CẤU TẠO ENZYM VÀ TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYM – HÓA SINH Y HÀ NỘI

CHƯƠNG I. BÀI 2.1:

CẤU TẠO, CẤU TRÚC CỦA ENZYM VÀ TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG

1. Cấu tạo và cấu trúc của enzym

Các enzym là các protein có khối lượng phân tử từ 12.000 đến hàng triệu đơn vị dalton (Da). Cũng như các protein, về thành phần cấu tạo enzym cũng được chia làm hai loại: enzym thuần và enzym tạp.

Enzym thuần là các enzym mà phân tử chỉ do các gốc acid amin cấu tạo nên. Những enzym này không đòi hỏi các nhóm ngoại (coenzym) cho hoạt động của chúng (còn gọi là enzym một thành phần). Ví dụ các enzym thủy phân: amylase, proteinase.

Enzym tạp là các enzym mà ngoài thành phần protein (acid amin), phân tử enzym còn có chất cộng tác (cofactor) là các ion như Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, … hoặc là một phần tử chất hữu cơ hoặc phức hợp hữu cơ kim loại, cấu tạo nên. Nếu chất cộng tác (cofactor) là chất hữu cơ hoặc là phức hợp hữu cơ kim loại thì được gọi là coenzym. Một số phân tử enzym đòi hỏi cả coenzym và ion kim loại cho hoạt động của chúng.

Trong phân tử enzym tạp (còn gọi là holoenzym), phần protein được gọi là apoenzym, phần chất cộng tác được gọi là cofactor:

Holoenzym = apoenzym + cofactor

Phần apoenzym mang những đặc tính cơ bản của enzym, trong khi phần coenzym hoặc ion kim loại là chất phối hợp của enzym, có vai trò bổ sung khả năng phản ứng và khả năng xúc tác cho phân tử enzym.

Coenzym thường có trong thành phần các enzym thuộc loại oxy hóa khử và loại enzym vận chuyển nhóm; thiếu coenzym, enzym loại này không hoạt động. Các cofactor (coenzym) thường là các vitamin và dẫn xuất của chúng. Một số cofactor gắn chặt vào phân tử enzym, không thể tách ra được gọi là nhóm phụ (prosthetic group). Nhiều coenzym trong thành phần cấu tạo có chứa vitamin.

Những enzym chứa kim loại hoặc đòi hỏi kim loại cho hoạt động của nó được gọi là enzym kim loại (metalloenzym). Vai trò của kim loại trong thành phần của enzym kim loại là:

• Tham gia trực tiếp vào phản ứng xúc tác của enzym.
• Hoạt động như một chất oxy hóa khử.
• Tạo thành phức hợp với cơ chất.

2. Trung tâm hoạt động của enzym và tính đặc hiệu cơ chất

Trung tâm hoạt động hoặc vị trí hoạt động (active site) của enzym là một vùng đặc biệt của enzym có tác dụng gắn với cơ chất để xúc tác cho phản ứng làm biến đổi cơ chất thành sản phẩm. Mỗi enzym có thể có một hoặc vài trung tâm hoạt động. Trung tâm hoạt động của enzym gồm những nhóm hóa học và những liên kết tiếp xúc trực tiếp với cơ chất hoặc không tiếp xúc trực tiếp với cơ chất nhưng có chức năng trực tiếp trong quá trình xúc tác.

Về thành phần cấu tạo, trung tâm hoạt động thường bao gồm các acid amin chứa các nhóm hóa học có hoạt tính cao như serin (có nhóm –OH), cystein (có nhóm –SH), glutamic (có nhóm γ-COO⁻), lysin (có nhóm ε-NH₃⁺), histidin (có nhóm imidazol), tryptophan (có nhóm indol),… là những nhóm phân cực hoặc ion hóa, có khả năng tạo liên kết hydro hoặc ion với cơ chất. Hình 1.1 minh họa sự gắn của glucose vào trung tâm hoạt động của glucokinase. Chính nhờ trung tâm hoạt động mà enzym thể hiện tính đặc hiệu cơ chất: glucokinase không xúc tác (gắn) với galactose.

A. Glucose được gắn vào trung tâm hoạt động bởi các liên kết hydro giữa các nhóm OH của các acid amin phân cực ở các vị trí khác nhau. Sự tương tác phức tạp làm glucose thay đổi cấu hình gắn đúng vào trung tâm hoạt động.

B. Tính đặc hiệu enzym được minh họa bởi cấu hình glucose và galactose. Galactose khác glucose chỉ một vị trí nhóm OH vì vậy không gắn được vào trung tâm hoạt động và cần một enzym khác chuyển hóa galactose là galactokinase.

Về quan hệ giữa trung tâm hoạt động và cơ chất, có hai giả thuyết được đưa ra:

• Thuyết “ổ khóa và chìa khóa”: Fischer E. (1894) đã đưa ra thuyết “ổ khóa và chìa khóa” (lock and key) về tác động của enzym. Theo thuyết này, trung tâm hoạt động của enzym (E) và cơ chất (S), nghĩa là sự gắn giữa enzym và cơ chất để tạo thành phức enzym – cơ chất (ES) cũng giống như quan hệ giữa “ổ khóa” và “chìa khóa”, nghĩa là enzym nào thì chỉ xúc tác cho đúng cơ chất đó. Thuyết này giải thích được tính đặc hiệu tuyệt đối của enzym nhưng không giải thích được tính đặc hiệu tương đối của enzym.
• Thuyết “mô hình cảm ứng không gian”: để giải thích tính đặc hiệu tương đối của enzym, Koshland D (1958) đã đưa ra thuyết “mô hình cảm ứng không gian” (induced fit). Theo thuyết này, trung tâm hoạt động của enzym có tính mềm dẻo và linh hoạt, có thể biến đổi về cấu hình không gian trong quá trình tương tác với cơ chất sao cho phù hợp với cấu hình không gian của cơ chất, để có thể tạo thành phức hợp enzym – cơ chất (ES). Thuyết này giải thích được tính đặc hiệu tương đối của enzym và đa số các tác giả hiện nay chấp nhận thuyết này.

Cập nhật thông tin mới nhất về kiến thức y học và test y học tại facebook TEST Y HỌC

Tham gia nhóm zalo: Tài Liệu Y Học Tổng Hợp

Ôn thi nội trú, sau đại học TẠI ĐÂY