intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Công nghệ Enzyme – Protein

Chia sẻ: Fds Sdsd | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST
Báo xấu
944
lượt xem 389
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong các phản ứng hóa học, nếu ta cho thêm vào phản ứng một chất nào đó phản ứng sẽ xảy ra với tốc độ tăng hàng chục lần. Chất cho thêm vào này được gọi là chất xúc tác. Trong các phản ứng sinh học (các phản ứng xảy ra trong cơ thể sinh vật) cũng có chất làm tăng các phản ứng, chất đó được gọi là enzyme.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ Enzyme – Protein

  1. Công nghệ Enzyme – Protein
  2. Công nghệ Enzyme – Protein 1 Mục lục PHẦN I CÔNG NGHỆ ENZYME 3 Chương 1 Những khái niệm cơ bản về enzyme 7 1.1. Định nghĩa enzyme 7 1.2. Thành phần cấu tạo của enzyme 7 1.3. Trung tâm hoạt động của enzyme 14 1.3.1. Trung tâm hoạt động của enzyme đơn cấu tử 7 1.3.2. Trung tâm hoạt động của enzyme đa cấu tử 8 1.3.3. Vai trò của các nhóm trung tâm hoạt động 9 1.3.4. Sự tạo thành trung tâm hoạt động 12 1.4. Tính đặc hiệu của enzyme 16 1.4.1. Khái niệm chung 7 1.4.2. Các hình thức đặc hiệu 8 1.4.2.1 Đặc hiệu kiểu phản ứng 9 1.4.2.2 Đặc hiệu cơ chất 12 1.5. Cơ chế tác dụng của enzyme 17 Chương 2 Động học enzyme 19 2.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu động học enzyme 19 2.2. Động học các phản ứng enzyme 21 2.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 21 2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất 26 2.2.3. Ảnh hưởng của chất kìm hãm 28 2.2.3.1 Các chất kìm hãm không thuận nghịch 9 2.2.3.2 Các chất kìm hãm thuận nghịch 12 2.2.4. Ảnh hưởng của chất hoạt hóa 38 2.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ 39 2.2.6. Ảnh hưởng của pH 38 Chương 3 Cách gọi tên và phân loại enzyme 44 3.1. Cách gọi tên enzyme 44 3.2. Phân loại enzyme 44
  3. Công nghệ Enzyme – Protein 2 3.2.1. Các lớp enzyme 44 3.2.2. Các phản ứng enzyme 46 3.2.2.1 Lớp enzyme oxydoreductase 51 3.2.2.2 Lớp enzyme transferase 51 3.2.2.3 Lớp enzyme hydrolase 3.2.2.4 Lớp enzyme lyase 3.2.2.5 Lớp enzyme isomerase 3.2.2.6 Lớp enzyme ligase Chương 4 Phương pháp nghiên cứu enzyme 52 4.1. Những nguyên tắc chung khi nghiên cứu enzyme 52 4.2. Tách và làm sạch (tinh chế) enzyme 53 4.2.1. Nguồn nguyên liệu 38 4.2.1.1 Nguồn thực vật 4.2.1.2 Nguồn động vật 4.2.1.3 Nguồn vi sinh vật 4.2.2. Thu hồi chế phẩm enzyme 39 4.3. Hoạt độ enzyme 54 4.3.1. Phương pháp xác định hoạt độ enzyme 56 4.3.2. Đơn vị hoạt độ enzyme 57 Chương 5 Sinh học enzyme 64 5.1. Điều hòa hoạt tính enzyme 64 5.2. Điều hòa sinh tổng hợp enzyme 64 5.2.1. Điều hòa theo kiểu đóng mở gen tác động 64 5.2.2. Điều hòa tương tác giữa RNA – polymerase với gen promotor 64 Chương 6 Công nghệ enzyme và ứng dụng 69 6.1. Công nghệ enzyme 69 6.1.1. Enzyme với công nghệ sinh học 111 6.1.2. Enzyme không tan 112 6.2. Ứng dụng 69 6.2.1. Ứng dụng trong y dược 111 6.2.2. Ứng dụng trong hóa học 112 6.2.3. Ứng dụng trong công nghiệp 113 6.2.4. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 111
