Bài giảng Enzym

DP+) 
- Phản ứng oxy hóa khử có 
vận chuyển H 
( xúc tác bởi dehydrogenase ) 
- vitamin = niacin hay B3 = 
nicotinamid & nicotinic acid 
- Thiếu hụt B3: 
pellagra , các tổn 
thương da , sưng lưỡi , 
các rối loạn thần kinh , tinh thần 
P 
3.1.2. Các coen zym flavin : 
flavin mononucleotide(FMN ), 
flavin adenine dinucleotide (FAD) 
- Cả 2 hoạt động như nhóm ngoại 
- Phản ứng oxy hóa khử trao đổi 2 e và 2 H + 
-vitamin riboflavin hay B2: dị vòng 
isoalloxazin nối với ribitol qua N10 
riboflavin 
3.1.3. Các porphyrin Fe 2+ ( coenzym hem) 
Là coenzym của hệ thống cytochrom , catalase , peroxidase , monooxygenase và dioxygenase 
2CytbFe 2+ + 2Cytc Fe 3+  2CytbFe 3+ + 2Cytc Fe 2+ 
2H 2 O 2  2H 2 O + O 2 
2H 2 O 2 + AH 2  2H 2 O + A 
RH + NADPH + H + + O 2  ROH + NADP + + H 2 O 
RH + O 2  R-O-OH 
3.1.4.Coenzym acid lipoic (6,8-dithio octanoic acid) 
- Phức hợp enzym pyruvat dehydrogenase và - cetoglutarat dehydrogenase 
- Phản ứng oxy hóa khử 
- vitamin = acid lipoic 
( người có khả năng tổng hợp đủ nên đôi khi không xem nhưvitamin ) 
Dạng oxy hóa 
Dạng khử 
3.2. Các coenzym vận chuyển nhóm 
3.2.1. T hiamine pyrophosphate (TPP) 
Phản ứng khử carboxyl ( decarboxylation ) và transcetolase 
 Thiamine hay vitamin B1, chứa pyrimidin và thiazol . 
 Thiếu hụt gây : bệnh beri-beri , t ổn thương thần kinh ngoại biên , chuột rút  
3.2.2.Coenzym A ( CoA SH) 
- Gồm acid panthotenic nối với thioethanolamin 
- Hoạt hóa nhóm carbonyl và vận chuyển acyl (acetyl- CoA ), tổng hợp chất béo và steroid 
- pantothenic acid (vitamin B5) 
- Thiếu hụt B5: rối loạn tiêu hóa , cảm xúc không ổn định , cảm giác rát bỏng đầu chi 
acetyl 
Acetyl CoA 
3.2.4. Folat hay tetrahydrofolat ( dạng khử ) 
- vận chuyển 1carbon hay format 
- vitamin = folic acid 
- Thiếu hụt : thiếu máu nguyên hồng cầu khổng lồ 
3.2.5.Biotin 
- Nhóm ngoại của enzym carboxylase 
- Phản ứng carboxyl hóa 
- vitamin = biotin 
3.2.6. P yrodoxal phosphat 
- Phản ứng decarboxyl , transaminationvà racemase 
- vitamin pyridoxin hay vitamin B6 
4. Cơ chế xúc tác của enzym : 
4.1. Sự biến thiên năng lượng tự do: 
- Năng lượng tự do (G) của một hệ thống phản ứng là năng lượng có thể tạo công có ích . 
Phản ứng hóa học chỉ có thể xảy ra theo chiều năng lượng tự do giảm : biến thiên năng lượng phải âm ( Δ G<0) 
Tuy nhiên vật chất có sức ì về hóa học , nên dù phản ứng có Δ G<0 vẫn chưa tự xảy ra được 
4. Cơ chế xúc tác của enzym : 
4.2. Sức ì về mặt hóa học của vật chất : 
	Do các yếu tố : 
Entropy ( sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử vật chất ) 
Lớp áo nước cản trở cơ chất 
Hình thể không gian cồng kềnh của cơ chất 
Sự sắp xếp chưa định hướng các nhóm chức năng trên phân tử enzym 
	 Muốn phản ứng hóa học xảy ra phải cung cấp năng lượng để thắng sức ỳ của vật chất , năng lượng ấy gọi là năng lượng hoạt hóa . 
4.3. Năng lượng hoạt hóa 
 Để tham gia phản ứng , các phân tử căng giãn ra và sắp xếp điện tử . 
 Các phân tử đi vào trạng thái năng lượng cao . 
Trạng thái năng lượng cao được gọi là trạng thái chuyển tiếp 
 Năng lượng cần thiết để tạo ra trạng thái này được gọi là năng lượng hoạt hóa của phản ứng . 
 Sự thay đổi n ăng lượng tự do cho sự vượt qua hàng rào chuyển tiếp càng cao,tốc độ phản ứng càng chậm . 
