Bài giảng Công nghệ protein – enzyme: Chương 5

Bài giảng Công nghệ protein – enzyme - Chương 5: Cơ chế tác dụng của enzyme, trình bày Cơ chế của xúc tác enzyme, cấu trúc phân tử enzyme; bản chất hóa học, thành phần cấu tạo của enzyme; cấu trúc bậc 4 của enzyme, trung tâm hoạt động của enzyme, các dạng phân tử của enzyme. Đây là tài liệu học tập và tham khảo bổ ích dành cho sinh viên ngành Công nghệ sinh học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Công nghệ protein – enzyme: Chương 5 Cơ chế tác dụng của enzymeVận tốc phản ứng hóa học được xác định bởi giá trịnăng lượng hoạt hóa tức là mức năng lượng cácchất tham gia phản ứng phải đạt được để cắt đứt liênkết cần thiết và hình thành các liên kết mới. Nănglượng hoạt hóa càng lớn thì vận tốc phản ứng càngchậm và ngược lại. Do làm giảm năng lượng hoạt hóaphản ứng, các chất xúc tác có tác dụng thúc đẩy vậntốc phản ứng hóa học.Ví dụ: bột platin là một chất xúc tác hóa học được sửdụng rộng rãi. Vì các chất tham gia phản ứng trên bềmặt platin đều được chuyển sang trạng thái có khảnăng phản ứng cao hơn. Do vậy năng lượng hoạt hóasẽ nhỏ hơn và tốc độ phản ứng sẽ cao hơn. 1 Cơ chế tác dụng của enzymeNhư vậy, trong các phản ứng có xúc tác,chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạthóa của phản ứng hóa học, có nghĩa lànó chỉ tham gia vào các phản ứng trunggian mà không đóng vai trò là chất thamgia phản ứng. Sau phản ứng, chất xúctác lại phục hồi về trạng thái ban đầu đểtiếp tục xúc tác. 2 Cơ chế của xúc tác enzymeHầu như tất cả các biến đổi hóa sinh trong tếbào và cơ thể sống đều được xúc tác bởienzyme ở pH trung tính, nhiệt độ và áp suấtbình thường trong khi đa số các chất xúc táchóa học khác lại chỉ xúc tác ở nhiệt độ và ápsuất cao.Chính nhờ việc tạo được môi trường đặc hiệu(bởi trung tâm hoạt động của enzyme liên kếtvới cơ chất) có lợi nhất về mật năng lượng đểthực hiện phản ứng mà enzyme có đượcnhững khả năng đặc biệt đã nêu trên 3 Cơ chế của xúc tác enzymeTrong 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 cơchất kết hợp vào enzyme, do kết quả của sựcực hóa, sự chuyển dịch của các electron và sựbiến dạng của các liên kết tham gia trực tiếpvào phản ứng dẫn tới làm thay đổi động năngcũng như thế năng, kết quả là làm cho phântử cơ chất trở nên hoạt động hơn, nhờ đótham gia phản ứng dễ dàng. 4 Cơ chế của xúc tác enzymeNăng lượng hoạt hóa khi có xúc tác enzymekhông những nhỏ hơnrất nhiều so với trường hợp không có xúc tácmà cũng nhỏ hơn so với cả trường hợp có chấtxúc tác thông thường.Ví dụ trong phản ứng phân hủy H2O2 thànhH2O và O2 nếu không có chất xúc tác thì nănglượng hoạt hóa là 18 Kcal/mol, nếu có chất xúctác là platin thì năng lượng hoạt hóa là 11,7Kcal/mol, còn nếu có enzyme catalase xúc tácthì năng lượng hoạt hóa chỉ còn 5,5 Kcal/mol. 5 Cơ chế của xúc tác enzymeNhiều dẫn liệu thực nghiệm đã cho thấy quátrình tạo thành phức hợp enzyme cơ chất vàsự biến đổi phức hợp này thành sản phẩm, giảiphóng enzyme tự do thường trải qua ba giaiđoạn 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) 6 Cơ chế của xúc tác enzyme- Giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với cơchất bằng liên kết yếu tạo thành phức hợpenzyme - cơ chất (ES) không bền, phản ứngnày xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượnghoạt hóa thấp;- Giai đoạn thứ hai: xảy ra sự biến đổi cơ chấtdẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các liên kếtđồng hóa trị tham gia phản ứng.- Giai đoạn thứ ba: tạo thành sản phẩm, cònenzyme được giải phóng ra dưới dạng tự do. 7 Cơ chế của xúc tác enzymeCác loại liên kết chủ yếu được tạo thànhgiữa E và S trong phức hợp ES là: tươngtác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tươngtác Van der Waals. Mỗi loại liên kết đòihỏi những điều kiện khác nhau và chịuảnh hưởng khác nhau khi có nước. 8 Cơ chế của xúc tác enzymeCác loại liên kết chủ yếu được tạo thànhgiữa E và S trong phức hợp ES là: tươngtác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tươngtác Van der Waals. Mỗi loại liên kết đòihỏi những điều kiện khác nhau và chịuảnh hưởng khác nhau khi có nước. 9 ...