  4. Công nghệ Enzyme – Protein 3 6.2.5. Ứng dụng trong công nghiệp dệt 112 6.2.6. Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da 113 6.2.7. Ứng dụng trong nông nghiệp Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ENZYME 1.1. Định nghĩa enzyme Trong các phản ứng hóa học, nếu ta cho thêm vào phản ứng một chất nào đó phản ứng sẽ xảy ra với tốc độ tăng hàng chục lần. Chất cho thêm vào này được gọi là chất xúc tác. Trong các phản ứng sinh học (các phản ứng xảy ra trong cơ thể sinh vật) cũng có chất làm tăng các phản ứng, chất đó được gọi là enzyme. Enzyme được các cơ thể sinh vật sinh tổng hợp nên và tham gia các phản ứng hóa học trong cơ thể. Enzyme là một chất hữu cơ, trong khi đó các chất xúc tác hóa học thường là chất vô cơ. Sau này, các nhà khoa học xác định chúng là protein.
  5. Công nghệ Enzyme – Protein 4 Như vậy enzyme là một protein có khả năng tham gia xúc tác các phản ứng hóa học trong và ngoài cơ thể. Ưu điểm cơ bản của enzyme khi tham gia các phản ứng sinh hóa có thể tóm tắt như sau: - Enzyme có thể tham gia hàng loạt các phản ứng trong chuỗi phản ứng sinh hóa để giải phóng hoàn toàn năng lượng hóa học có trong vật chất. - Enzyme có thể tham gia những phản ứng độc lập nhờ khả năng chuyển hóa rất cao. - Enzyme có thể tạo ra những phản ứng dây chuyền. Khi đó sản phẩm phản ứng đầu sẽ là nguyên liệu hay cơ chất cho những phản ứng tiếp theo. - Trong các phản ứng enzyme, sự tiêu hao năng lượng thường rất ít. - Enzyme luôn luôn được tổng hợp trong tế bào của sinh vật. Số lượng enzyme được tổng hợp rất lớn và luôn luôn tương ứng với số lượng các phản ứng xảy ra trong cơ thể. Các phản ứng xảy ra trong cơ thể luôn luôn có sự tham gia xúc tác bởi enzyme. - Có nhiều enzyme không bị mất đi sau phản ứng. Enzyme học là khoa học nghiên cứu những chất xúc tác sinh học có bản chất protein. Hay nói cách khác, enzyme học là khoa học nghiên cứu những tính chất chung, điều kiện, cơ chế tác dụng và tính đặc hiệu của các enzyme. 1.2. Thành phần cấu tạo của enzyme Enzyme là những protein có phân tử lượng từ 20.000 đến 1.000.000 dalton (có kích thước nhỏ nhất là Ribonuclease 12.700 dalton) Enzyme được cấu tạo từ các L – α – axitamin kết hợp với nhau bởi liên kết peptit. Dưới tác dụng của các peptithydrolase, axit hoặc kiềm các enzyme bị thủy phân hoàn toàn tạo thành các L – α – axitamin. Trong nhiều truờng hợp ngoài axit amin còn thu được những thành phần khác, người ta chia thành hai nhóm:  Nhóm enzyme đơn cấu tử (enzym đơn giản): enzyme chỉ được cấu tạo một thành phần hóa học duy nhất là protein.  Nhóm enzyme đa cấu tử (enzym phức tạp): enzyme có hai thành phần: - Phần protein được gọi là feron hay apoenzyme. Apoenzyme thường quyết định tính đặc hiệu cao của enzyme và làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzyme.
