ENZYME: CÁCH HOẠT ĐỘNG VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Một enzyme , chất xúc tác sinh học hoặc -chất xúc tác sinh là một phân tử, thường có nguồn gốc protein, có khả năng tăng tốc các phản ứng hóa học xảy ra bên trong chúng sanh. Các phân tử protein xúc tác là các enzym, và các phân tử có bản chất ARN là ribozym.

Khi không có enzym, số lượng rất lớn các phản ứng xảy ra trong tế bào và cho phép sự sống không thể xảy ra. Chúng chịu trách nhiệm đẩy nhanh quá trình theo các bậc có độ lớn gần bằng 10 ⁶ - và trong một số trường hợp cao hơn nhiều.

Sơ đồ về một điểm nối khóa của phức hợp enzyme-cơ chất. Nguồn: Competitive_insupport

Xúc tác

Chất xúc tác là một phân tử có khả năng thay đổi tốc độ của phản ứng hóa học mà không bị tiêu hao trong phản ứng nói trên.

Phản ứng hóa học liên quan đến năng lượng: các phân tử ban đầu tham gia vào phản ứng hoặc các chất phản ứng bắt đầu với một mức năng lượng. Một lượng năng lượng bổ sung được hấp thụ để đạt đến "trạng thái chuyển tiếp". Sau đó, năng lượng được giải phóng với các sản phẩm.

Sự chênh lệch năng lượng giữa chất phản ứng và sản phẩm được biểu thị bằng ∆G. Nếu mức năng lượng của các sản phẩm cao hơn các chất phản ứng, phản ứng là kết thúc và không tự phát. Ngược lại, nếu năng lượng của các sản phẩm thấp hơn, phản ứng diễn ra mạnh mẽ và tự phát.

Tuy nhiên, chỉ vì một phản ứng là tự phát không có nghĩa là nó sẽ xảy ra với tốc độ đáng kể. Tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào ∆G * (dấu hoa thị dùng để chỉ năng lượng hoạt hóa).

Người đọc phải ghi nhớ những khái niệm này để hiểu cách thức hoạt động của enzym.

Enzyme

Enzyme là gì?

Enzyme là các phân tử sinh học có độ phức tạp đáng kinh ngạc, được tạo thành chủ yếu từ protein. Đến lượt mình, protein là các chuỗi axit amin dài.

Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của enzym là tính đặc hiệu của chúng trên phân tử đích - phân tử này được gọi là cơ chất.

Đặc điểm của enzym

Enzyme tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Một số được cấu tạo hoàn toàn từ protein, trong khi những vùng khác có các vùng có bản chất phi protein được gọi là đồng yếu tố (kim loại, ion, phân tử hữu cơ, v.v.).

Do đó, apoenzyme là một enzyme không có đồng yếu tố của nó, và sự kết hợp của apoenzyme và đồng yếu tố của nó được gọi là holoenzyme.

Chúng là những phân tử có kích thước lớn đáng kể. Tuy nhiên, chỉ có một vị trí nhỏ trên enzym tham gia trực tiếp vào phản ứng với cơ chất và vùng này là vị trí hoạt động.

Khi phản ứng bắt đầu, enzyme tham gia vào cơ chất của nó giống như một chiếc chìa khóa gắn vào ổ khóa của nó (mô hình này là đơn giản hóa quá trình sinh học thực tế, nhưng nó dùng để minh họa quá trình).

Tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể chúng ta đều được xúc tác bởi các enzym. Trên thực tế, nếu những phân tử này không tồn tại, chúng ta sẽ phải đợi hàng trăm hoặc hàng nghìn năm để các phản ứng hoàn thành. Vì vậy, sự điều hòa hoạt động của enzym phải được kiểm soát một cách rất cụ thể.

Danh pháp và phân loại các enzym

Khi nhìn thấy một phân tử có tên kết thúc bằng –ase, chúng ta có thể chắc chắn rằng đó là một enzym (mặc dù có những ngoại lệ đối với quy tắc này, chẳng hạn như trypsin). Đây là quy ước đặt tên cho các enzym.

Có sáu loại enzym cơ bản: oxidoreductase, transferase, hydrolase, lyases, isomerase và ligases; phụ trách: phản ứng oxi hoá khử, chuyển nguyên tử, thuỷ phân, cộng nối đôi, đồng phân hoá và liên kết phân tử.

