH Sorbitol dehydrogenase 1.1.1.14 AST (GOT) Aspartate aminotransferase 2.6.1.1 PK Pyruvate kinase 2.7.1.40 ChE Cholinesterase 3.1.1.8 TK Transketolase 2.2.1.1 Trypsin 3.4.21.4 CK (DPK) Creatine kinase 2.7.3.2 39 40 10
(1) L P OXYDO-REDUCTASE (L p enzyme oxy hóa-kh ) Dehydrogenase Nicotinamid ch a nhân Xúc tác p/ oxy hóa-kh (trao i e- ho c trao pyridine : iH=H + + e-). Các nhóm chính : - NAD+ : Nicotinamid Các dehydrogenase ch a nhân pyridine (d n Adenine xu t t vitamin PP) : v/c 2H (2H+ + 2e-) Dinucleotide Các dehydrogenase ch a nhân flavin (d n - NADP+ : xu t t vitamin B2) : v/c 2H (2H+ + 2e-) Nicotinamid Catalase : p/h y peroxyde hydro g/p O2 Adenine Peroxydase : p/h y peroxyde hydro g/p O Dinucleotide H th ng cytochrome : ch v/c e- Phosphate 41 42 O O C NH2 C NH2 (H+ + e-) _ _ O O H H H N + O P OCH2 N+ O P OCH2 O O H H H H - CO- NH2 - CO- NH2 H H H OH OH H OH OH +(2H+ + 2e-) O NH2 O NH2 + H+ - (2H+ + 2e- ) N N N N N+ N N N N R (e-) R N O P OCH2 O P OCH2 O OH OH O H H H H H H Dehydrogenase NAD+ NADH + H+ H H OH O OH OH HO P OH NAD+ NADP+ O 43 44 11
isoalloxazin O O H Dehydrogenase H C N C C N 10 C CH3 C C C NH 4 Flavin ch a nhân flavine: CH3 C6 5 C 10 C 3 NH CH 3 C C C 1 C O C N N H -FMN : CH3 C7 8 C 9 C 1 2C O CH2 C N N H Flavin HCOH CH2 HCOH MonoNucleotide FMN HCOH HCOH CH2 -FAD : D-ribitol HCOH O _ O P O Flavin HCOH O NH 2 _ N C CH2 O P O C N Adenine HC A O C CH Dinucleotide O CH2 O N N _ O P O H H H FMN FAD H O OH OH 45 46 (H++ e-) O N C Heä thoáng cytochrome : laø caùc chromoprotein vôùi CH3- 10 NH nhoùm heme chöùa Fe3+. Coù nhieàu loaïi cytochrome, FMN (FAD) khaùc nhau veà theá naêng oxy hoùa khöû, chuùng chæ CH3- 1 C=O N tham gia nhaän vaø chuyeån electron (khoâng nhaän R (H++ e-) proton H+). +2H -2H • Phaûn öùng cô baûn : H O +e- N • Cyt-Fe3+ Cyt-Fe2+ C - e- CH3- 10 NH • FMNH2 CH3- 1 C=O • Trong chuoãi hoâ haáp moâ baøo thöôøng gaëp caùc (FAD.H2) N cytochrome : b , c , a vaø a3 (cytochrome oxydase – R H chæ chuyeån ñieän töû cho oxygen). 47 48 12
(2) L P TRANSFERASE (Các enzyme v n chuy n) Xúc tác p/ v n chuy n các nhóm nguyên t hay g c phân t t ch t này sang ch t khác. Phosphotransferase - v/c –H2PO3 Aminotransferase – v/c nhóm –NH2 Sulfurtransferase – v/c nhóm –SO3H Acyltransferase – v/c các acid béo Heme cuûa cytochrome 49 50 Aminotransferase (Trans aminase) : Acyltransferase – ho t tóa &v/c các acid béo V/c nhóm amine trong ph n ng chuy n Coenzyme có tên là coenzyme acyl hóa, amine t/h amino acid trong mô bào ng v t. d n xu t t panthotenic acid : Coenzyme là pyridoxalphosphate (d n xu t t vitamin B6) CoA.SH H CoA.SH C=O CH2-NH2 OH OH Pirophosphate HO- -CH2O – P=O HO- -CH2O – P=O Adenosine-3’- R-C = O monophosphate OH OH H3C- H3C- O- O A.pantoic SH -O- C-R N N β -alanine SH Thioethylamine Pyridoxal phosphate Pyridoxamine phosphate 51 A.panthothenic 52 13
(3) L P HYDROLASE (Enzyme th y phân) (4) L P LIASE Là nh ng enzyme m t c u t , g p ph bi n trong ng Là nh ng enzyme xúc tác p/ c t tr c ti p tiêu hóa, nh s tham gia c a nư c chúng th c hi n các liên k t trong phân t không b ng con ph n ng phân gi i các ch t h u cơ ph c t p c a th c ng th y phân, chúng có kh năng tách ăn thành các ơn phân cơ th có th h p thu ư c. CO2, H2O, NH3 … Glycoside hydrolase : th y phân LK glycosidic c a glucid Decarboxylase (tách CO2) Proteinase và peptidase : th y phân LK peptide c a Aldolase : c t C6 → 2 C3 protein và peptide Dehydratase (tách H2O) Esterase : th y phân LK este c a lipid Amidase : th y phân các amid Deaminase (tách NH3) 53 54 NH2 H DECARBOXYLASE C S C + _ _ • Decarboxylase c a N C CH2 N O O _ α-ketoacid có CoE là C C CH CH O P O P O thiamin piro- CH3 C CH 2 2 phosphate (TTP) N CH3 O O (dx c a vitamin B1- thiamine). Thiamine pirophosphate (TPP) • Decarboxylase c a α-amino acid có CoE là pyridoxalphosphate (dx c a vitamin B6). 55 56 14
(5) L P ISOMERASE Phosphotriose isomerase • Phosphoglyceraldehyde Phosphodioxyacetone (Enzyme ng phân hóa) • L-Alanine Alanine racemase D-Alanine Là các E xúc tác s v n chuy n nhóm nguyên t hay g c phân t trong n i b phân t t o • UDP-Glucose UDP-Glucose-1-epimerase UDP-Galactose ra các ch t ng phân. Phosphglycerate mutase Glucose-6-phosphate isomerase : chuy n nhóm • 3-phosphoglycerate 2- phosphoglycerate carbonyl C1 ↔ C2 (Glucose ↔ Fructose). Phosphoglycerate mutase : chuy n g c (-P) gi a C1 ↔ C2 trong m t ph n ng ư ng phân. Racemase : chuy n nhóm (-OH) các ư ng ơn, t o ra ng phân dãy D hay L. 57 58 (6) L P LIGASE CARBOXYLASE : v i CoE là biotin, cung c p nhóm CO2 trong p/ư t ng h p acid béo. Xúc tác p/ t/h ch t có s d ng năng l ng t các n i phosphate cao năng (∼P) ∼ Nguyên t N ho t ng BIOTIN Aminoacyl-t-RNA synthetase t/l p LK C – O trong p/ư hoaït hoùa amino acid cuûa tieán trình sinh toång Phân t CO2 hôïp protein. Glutamine synthetase thaønh laäp lieân keát giöõa C – N trong phaûn öùng toång hôïp glutamine. Ligase thaønh laäp lieân keát giöõa C - N trong sinh toång hôïp protein, tái t h p DNA. NH –lysine c a apoenzyme Acetyl CoA carboxylase thaønh laäp l/k t C - C trong tieán trình toång hôïp acid beùo (p/ư thaønh laäp malonyl CoA). 59 60 15