  6. Công nghệ Enzyme – Protein 5 - Phần không phải protein gọi là nhóm ngoại “agon”: như ion kim loại, vitamin, glutation dạng khử, nucleotide và dẫn xuất este phosphat của monosacaride,... Trường hợp khi nhóm ngoại tách khỏi phần “apoenzyme” (khi cho thẩm tích qua màng bán thấm) và có thể tồn tại độc lập thì những agon đó còn có tên riêng là coenzyme. Phần agon quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác, trực tiếp tham gia trong phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzyme đối với các yếu tố gây biến tính. Đa số enzyme thuộc loại enzyme đa cấu tử. Hiện nay người ta cũng đã xác định được rằng phần lớn các enzyme trong tế bào là những protein có cấu trúc bậc bốn. Ở những điều kiện xác định, phân tử của chúng có thể phân ly thuận nghịch tạo thành các phần dưới đơn vị (protome), khi đó hoạt độ enzyme bị giảm hoặc bị mất hoàn toàn. Ở những điều kiện thích hợp các phần dưới đơn vị lại có thể kết hợp lại với nhau và hoạt độ xúc tác của enzyme được phục hồi. 1.3. Trung tâm hoạt động của enzyme Trong quá trình xúc tác, chỉ một phần rất nhỏ của phân tử enzyme tham gia kết hợp đặc hiệu với cơ chất, phần đó được gọi là trung tâm hoạt động của enzyme. Trung tâm của enzyme được tạo nên do một số axit amin đảm trách. Các axit amin khác trong protein không tham gia gắn với cơ chất mà chỉ làm nhiệm vụ như một chiếc khung cấu trúc không gian của chiếc khung đó. 1.3.1. Trung tâm hoạt động của enzyme đơn cấu tử Trung tâm hoạt động của các enzyme đơn cấu tử thường bao gồm một tổ hợp các nhóm định chức của axit amin không tham gia tạo thành trục chính của sợi polypeptit. Các nhóm chức của axit amin thường gặp trong trung tâm hoạt động của enzyme là: - Nhóm SH (sunfidryl) của Cysteine - Nhóm ε - NH2 (amin) của Lysine - Nhóm OH (Hydroxyl) của Serine, Threonine và Tyrosine - Nhóm COOH (Cacboxyl) của axit Glutamic, Aspactic - Vòng imidazol của Histidine - Vòng indol của Tryptophan
  7. Công nghệ Enzyme – Protein 6 - Nhóm guanilic của Acginine Khi tạo thành trung tâm hoạt động các nhóm này phải ở vị trí gần nhau và được định hướng trong không gian sao cho chúng có thể tương tác với nhau trong quá trình phản ứng. Ví dụ, Trung tâm hoạt động của Colinesteraza bao gồm các nhóm: -OH của serine, tyrosine, -COOH của glutamic, imidazolit của histidine. Hình 1.1 : Trung tâm hoạt động của enzym colinesteraza Các trung tâm hoạt động có thể hình thành dễ dàng khi các nhóm chức ở gần nhau trên Apoenzyme. Nhưng có khi chúng ở xa nhau thì phải hoạt hóa bằng cách cắt đi một đoạn peptide nào đó, chúng xích lại gần nhau và tạo thành trung tâm hoạt động. Ví dụ, Tripxinogen là trạng thái không hoạt động, nhưng khi dưới tác dụng của enzyme Enterokinaza thì 6 axit amin bị loại ra, các nhóm chức lúc này xích lại gần và trung tâm hoạt động được dễ dàng. 1.3.2. Trung tâm hoạt động của enzyme đa cấu tử Trung tâm hoạt động của các enzyme đa cấu tử thường bao gồm nhóm ngoại (vitamin, ion kim loại...) và các nhóm định chức của các axit amin ở phần apoenzyme. Các kim loại thường gặp trong trung tâm hoạt động của enzyme là những kim loại hóa trị 2: Fe, Co, Mn, Zn, Cu…các kim loại này có thể trực tiếp tham gia trong phản ứng xúc tác, liên kết bền với các phân tử enzyme. Enzyme bị mất hoạt động sau khi loại bỏ ion kim loại, tuy nhiên hoạt động có thể được phục hồi lại hoàn toàn ngay sau khi thêm ion kim loại vốn có trong phân tử của nó. Một số enzyme có thể được tái hoạt hóa dưới tác dụng của các ion kim loại khác. Tuy nhiên sự thay thế này thường làm thay đổi hoạt độ và tính đặc hiệu của enzyme. 1.3.3. Vai trò của các nhóm trung tâm hoạt động
