Cơ chế 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 370c)
- 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
phẩm cuối cùng của phản ứng.
2. Điều kiện để một phản ứng hoá học
xảy ra
Ta hãy lấy ví dụ: C6H12O6 + O2 -> CO2 +
H2O + 688Kcal
(Đây không phải là sự cháy trong điều
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 chất 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 enzym
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 hợp 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 điểm trên người ta đề 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 enzym
và cơ chất kết hợp với nhau thành một
hợp 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
thể 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)