CHƯƠNG 3: ENZYME VÀ SỰ XÚC TÁC SINH HỌC

Để sống và phát triển, cơ thể sinh vật phải thường xuyên trao đổi chất và trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài. Các quá trình này tiến hành được là nhờ các phản ứng hóa sinh xẩy ra trong cơ thể theo quy luật có tổ chức và có liên quan chặt chẽ với nhau.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG 3: ENZYME VÀ SỰ XÚC TÁC SINH HỌCCHƯƠNG 3 ENZYME VÀ SỰ XÚC TÁC SINH HỌC Để sống và phát triển, cơ thể sinh vật phải thường xuyên trao đổichất và trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài. Các quá trình nàytiến hành được là nhờ các phản ứng hóa sinh xẩy ra trong cơ thể theo quyluật có tổ chức và có liên quan chặt chẽ với nhau. Đặc điểm chung của các phản ứng này là có thể xảy ra một cáchđặc hiệu, dễ dàng với vận tốc lớn ở ngay trong điều kiện môi trường sinhlý và nhiệt độ của cơ thể. Sở dĩ các phản ứng tiến hành trong cơ thể cónhững đặc điểm trên chính là nhờ các chất xúc tác đặc biệt có khả nănglàm tăng vận tốc phản ứng lên gấp bội, đó là các chất xúc tác sinh học. Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất protein làm nhiệm vụxúc tác cho các phản ứng hóa sinh xảy ra trong cơ thể sinh vật. Enzyme tồn tại trong tất cả các tế bào sống của động vật, thực vật,vi sinh vật. Các phản ứng do enzyme xúc tác có thể xảy ra ở ngay trong cơthể sống hoặc ở ngoài cơ thể. Hiện nay đã tách được rất nhiều enzymekhác nhau từ nguồn động vật, thực vật, đặc biệt là từ vi sinh vật, trong đócó nhiều loại đã được thu nhận với độ thuần khiết cao. Xúc tác enzyme cónhiều ưu điểm hơn hẳn xúc tác thông thường như cường lực xúc tác lớn,tính đặc hiệu cao, không độc, có thể tác dụng trong điều kiện nhẹ nhàng,đơn giản. Hơn nữa có thể sản xuất enzyme từ các nguyên liệu giá rẻ nhưngđem lại hiệu quả kinh tế cao, nhờ vậy việc ứng dụng enzyme rộng rãitrong các ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp, yhọc và nghiên cứu khoa học đã nhanh chóng có những bước tiến dài vàngày càng có nhiều triển vọng tốt đẹp. I – KHÁI NIỆM VỀ SỰ XÚC TÁC NÓI CHUNG Tốc độ phản ứng hóa học được xác định bởi giá trị năng lượng hoạthóa tức là năng lượng các chất tham gia phản ứng phải đạt được trên mứcnăng lượng bình thường của chúng để cắt đứt các liên kết cần thiết và hìnhthành các liên kết mới. Năng lượng hoạt hóa các phản ứng nào đó càng lớnthì tốc độ phản ứng càng chậm và ngược lại. Việc đưa một số chất nào đó vào trong hệ thống vốn có tác dụng làmtăng tốc độ phản ứng hóa học được gọi là sự xúc tác. Trong quá trình xúctác, các chất xúc tác đã làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóahọc. Năng lượng cần để xảy ra sự va chạm có hiệu lực dẫn đến phản ứnghóa học được gọi là năng lượng hoạt hóa. 37 Trong quá trình xúc tác, các chất xúc tác chỉ tham gia vào các phản ứng trung gian sau đó chúng lại được phục hồi nhanh chóng, chất xúc tác không đóng vai trò như những chất tham gia phản ứng. Tốc độ các phản ứng thuận nghịch cũng được các chất xúc tác làm tăng theo cả hai chiều. Điều đó nói lên rằng: chất xúc tác không quyết định chiều đi của phản ứng, chúng chỉ thúc đẩy cho phản ứng đạt đến cân bằng một cách nhanh chóng. Ảnh hưởng của chất xúc tác là làm giảm năng lượng hoạt hóa. Trong đồ thị sau: A là chất phản ứng, B là sản phẩm của phản ứng. Phản ứng không được xúc tác Năng lượng Năng lượng hoạt hóa Phản ứng được hoạt hóa cóNăng lượng tự do enzyme xúc tác enzyme xúc tác A B 6G1 6G2 Chiều phản ứng II – ENZYME LÀ CHẤT XÚC TÁC SINH HỌC Những luận cứ sau đây đã chứng minh bản chất xúc tác của enzyme: a) Cũng như các chất xúc tác nói chung, enzyme làm tăng nhanh tốc độ phản ứng. Enzyme không quyết định chiều hướng của phản ứng. b) Enzyme không đóng vai trò là chất tham gia phản ứng trong phương trình phản ứng. Trong quá trình xúc tác, lượng enzyme không thay đổi. c) Cũng như mọi chất xúc tác khác, enzyme làm giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết của các phản ứng hóa học. Nói cách khác năng lượng hoạt hóa phản ứng được giảm đi nhiều khi có sự xúc tác của enzyme. 38 III - BẢN CHẤT HÓA HỌC CỦA ENZYME 3.1. Enzyme là những chất xúc tác có bản chất protein. Trong sự phát triển của hóa sinh học, bước nhảy vọt đã đạt được khingười ta thực hiện thành công việc tách rút các chất xúc tác sinh học rakhỏi tế bào và nghiên cứu tính chất của chúng, lúc đó người ta nhận biếtrằng enzyme có bản chất protein. Năm 1926, Sumner là người đầu tiên thuđược urease ở dạng kết tinh. Cho đến nay đã có khoảng hơn 150 enzymeđược rút ra ở dạng tinh khiết. Trong số các enzyme đó, một số đã đượcbiết trọn vẹn về cấu trúc bậc I như ribonuclease, trypsin, chymotrypsin, … Ngày nay người ta xác nhận rằng, các enzyme chính là nhómprotein quan trọng. Chúng được hình thành trong tế bào như các proteinđơn giản (enzyme một thành phần) hoặc như các protein phức tạp (enzymehai thành phần). Trong số các enzyme thì đa số là enzyme hai thành phần. Dạng hoạt động của enzyme hai thành phần bao gồm phần protein vàphần không có bản chất protein gọi là nhóm prostetic (nhóm ngoại, nhómghép, …) Enzyme một thành phần là các protein đơn giản thực hiện chức năngxúc tác. Ví dụ: Ribonuclease A và một số enzyme thủy phân protein vàmột số enzyme khác. 3.2. Các nhóm ghép, các coenzyme Bên cạnh phần protein thì enzyme hai thành phần còn chứa phầnkhông có bản chất protein. Người ta gọi phần không phải protein cần thiếtbắt buộc đối với hoạt động của enzyme là nhóm ghép (nhóm ...