  8. Công nghệ Enzyme – Protein 7 Dựa vào vai trò của trung tâm hoạt động các nhóm chức năng có thể phân thành các nhóm sau đây: - Các nhóm xúc tác: là những nhóm trực tiếp tham gia trong phản ứng kết hợp với phần phân tử cơ chất bị chuyển hóa, kết hợp với cofacto. - Các nhóm tiếp xúc: kết hợp với phần cơ chất không bị chuyển hóa có vai trò tương tự dây neo buộc cơ chất lại. - Các gốc cấu tạo hay cố định: không trực tiếp kết hợp với cơ chất, nhưng tương tác với các nhóm xúc tác và tiếp xúc, cố định các gốc này trong những vị trí không gian nhất định và giữ chúng ở trạng thái hoạt động xúc tác. Sự liên hệ giữa trung tâm hoạt động với phần còn lại của cơ chất được thực hiện qua gốc này. 1.3.4. Sự tạo thành trung tâm hoạt động Theo quan niệm của Fisher thì trung tâm hoạt động của enzyme vốn có cấu trúc không gian tương ứng với cấu trúc của phân tử cơ chất cũng giống như ổ khóa tương ứng với chìa khóa. (Hình a) Hình 1.2 Mô hình Fisher (a) và mô hình Koshland (b) Từ đó có thể suy ra rằng enzyme có hình thể tương đối vững chắc, cố định, kết hợp với cơ chất như một khuôn nào đó. Tuy nhiên dần dần người ta thấy quan niệm của Fisher đã không giải thích thỏa đáng được nhiều dẫn liệu thực nghiệm. Đến năm 1958, Kosland đã đề ra thuyết “tương ứng cảm ứng” cho rằng phân tử enzyme cũng như trung tâm hoạt động của nó không có cấu tạo rắn chắc mà có tính mềm dẻo, cấu hình không gian của nó có thể thay đổi khi tiếp xúc với cơ chất… Theo Kosland thì trong phân tử enzyme có sẵn các nhóm định chức của trung tâm
  9. Công nghệ Enzyme – Protein 8 hoạt động nhưng chúng chưa được sắp xếp ở dạng thích hợp cho hoạt động xúc tác. Khi tương tác với cơ chất, các nhóm định chức ở phần trung tâm hoạt động của phân tử enzyme sẽ thay đổi vị trí không gian tạo thành hình thể khớp với hình thể cơ chất (Hình b). Trong trường hợp này cơ chất và enzyme có sự tương tác yếu. Do đó, chúng rất dễ bị cắt đứt trong quá trình phản ứng để giải phóng enzyme và sản phẩm phản ứng. Các chất có cùng kiểu cấu trúc với cơ chất thực nhưng có sự thay đổi ở một phần nào đó trong phân tử có thể vẫn kết hợp với enzyme nhưng tạo thành phức chất không hoạt động vì các nhóm định chức của trung tâm hoạt động không được định hướng đúng đắn. Ở những enzyme alosteric (enzym dị lập thể, enzym điều hòa) còn có trung tâm dị lập thể (trung tâm điều hòa). Các trung tâm này có khả năng tương tác với cơ chất khác. Các cơ chất tương tác với trung tâm này gọi là chất điều hòa alosteric. Khi trung tâm điều hòa này tương tác với chất điều hòa alosteric sẽ làm thay đổi cấu trúc không gian của trung tâm hoạt động. Do đó hoạt tính xúc tác của enzyme sẽ bị thay đổi theo. Nếu quá trình này làm tăng hoạt tính của enzyme thì chất điều hòa alosteric này gọi là chất điều hòa dương. Ngược lại, nếu quá trình này làm giảm hoạt tính của enzyme thì chất điều hòa alosteric này gọi là chất điều hòa âm. Chất điều hòa này hoàn toàn không bị biến đổi khi chúng tương tác với enzyme. 1.4. Tính đặc hiệu của enzyme 1.4.1. Khái niệm chung Tính đặc hiệu cao của enzyme là một trong những khác biệt chủ yếu giữa enzyme với các chất xúc tác khác. Mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho sự chuyển hóa một hay một số chất nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định. Sự tác dụng có tính lựa chọn cao này gọi là tính đặc hiệu hoặc tính chuyên hóa của enzyme. 1.4.2. Các hình thức đặc hiệu Có thể phân biệt hai kiểu đặc hiệu: đặc hiệu kiểu phản ứng và đặc hiệu cơ chất.