4.4. Cơ chế tác dụng của enzym 
- Enzym làm giảm 
hàng rào năng lượng bằng cách chuyển các phân tử tham gia phản ứng qua trạng thái chuyển tiếp khác . 
- Trạng thái này liên quan đến sự tương tác với enzym . 
E + S  ES  E +P 
Enzyme 
 5. ĐỘNG HỌC ENZYM 
Tại sao phải nghiên cứu động học enzym ? 
 - Trình tự chính xác của các phản ứng 
trong tế bào là quan trọng và sự hiểu biết 
của chúng ta về các hoạt động của tế bào 
 - Cơ chế hoạt động của enzym , tức là 
số lượng các bước phản ứng và cấu tạo 
hóa học chi tiết cần được làm sáng tỏ 
 ( Enzym học - enzymology ). 
 - Hiểu biết chức năng enzym làm hiểu biết hơn về thuốc . 
 5.1.Tốc độ phản ứng enzym 
5.1.1.Định nghĩa tốc độ phản ứng 
- Với một enzym tác động trên cơ chất của nó , như các phản ứng hóa học thông thường , tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ cơ chất (S). 
- Sơ đồ phản ứng : 
 S P 
- Tốc độ = sự thay đổi [P]/ thời gian phản ứng hoặc v = Δ[P]/ Δt 
- Tốc độ phản ứng enzym là sự thay đổi nồng độ S hay P trong 1 phút ở 25 0 C trong các điều kiện chuẩn hóa . 
Với phản ứng hóa học ( khi so sánh với 
phản ứng xúc tác enzym ), tốc độ 
phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ 
chất phản ứng [S]. 
Hằng số tốc độ , k, 
có thể được 
định nghĩa : 
Tốc độ = v = Δ[P]/ Δt 
 = k [S] 
Tốc độ 
[S ] 
- Ngược lại , tốc độ phản ứng enzym : 
 phụ thuộc [S] nhưng 
 đường cong hyperbon & cao nguyên 
 còn phụ thuộc 
vào nồng độ enzym 
Tốc độ 
[S] 
5.1.Tốc độ phản ứng enzym  
5.1.2. Đơn vị đo tốc độ phản ứng enzym : 
	 Đơn vị đo hoạt độ enzym là IU (International units), là lượng enzym làm biến đổi 1 mol cơ chất thành sản phẩm trong 1 phút ở 25 0 C dưới các điều kiện được chuẩn hóa . 
5.1.3. Tốc độ ban đầu (v): Là tốc độ phản ứng ở thời gian đầu tại một nồng độ E, S, nhiệt độ và pH nhất định ; chưa bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ , pH, nồng độ sản phẩm phản ứng . 
5.1.4. Tốc độ cực đại ( Vmax ): Với 1 nồng độ E nhất định , nhiệt độ và pH nhất định , khi tăng S thì tốc độ phản ứng tăng . Khi tất cả các E bão hòa S thì tốc độ phản ứng đạt tối đa . 
 5.2. Thuyết Michaelis-Menten 
 E + S  E●S  E + P 
Trong đó E●S là phức hợp enzym - cơ chất , 
tức là phức hợp trung gian . 
 Tốc độ phản ứng ngừng tăng hay hình cao nguyên 
vì phức hợp E●S trở nên nhiều khi [S] cao 
K-1 
K2 
K1 
Các hằng số tốc độ được ký hiệu như sau : 
 k -1 k 2 
 E + S  E●S  E+ P 
 k 1 
Từ sơ đồ động học này , mối tương quan để tính tốc độ phản ứng : 
Phương trình Michaelis-Menten 
 V max [S ] 
 	 [S] + K m 
V là tốc độ phản ứng 
Vmax , tốc độ tối đa là k2 x [ tổng lượng enzym ] 
Km là hằng số Michaelis của enzym với cơ chất 
Km =(k1 +k2)/k-1 
[S] nồng độ cơ chất 
V = 
Đồ thi Michaelis - Menten về sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất 
- Khi [S] thấp hơn Km nhiều , phương trình trở thành dang 
v= Vm[S ]/Km, Tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào [S]. Phản ứng động học bậc 1. 
- Khi [S]=Km thì v=Vmax/2 
- Khi [S] >>> Km thì v= Vmax . Phản ứng động học bậc không . 
V 
hay 
tốc độ 
[S] 
V max 
K m 
V max /2 
0 
- K m = [S], khi v = V max /2, 
- K m : đơn vị của nồng độ 
 K m đánh giá ái lực của E với S 
 Muốn đạt Vmax [S] >100 lần Km 
v 
V max /2 
K m 
[S] 
V max 
 Đồ thị của v = V max [S ] 	 
 [S] + K m 
Không đủ chính xác để đánh giá mối 
quan hệ K m & V max . 
