Enzyme kiến thức cơ bản - Chương 4

Cấu trúc phân tử enzymeEnzyme có khả năng và hiệu lực xúc tác rất lớn, có tính đặc hiệu rất cao. Để đảm bảo cho chức năng của enzyme là chất xúc tác sinh học, cấu trúc của enzyme phải rất tinh vi và phức tạp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Enzyme kiến thức cơ bản - Chương 4 52Chương 4 Cấu trúc phân tử enzyme Enzyme có khả năng và hiệu lực xúc tác rất lớn, có tính đặc hiệu rấtcao. Để đảm bảo cho chức năng của enzyme là chất xúc tác sinh học, cấutrúc của enzyme phải rất tinh vi và phức tạp.4.1. Bản chất hóa học của enzyme Từ gần một thế kỷ trước đây, các nhà khoa học đã đổ xô vào việcxác định bản chất hóa học của enzyme. Cho đến nay, có thể nói rằng,ngoài nhóm nhỏ phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, tuyệt đại đa số enzymecó bản chất là protein và sự thể hiện hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào cấutrúc bậc 1, 2, 3 và 4 của phân tử protein và trạng thái tự nhiên của chúng.Thực tế là bản chất hóa học của enzyme chỉ được xác định đúng đắn từsau khi kết tinh được enzyme. enzyme đầu tiên nhận được ở dạng tinh thểlà urease của đậu tương (Sumner, 1926), tiếp theo là pepsin và trypsin(Northrop và Kunitz, 1930, 1931). Sau đó những tác giả khác cũng đã kếttinh được một số enzyme khác và có đủ bằng chứng xác nhận các tinh thểprotein nhận được chính là các enzyme. Kết quả nghiên cứu tính chất hóa lý của enzyme đã cho thấy enzymecó tất cả các thuộc tính hóa học của các chất protein về hình dạng phân tử:đa số enzyme có dạng hình cầu (dạng hạt). Tỷ lệ giữa trục dài và trục ngắncủa phân tử vào khoảng 1 - 2 hoặc 4 - 6. Về khối lượng phân tử: các enzyme có khối lượng phân tử lớn, thayđổi rất rộng từ 12000 dalton đến 1.000.000 dalton hoặc lớn hơn. Ví dụ ribonuclease có khối lượng phân tử là 12700, glutamatdehydrogenase có khối lượng phân tử là 1.000.000. Đa số enzyme có khốilượng phân tử từ 20.000 đến 90.000 hoặc vài trăm nghìn. Do kích thước phân tử lớn, các enzyme không đi qua được màngbán thấm. Enzyme tan trong nước, khi tan tạo thành dung dịch keo; chúngcũng tan trong dung dịch muối loãng, glycerin và các dung môi hữu cơ cócực khác. Enzyme không bền và dễ dàng bị biến tính dưới tác dụng củanhiệt độ cao. Enzyme bị biến tính thì mất khả năng xúc tác. Mức độ giảmhoạt tính của enzyme tương ứng với mức độ biến tính của protein trongchế phẩm. Kiềm, acid mạnh, kim loại nặng cũng làm cho enzyme biếntính. Cũng như protein, enzyme cũng có tính chất lưỡng tính. 534.2. Thành phần cấu tạo của enzyme Cũng như protein, enzyme có thể là protein đơn giản hoặc proteinphức tạp. Trên cơ sở đó, người ta thường phân enzyme thành hai nhóm:enzyme một thành phần (enzyme một cấu tử) và enzyme hai thành phần(enzyme hai cấu tử). Trường hợp enzyme là một protein đơn giản gọi làenzyme một thành phần. Trường hợp enzyme là một protein phức tạpnghĩa là ngoài protein đơn giản còn có một nhóm ngoại nào đó không phảiprotein gọi là enzyme hai thành phần. Phần protein của enzyme hai thành phần được gọi là apoprotein hayapoenzyme, còn phần không phải protein gọi là nhóm ngoại hoặccoenzyme. Phần không phải protein thường là những chất hữu cơ đặc hiệucó thể gắn chặt vào phần protein hoặc có thể chỉ liên kết lỏng lẻo và có thểtách khỏi phần protein khi cho thẩm tích qua màng. Coenzyme là phầnkhông phải protein của enzyme trong trường hợp khi nó dễ tách khỏi phầnapoenzyme khi cho thẩm tích qua màng bán thấm và có thể tồn tại độc lập.Phần không phải protein của enzyme được gọi là nhóm ngoại hay nhómprosthetic, khi nó liên kết chặt chẽ với phần protein của enzyme bằng liênkết đồng hóa trị. Một phức hợp hoàn chỉnh gồm cả apoenzyme vàcoenzyme được gọi là holoenzyme. Một coenzyme khi kết hợp với cácapoenzyme tạo thành các holoenzyme khác nhau xúc tác cho quá trìnhchuyển hóa các chất khác nhau nhưng giống nhau về kiểu phản ứng.Coenzyme trực tiếp tham gia phản ứng xúc tác, giữ vai trò quyết định kiểuphản ứng mà enzyme xúc tác và làm tăng độ bền của apoenzyme đối vớicác yếu tố gây biến tính. Còn apoenzyme có tác dụng nâng cao hoạt tínhxúc tác của coenzyme và quyết định tính đặc hiệu của enzyme. Cáccoenzyme thường là các dẫn xuất của các vitamin hòa tan trong nước. Cầnchú ý là sự phân biệt coenzyme và nhóm ngoại chỉ là tương đối, vì khó cóthể có một tiêu chuẩn thật rành mạch để phân biệt “liên kết chặt chẽ” và“liên kết không chặt chẽ”, nhất là trong những năm gần đây, người ta đãchứng minh rằng, nhiều coenzyme cũng kết hợp vào apoenzyme củachúng bằng liên kết đồng hóa trị. Do đó, ngày nay người ta ít chú ý đến sựphân biệt coenzyme và nhóm ngoại. Ngoài ra, trong thành phần cấu tạo,rất nhiều enzyme có chứa kim loại. Thuộc loại enzyme hai thành phầngồm có hầu hết các enzyme của các lớp 1, 2, 4, 5, 6. Các enzyme thủyphân (lớp 3) thường là enzyme một thành phần có chứa ion kim loại hoặcđòi hỏi ion kim loại làm cofactor (đồng yếu tố). 544.3. Cấu trúc bậc 4 của enzyme Trong nhiều trường hợp, các chuỗi polypeptide có cấu trúc bậc ba cót ...