  10. Công nghệ Enzyme – Protein 9 1.4.2.1 Đặc hiệu kiểu phản ứng Đặc hiệu này thể hiện ở chỗ mỗi enzyme chỉ có thể xúc tác cho một trong các kiểu phản ứng chuyển hóa một chất nhất định. Ví dụ, amino axit có khả năng xảy ra phản ứng khử carboxyl, phản ứng khử amin bằng cách oxy hóa và phản ứng vận chuyển nhóm amin, vì vậy mỗi phản ứng ấy cần có một enzyme đặc hiệu tương ứng xúc tác theo thứ tự là decarboxylase, aminoacid oxydase và aminotransferase. 1.4.2.2 Đặc hiệu cơ chất Mỗi một cơ chất có một loại enzyme tương tác tương ứng. Các enzyme có thể phân biệt được những cơ chất mà nó sẽ tác dụng. Mức độ đặc hiệu của các enzyme không giống nhau, người ta thường phân biệt thành các mức sau:  Đặc hiệu tuyệt đối Enzyme chỉ tác dụng trên một cơ chất nhất định và hầu như không có tác dụng với chất nào khác. Ví dụ, urease hầu như chỉ tác dụng với ure, thủy phân nó thành khí cacbonic và amoniac: Tuy nhiên, ure cũng tác dụng được với các chất khác có cấu trúc gần giống ure (hydroxyure) nhưng với vận tốc bé hơn 120 lần. Các enzyme khác như arginase, glucooxydase cũng thuộc loại có tính đặc hiệu tuyệt đối, vì arginase chỉ xúc tác thủy phân L- arginin tạo thành L-ornitin và ure mà không tác dụng lên este metylic của arginin. Những enzym có tính đặc hiệu tuyệt đối thường được dùng để định lượng chính xác cơ chất của nó.