	 Phương trình nghịch đảo 
 Đồ thị nghịch đảo hay đồ thị 
Lineweaver -Burk là đường thẳng . 
Phương trình Lineweaver -Burk : 
1/v = K m /V max ●1/[S] + 1/V max 
Trông giống như phương trình y = m●x + b 
 m = độ dốc b = điểm cắt trục y 
1/v = K m /V max ●1/[S] + 1/V max 
Điểm cắt với “x” là -1/K m 
 “x” 
1/[S ] 
1/v 
Độ dốc = 
K m / V max 
Giao điểm 
= 1/V max 
-1/K m 
x x x x x x x 
Ý nghĩa của đồ thị Lineweaver - Burk: 
Tuyến tính nên có thể tìm Km và Vmax dễ dang 
 Công cụ xác định pH và nhiệt độ tối ưu 
 Công cụ xác định loại chất ức chế 
6. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG ENZYM 
1.Nồng độ cơ chất 
2.Nồng độ enzym : Đối với cùng một lượng cơ chất , tốc độ phản ứng enzym tăng khi nồng độ enzym tăng và ngược lại . 
3. Nhiệt độ : 
4.pH môi trường : 
5.Các chất hoạt hóa 
6.Các chất ức chế 
 Ức chế cạnh tranh 
(Competitive Inhibition) 
Mô hình : 
 E + S  E●S  E + P 
 + 
 I 
  
E●I 
I có cấu trúc giống S 
I gắn thuận nghịch vào trung tâm hoạt động 
E●I không gắn S nên không phản ứng 
Cơ chất 
Chất ức chế 
No I 
ức chế cạnh tranh 
+I 
+more I 
V max 
K m 
Trong ức chế cạnh tranh , có thể tăng 
[S] để vượt qua hiện tượng ức chế . 
 V max không đổi 
1/[S] 
1/v 
1/V max 
Ức chế cạnh tranh 
Double reciprocal plot 
 Cùng có giao điểm 1/v, 
cùng V max 
 Độ dốc khác nhau , 
K m khác nhau 
 Lưu ý: đường thẳng ức chế luôn ở trên 
đường thẳng không ức chế 
+ nhiều I 
+I 
No I 
 Cơ chế phân tử của ức chế cạnh tranh 
 chất ức chế cạnh tranh gắn với cùng 
vị trí gắn cơ chất ( cạnh tranh ) 
 Cấu trúc của chất ức chế tương tự 
cơ chất 
 Khi chất ức chế gắn vào , enzym 
không thể gắn với cơ chất và phản ứng 
không xảy ra   Nhiều thuốc là các chất ức chế 
cạnh tranh nên rất độc 
Ví dụ : captopril 
Blood pressure is regulated in kidney by renin , 
a specific proteolytic enzyme, which acts on 
angiotensinogen , the precursor for the active 
regulator. 
 renin 
angiotensinogen  angiotensin I 
 asp- arg-val-tyr-ile-his-pro-phe- his-leu 
 converting enzyme 
 angiotensin II the active factor 
 O 
peptide captopril HS-CH 2 -CH-C-N COOH 
captopril is ACE inhibitor 	 CH 3 	 pro-like here 
( angiotensin converting enzyme} 
Ức chế không cạnh tranh 
E + S  E●S  E + P 
 +	 + 
 I	 	 I 
  	  	 
 E●I  E●S●l 
Chất ức chế 
Cơ chất 
E●I và E●S●I không tạo sản phẩm , 
làm cạn kiệt E và E●S 
không I 
+ I 
1/[S] 
1/v 
Ức chế 
không cạnh tranh 
Độ dốc khác nhau , giao điểm 1/v khác nhau . 
 Cơ chế phân tử : 
 Chất ức chế gắn với enzym ở vị trí khác 
với vị trí gắn cơ chất . 
 Chất ức chế thay đổi cấu hình enzym ở 
vị trí hoạt động , phản ứng không xảy ra 
 E●I và E●S●I không sinh sản phẩm 
 ức chê không thuận nghịch 
 các chất có tính phản ứng 
 gắn đồng hóa trị với enzym làm bất hoạt 
enzym 
 Hầu như tất cả đều rất độc 
 gắn với các nhóm chức năng tại vị trí 
hoạt động của enzym và khóa trung tâm 
hoạt động 
Example 1: 
diisopropyl fluorophosphate (DFP) binds 
covalently to serine in serine proteases 
& acetylcholinesterase - tool for biochemists 
sarin is a deadly nerve gas  Paralysis 
 O 
Isopropyl-O-P-O-CH 2 - AChE 
 CH 3 
Example 2: 
penicillin and related antibiotics bind 
covalently to a peptidase involved in 
cell wall synthesis in bacteria 
Staphylococci, Streptococci sp. and others