Bài giảng Enzyme TS. Vũ Thị Thơm Khoa Y Dược ĐHQGHN (VNU)

1. TS. Vũ Thị Thơm
Khoa Y Dược
ĐHQGHN
Enzym

2. Mục tiêu bài học
 Nắm được những khái niệm cơ bản về enzym, tính chất,
phân loại và gọi tên
 Trình bày được cấu trúc phân tử, trung tâm hoạt động
của enzym
 Trình bày được cơ chế hoạt động của enzym, phương
trình và đồ thị Michaelis-Menten và Lineweaver-Burk
 Trình bày được các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của
enzym và các loại điều hòa hoạt động enzym
 Nắm được cách phân tích đơn giản động học enzym
Nêu được một số liên hệ giữa enzym và tổng hợp hóa dược

3. Đại cương về enzym
Cấu trúc phân tử
Cơ chế tác dụng
Động học enzym
Yếu tố ảnh hưởng
Điều hòa enzym

4. Enzym
 Enzym là chất xúc tác sinh học
 Bản chất là protein
Catalase
2H2O2 2H2O + O2
SO2(g) + 1/2 O2(g)
V2O5
SO3(g)

5. Tính chất
 Có tính chất của chất xúc tác
 Không bị tiêu hao hay sinh ra thêm trong quá trình phản ứng
 Làm tăng tốc độ phản ứng
 Không làm thay đổi hằng số cân bằng của phản ứng được xúc tác
 Ưu việt hơn chất xúc tác vô cơ và hữu cơ
 Hiệu suất xúc tác
 Tính đặc hiệu
 Xúc tác các phản ứng ở điều kiện sinh lý cơ thể
 Được điều hòa nghiêm ngặt

6. Cách gọi tên
 Tên cơ chất + ase
Ure -> urease
 Tác dụng + ase
Oxy hóa -> oxidase
 Tên cơ chất, tác dụng + ase
Khử hydro của lactat -> lactat dehydrogenase
 Tên thường gọi
Pepsin, trypsin

7. Phân loại
Hiệp hội enzym quốc tế (EC) phân loại enzym theo
phản ứng mà chúng xúc tác thành 6 loại
 Enzym oxy hóa khử (oxydoreductase): xúc tác phản
ứng oxy hóa – khử
AH2 + B  A + BH2
 Enzym vận chuyển nhóm (transferase): xúc tác
phản ứng chuyển vị nhóm hóa học (không phải H)
giữa hai cơ chất
AX + B  A + BX
 Enzym thủy phân (hydrolase): xúc tác phản ứng
thủy phân
AB + H2O  AH + BOH

8. Phân loại
 Enzym phân cắt (lyase): xúc tác chuyển nhóm hóa
học khỏi cơ chất (không có tham gia của nước)
AB  A + B
 Enzym đồng phân (isomerase): xúc tác đồng phân
hóa
ABC  ACB
 Enzym tổng hợp (ligase): xúc tác gắn hai phân tử
với nhau thành một phân tử lớn hơn, sử dụng năng
lượng cung cấp từ ATP hay các NTP khác
ATP ADP + Pi
A + B AB

9. Đại cương về enzym
Cấu trúc phân tử
Cơ chế tác dụng
Động học enzym
Yếu tố ảnh hưởng
Điều hòa enzym

10. Thành phần cấu tạo
 Enzym thuần (enzym một thành phần): chỉ bao
gồm acid amin
 Enzym tạp (enzym hai thành phần hay
holoenzym): ngoài thành phần protein còn có chất
cộng tác
Holoenzym = Apoenzym + Cofactor
 Cofactor: ion kim loại hay phân tử hữu cơ nhỏ
(coenzym) hay phức hợp hữu cơ kim loại
 Coenzym: thường là vitamin và dẫn xuất của
vitamin

11. Cấu trúc phân tử
 Trung tâm hoạt động: vùng
đặc biệt của enzym có tác dụng
gắn với cơ chất để xúc tác
phản ứng biến đổi cơ chất
thành sản phẩm
 TTHĐ gồm các nhóm hóa học
và liên kết tiếp xúc trực tiếp với cơ chất hoặc có chức
năng trực tiếp trong quá trình xúc tác
 TTHĐ thường gồm các acid amin có các nhóm hóa
học phân cực hoặc ion hóa, có khả năng tạo liên kết
H hay liên kết ion với cơ chất
Cơ chất Sản phẩm
Trung tâm
hoạt động

12. Chọn lọc cơ chất
Ví dụ: Phenylalanine hydroxylase
OOC NH3
H
OOC NH3
H
H
NH
H
OH
OH
H
OH
CH3
OOC NH3
H
OH
-
-
-
+
+
+
Không liên kết
Liên kết nhưng không phản ứng

13. Chọn lọc cơ chất – Tính đặc hiệu
 Enzym có thể biểu hiện mức độ đặc hiệu khác nhau
với cơ chất khác nhau
 Enzym có thể nhận biết và xúc tác phản ứng với:
 Chỉ một cơ chất nhất định (đặc hiệu tuyệt đối)
VD: urease chỉ xúc tác thủy phân ure
 Một nhóm các cơ chất
VD: hexokinase xúc tác phosphoryl hóa hexose
 Một loại liên kết nhất định
VD: chimotrypsin xúc tác thủy phân liên kết peptid

14. Cấu trúc phân tử
 Enzym dị lập thể (allosteric enzym): ngoài TTHĐ
còn có vị trí dị lập thể
 Vị trí DLT: tiếp nhận yếu tố DLT để điều chỉnh hoạt
động xúc tác của enzym
 Yếu tố DLT có thể là dương hoặc âm
TTHĐ
Vị trí dị lập thể