  11. Công nghệ Enzyme – Protein 10  Đặc hiệu nhóm tương đối Enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định trong phân tử cơ chất mà không phụ thuộc vào cấu tạo của các phần tham gia tạo thành mối liên kết đó. Ví dụ, lipase có khả năng thủy phân được tất cả các mối liên kết este. Aminopeptidase có thể xúc tác thủy phân nhiều peptide  Đặc hiệu nhóm Enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định với điều kiện một trong hai phần tham gia tạo thành liên kết phải có cấu tạo xác định Ví dụ, cacboxypeptidaza có khả năng phân cắt liên kết peptide gần nhóm cacboxypeptidaza R – C – N – CH - COOH RCOOH + H2N – CH - COOH O H R’ R’ cacboxyl tự do.  Đặc hiệu quang học (đặc hiệu lập thể) Enzyme chỉ tác dụng với một trong hai dạng đồng phân quang học của các chất. Ví dụ, phản ứng khử nước của axit malic để tạo thành axit fumaric dưới tác dụng của fumarathydratase chỉ xảy ra đối với axit L - malic mà không tác dụng lên D - malic axit Enzyme cũng thể hiện tính đặc hiệu lên một dạng đồng phân hình học cis hoặc trans. Ví dụ, enzyme fumarathydratase chỉ tác dụng lên dạng trans của axit fumaric mà không tác dụng lên dạng cis để tạo thành axit L – malic
  12. Công nghệ Enzyme – Protein 11 Trong tự nhiên cũng có các enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển hóa tương hổ giữa các cặp đồng phân không gian tương ứng. Ví dụ, lactatracemase của vi khuẩn xúc tác cho phản ứng chuyển hóa lẫn nhau giữa axit D - và L – lactic, aldo - 1 - epimerase xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa α - D - glucose thành β - D – Glucose, v.v... Các enzyme này có vai trò quan trọng khi sản xuất các chất dinh dưỡng bằng phương pháp hóa học, vì chúng có thể chuyển các chất từ dạng cơ thể không thể sử dụng được thành dạng có thể hấp thụ. Enzyme còn có khả năng phân biệt được 2 gốc đối xứng trong phân tử giống nhau hoàn toàn về mặt hóa học. Ví dụ, hai nhóm - CH2OH trong phân tử glycerin, glycerophosphatkinase xúc tác cho phản ứng chuyển vị gốc phosphate từ ATP đến C3 của glycerin (chứ không phải C1). 1.5. Cơ chế tác dụng của enzyme 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. 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.
  13. Công nghệ Enzyme – Protein 12 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. Sự 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) - 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. Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức hợp ES là các tương tác: - Tương tác tĩnh điện (liên kết ion, liên kết muối, cầu muối, cặp ion): Liên kết này được tạo thành giữa nhóm tích điện của cơ chất (S) với nhóm tích điện trai sdaaus trong phân tử enzym (E). - Liên kết hydro: Liên kết này được tạo thành theo kiểu A – H…B, trong đó hydro kết hợp với A bằng liên kết cộng hóa trị, đồng thời tạo liên kết yếu với B. Liên kết này được tạo thành khi khoảng cách giữa A và B là 3A0 . - Tương tác VanderWaals: Tương tác này yếu hơn tương tác tĩnh điện và liên kết hydro. Tương tác này thể hiện rất rõ khi nhiều nguyên tử của cơ chất có thể đồng thời tiếp cận với nhiều nguyên tử của enzym. Nó chỉ xảy ra khi có sự ăn khớp về cấu trúc không gian giữa cơ chất và enzym.
  14. Công nghệ Enzyme – Protein 13 Mỗi loại liên kết đòi hỏi những điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi có nước. Chương 2 ĐỘNG HỌC ENZYME 2.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu động học enzyme Nghiên cứu động học enzyme là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ cơ chất, enzyme, pH môi trường, nhiệt độ, các chất kìm hãm… đến tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác. Việc nghiên cứu động học enzyme sẽ cho ta biết được các vấn đề sau đây: - Có thể biết được cơ chế phân tử của sự tác động của enzyme. - Cho phép ta hiểu biết được mối quan hệ về mặt lượng của quá trình enzyme. - Thấy được vai trò quan trọng cả về mặt lý luận lẫn thực tiễn: khi lựa chọn các đơn vị hoạt động enzyme người ta cần phải biết những điều kiện tốt nhất đối với hoạt động của enzyme, cũng như cần phải biết được các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của chúng. - Là điều kiện cần thiết để thực hiện tốt các bước tinh chế enzyme, vì người ta cần phải kiểm tra về mặt lượng bằng cách xác định có hệ thống hoạt động của chế phẩm enzyme trong các giai đoạn tinh chế. 2.2. Động học các phản ứng enzyme 2.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Trong điều kiện thừa cơ chất, nghĩa là [S] >>[E] thì vận tốc phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzyme. Đường biểu diễn có dạng: tốc độ phản ứng v= K[E] có dạng y=ax Khi thừa cơ chất thì khi nồng độ enzyme tăng vận tốc tăng. Khi nồng độ enzyme bão hòa với nồng độ cơ chất thì nồng độ enzyme tăng vận tốc không thay đổi.