Enzyme hoạt động như thế nào?

Trong phần xúc tác chúng ta đã đề cập rằng tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào giá trị của ∆G *. Giá trị này càng cao thì phản ứng càng chậm. Enzyme chịu trách nhiệm làm giảm thông số này - do đó làm tăng tốc độ của phản ứng.

Sự khác biệt giữa các sản phẩm và chất phản ứng vẫn giống nhau (enzyme không ảnh hưởng đến nó), cũng như sự phân bố của chúng. Enzyme tạo điều kiện hình thành trạng thái chuyển tiếp.

Chất ức chế enzym

Trong bối cảnh nghiên cứu về enzym, chất ức chế là những chất có tác dụng làm giảm hoạt tính của chất xúc tác. Chúng được phân thành hai loại: chất ức chế cạnh tranh và không cạnh tranh. Những loại đầu tiên cạnh tranh với chất nền và những loại khác thì không.

Nói chung, quá trình ức chế là thuận nghịch, mặc dù một số chất ức chế có thể vẫn gắn vào enzym gần như vĩnh viễn.

Ví dụ

Có rất nhiều enzym trong tế bào của chúng ta - và trong tế bào của mọi sinh vật. Tuy nhiên, được biết đến nhiều nhất là những chất tham gia vào các con đường trao đổi chất như đường phân, chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử, trong số những chất khác.

Succinate dehydrogenase là một enzyme thuộc loại oxidoreductase xúc tác quá trình oxy hóa succinate. Trong trường hợp này, phản ứng liên quan đến sự mất mát của hai nguyên tử hydro.

Sự khác biệt giữa chất xúc tác sinh học (enzym) và chất xúc tác hóa học

Có những chất xúc tác hóa học, giống như chất xúc tác sinh học, làm tăng tốc độ phản ứng. Tuy nhiên, có sự khác biệt đáng chú ý giữa hai loại phân tử.

Các phản ứng được xúc tác bởi enzyme diễn ra nhanh hơn

Đầu tiên, các enzym có thể tăng tốc độ của các phản ứng theo các cấp độ gần 10 ⁶ đến 10 ¹² . Chất xúc tác hóa học cũng làm tăng tốc độ, nhưng chỉ bằng một vài bậc của độ lớn.

Hầu hết các enzym hoạt động trong điều kiện sinh lý

Khi các phản ứng sinh học được thực hiện bên trong cơ thể sống, các điều kiện tối ưu của chúng bao quanh các giá trị sinh lý của nhiệt độ và độ pH. Về phần mình, các nhà hóa học cần các điều kiện quyết liệt về nhiệt độ, áp suất và độ axit.

Tính đặc hiệu

Enzyme rất cụ thể trong các phản ứng mà chúng xúc tác. Trong hầu hết các trường hợp, chúng chỉ hoạt động với một hoặc một vài chất nền. Tính cụ thể cũng áp dụng cho loại sản phẩm mà họ sản xuất. Phạm vi các chất nền cho chất xúc tác hóa học rộng hơn nhiều.

Các lực quyết định tính đặc hiệu của tương tác giữa enzym và cơ chất của nó cũng giống như lực quyết định cấu trúc của chính protein (tương tác Van der Waals, tĩnh điện, liên kết hydro và kỵ nước).

Quy định enzym là chính xác

Cuối cùng, các enzym có khả năng điều hòa lớn hơn và hoạt động của chúng thay đổi tùy theo nồng độ của các chất khác nhau trong tế bào.

Cơ chế điều hòa bao gồm kiểm soát allosteric, điều chỉnh cộng hóa trị của các enzym và sự thay đổi số lượng enzym được tổng hợp.

Người giới thiệu

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Hóa sinh. Tôi đã đảo ngược.
2. Campbell, MK và Farrell, SO (2011). Hóa sinh. Phiên bản thứ sáu. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Giáo trình hóa sinh. John Wiley và các con trai.
4. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Hóa sinh: văn bản và tập bản đồ. Panamerican Medical Ed.
5. Mougios, V. (2006). Bài tập hóa sinh. Động học con người.
6. Müller-Esterl, W. (2008). Hóa sinh. Cơ bản về y học và khoa học đời sống. Tôi đã đảo ngược.
7. Poortmans, JR (2004). Nguyên lý bài tập hóa sinh. Karger.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Hóa sinh. Panamerican Medical Ed.