  15. Công nghệ Enzyme – Protein 14 Hình 2.1. Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào [E] 2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S] Giả sử phản ứng chỉ có một cơ chất S và tạo thành sản phẩm P, phản ứng xảy ra như sau: Gọi v1 là vận tốc của phản ứng tạo thành phức chất ES. Gọi v-1 là vận tốc của phản ứng phân ly phức chất ES tạo thành E và S. Gọi v2 là vận tốc của phản ứng tạo thành E và P Với k1, k -1, k2 là hằng số vận tốc của các phản ứng tương ứng v1 = k1[E][S] v-1 = k -1[ES] v2 = k2[ES] Khi hệ thống đạt trạng thái cân bằng ta có: v1 = v-1 + v2 Hay k1[E][S] = k -1[ES] + k2[ES] k 1[E][S] = (k -1 + k2)[ES] (2) Gọi E0 là nồng độ enzym ban đầu: [E0] = [E] + [ES] => [E] = [E0] - [ES] (3) Thay trị số [E] từ (3) vào (2) ta có: (k -1 + k2)[ES] = k1([E0] - [ES])[S] k1 [E0] [S] [E0] [S] [ES] = --------------------- = --------------------- k -1 + k2 + k1[S] k -1 + k2 ------------- + [S] k1
  16. Công nghệ Enzyme – Protein 15 Nếu đặt Km= k-1+k2/ k1 (Km: gọi là hằng số Michalis Menten) Ta có: [E0][S] [ES] = -------------- Km + [S] Mặt khác vận tốc phản ứng enzym còn được tính theo phản ứng tạo ra sản phẩm P: v = k2[ES] Thay [ES] bằng giá trị ở trên ta thu được: k2[E0][S] v = ----------------- (4) Km + [S] Qua đây ta thấy nồng độ enzyme càng cao thì vận tốc phản ứng enzyme càng lớn. Do đó vận tốc đạt cực đại khi toàn bộ enzyme liên kết với cơ chất, nghĩa là: Vmax = k2[E0] Thay vào phương trình (4) ta được: [S] v = Vmax ------------- (5) Km + [S] Phương trình (5) gọi là phương trình Michelis - Menten Km gọi là hằng số Michelis Menten đặc trưng cho mỗi enzyme. Km đặc trưng cho ái lực của enzyme với cơ chất, Km có trị số càng nhỏ thì ái lực của enzyme với cơ chất càng lớn, nghĩa là vận tốc của phản ứng do enzyme xúc tác càng lớn.
  17. Công nghệ Enzyme – Protein 16 Hình 2.2. Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất Khi tăng [S] thì V phản ứng tăng, tăng [S] đến một giá trị nào đó thì V đạt đến giá trị Vmax và sẽ không tăng nữa nếu ta vẫn tiếp tục tăng [S]. Khi Km = [S] thì V0 =1/2 Vmax Để thuận tiện hơn Lineweaver và Burk (1934), trên cơ sở của phương trình (5) đã nghịch đảo để biến thành dạng đường thẳng y = ax+b, nó có ý nghĩa lớn đối với việc nghiên cứu kìm hãm enzyme. Hình 2.3. Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào nồng độ cơ chất theo Lineweaver - Burk Tính chất phổ biến của phương trình Michelis – Menten thể hiện ở chỗ nó không chỉ dùng trong trường hợp đơn giản như đã nói ở trên (một cơ chất S tạo
  18. Công nghệ Enzyme – Protein 17 thành một sản phẩm P) mà nó cũng đúng trong những trường hợp phức tạp hơn, phản ứng gồm hai hay nhiều cơ chất tạo thành nhiều sản phẩm 2.2.3. Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) Chất kìm hãm là chất có khả năng làm giảm hoạt tính hoặc làm ngưng hoạt tính của enzyme. Nó có thể là những ion, các phân tử vô cơ, hữu cơ, và cả protein. Cơ chế kìm hãm của các chất kìm hãm có thể là thuận nghịch hoặc không thuận nghịch 2.2.3.1. Các chất kìm hãm không thuận nghịch Chất kìm hãm (I) kết hợp với enzyme (E) tạo thành phức chất Enzyme – chất kìm hãm (EI) theo phản ứng sau: K1 E + I EI K2 Nếu K2 = 0 phức chất EI hoàn toàn không phân ly. Sự kìm hãm ở đây là không thuận nghịch. Dưới tác dụng của các chất kìm hãm không thuận nghịch, mức độ kìm hãm tăng theo thời gian tác dụng, nếu nồng độ chất kìm hãm đủ lớn để bão hòa enzyme thì cuối cùng phản ứng enzyme sẽ ngừng hoàn toàn. Hơn nữa khi loại bỏ chất kìm hãm hoạt tính của enzyme cũng không được phục hồi. 2.2.3.2. Các chất kìm hãm thuận nghịch Phản ứng giữa enzyme và chất kìm hãm sẽ nhanh chóng đạt được trạng thái cân bằng. Dưới tác dụng của chất kìm hãm thuận nghịch, hoạt tính của enzyme có thể được phục hồi sau khi loại bỏ chất kìm hãm. Các chất kìm hãm có thể tác dụng với enzyme theo các cách khác nhau:  Kìm hãm cạnh tranh (Competitive inhibition) Các chất kìm hãm cạnh tranh là những chất có cấu trúc tương tự cấu trúc của cơ chất. Do đó, chúng có khả năng kết hợp với trung tâm hoạt động của enzyme. Chúng chiếm vị trí của cơ chất trong trung tâm hoạt động, kết quả là enzym không thể kết hợp được với cơ chất để tạo thành phức ES. Ví dụ, Malonic (HOOC – CH2 – COOH) là chất kìm hãm cạnh tranh của enzyme succinatdehydrogenaza, vì nó cấu tạo gần giống với cơ chất succinic (HOOC – CH2 – CH2 - COOH)
  19. Công nghệ Enzyme – Protein 18 Hình 2.4. Kiểu kìm hãm cạnh tranh (competitive inhibition) Khi cơ chất dư thừa, nồng độ chất kìm hãm thấp thì có thể loại bỏ tác dụng của chất kìm hãm, còn nồng độ cơ chất thấp và nồng độ chất kìm hãm cao thì lại có tác dụng kìm hãm hoàn toàn. Hình 2.5. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất theo Lineweaver – Burk khi có kìm hãm cạnh tranh Như vậy ta thấy khi có sự cạnh tranh, hằng số Km sẽ tăng lên, do đó làm giảm ái lực của enzym và cơ chất Trường hợp đặc biệt của kìm hãm cạnh tranh là kìm hãm bằng sản phẩm và xảy ra khi một sản phẩm phản ứng tác dụng trở lại enzyme và choán vị trí hoạt động ở phân tử enzyme.  Kìm hãm phi cạnh tranh (Uncompetitive inhibition) Đặc trưng của kiểu kìm hãm này là chất kìm hãm chỉ kết hợp với phức chất ES mà không kết hợp với enzyme tự do.
  20. Công nghệ Enzyme – Protein 19 Hình 2.6. Kiểu kìm hãm phi cạnh tranh Tác dụng kìm hãm không bị loại trừ khi tăng nồng độ cơ chất. Kiểu kìm hãm này thường gặp đối với phản ứng nhiều cơ chất trong đó có sự tạo thành nhiều phức chất trung gian khác nhau. Hình 2.7. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất theo Lineweaver – Burk khi có kìm hãm phi cạnh tranh  Kìm hãm hỗn tạp (Mixed inhibition) Chất kìm hãm kết hợp với enzyme ở chỗ khác với trung tâm hoạt động, làm thay đổi dạng không gian của phân tử enzyme theo hướng không có lợi cho hoạt
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2