15. Isoenzym
 Isoenzym (isozym): các dạng phân tử khác nhau của
một loại enzym
 Xúc tác cùng một phản ứng, nhưng có tính chất vật lý
– hóa học khác nhau

16. Đại cương về enzym
Cấu trúc phân tử
Cơ chế tác dụng
Động học enzym
Yếu tố ảnh hưởng
Điều hòa enzym

17. Cơ chế tác dụng
• Enzym làm giảm
năng lượng hoạt hóa
(activation energy)
của phản ứng
• Cơ chất dễ đạt mức
năng lượng đưa phản
ứng vào trạng thái
chuyển tiếp
(transition state) 
phản ứng diễn ra

18. Cơ chế tác dụng
 Enzym biến một phản ứng hóa
học đơn thuần thành một phản
ứng hóa học qua 2 bước:
E + S  ES  E + P
 Hai phản ứng mới đều cần năng
lượng hoạt hóa thấp hơn rất
nhiều so với phản ứng không có
xúc tác của enzym
 Enzym giúp đưa các nhóm chức
lại gần nhau và ổn định trạng
thái chuyển tiếp

19. Mô hình “ổ khóa và chìa khóa”
Thuyết “ổ khóa và chìa khóa” (lock-and-key) của Emil
Fischer (1894):
 TTHĐ có dạng cấu trúc không gian cố định, chỉ cơ chất
đặc hiệu mới có dạng phù hợp khớp với TTHĐ
 Enzym nào chỉ xúc tác cho đúng cơ chất đó  đặc hiệu
tuyệt đối

20. Mô hình “cảm ứng không gian”
Thuyết “cảm ứng không gian” (induced fit) của Daniel
Edward Koshland (1958):
 TTHĐ có dạng cấu trúc không gian tương đối linh hoạt
 Trong quá trình tương tác, cấu hình không gian của
enzym, TTHĐ và cơ chất có thể biến đổi sao cho phù hợp
 Cho phép tương tác với nhiều loại cơ chất hơn

21. Đại cương về enzym
Cấu trúc phân tử
Cơ chế tác dụng
Động học enzym
Yếu tố ảnh hưởng
Điều hòa enzym

22. Một số định nghĩa
 Tốc độ phản ứng (v) của một enzym là lượng cơ chất bị
biến đổi dưới tác động của enzym đó trong 1 phút ở
25oC dưới các điều kiện được chuẩn hóa
 Đơn vị đo hoạt độ: đơn vị quốc tế (IU, hay U). Đây là
lượng enzym làm biến đổi 1 μmol cơ chất thành sản
phẩm trong 1 phút ở 25oC dưới các điều kiện được
chuẩn hóa
 Tốc độ ban đầu (V0): tốc độ phản ứng của enzym ở
những phút đầu tiên của phản ứng (~ 5 phút)

23. Nồng độ cơ chất và tốc độ phản
ứng Khi duy trì nồng độ enzym, tốc độ phản ứng tăng khi
nồng độ cơ chất tăng
 Tốc độ phản ứng tối đa (Vmax) đạt được khi enzym bị
bão hòa (tất cả TTHĐ của enzym được gắn với cơ chất)

24. Phương trình Michaelis - Menten
 Tốc độ phản ứng E + S  ES  E + P theo phương trình
Michaelis - Menten:
 Vmax: Tốc độ tối đa
 [S]: Nồng độ cơ chất
 Km: hằng số Michaelis của
enzym với cơ chất
SK
SV
v
m 

][max

25. Đồ thị Lineweaver - Burk
 Biến đồ thị hyperbol
thành đồ thị tuyến tính
 Giản đơn hóa việc tìm
Vmax và Km
 Công cụ để nghiên cứu
enzym

26. Ý nghĩa của các giá trị
 Km (mol/L): hằng số đặc trưng của mỗi enzym đối với
một cơ chất, phần nào thể hiện ái lực của enzym với cơ
chất
 kcat (s-1): số vòng quay (turnover number) của một
enzym, là số phân tử cơ chất được biến đổi thành sản
phẩm trong một đơn vị thời gian, khi enzym này được
bão hòa cơ chất
kcat = Vmax/[Et]
 Vmax: Tốc độ tối đa
 [Et]: Nồng độ TTHĐ của enzym

27. Đại cương về enzym
Cấu trúc phân tử
Cơ chế tác dụng
Động học enzym
Yếu tố ảnh hưởng
Điều hòa enzym

28. Nồng độ enzym và tốc độ phản
ứng Tốc độ phản ứng tăng khi nồng độ enzym tăng (khi duy
trì nồng độ cơ chất)
 Tốc độ phản ứng quan hệ tuyến tính với nồng độ enzym
 Km không phụ thuộc vào nồng độ enzym

29. Temperature / °C
Enzyme
activity
0 10 20 30 40 50
Q10 Denaturation
© 2007 Paul Billiet ODWS
Ảnh hưởng của nhiệt độ
 Enzym hoạt động tốt
nhất ở nhiệt độ cực
thuận (thường là 37oC ở
người)
 Hoạt động yếu ở nhiệt độ
thấp
 Mất hoạt tính khi bị biến
tính ở nhiệt độ cao

30. © 2007 Paul Billiet ODWS
Ảnh hưởng của pH
 Enzym hoạt động tốt
nhất ở pH cực thuận
 Mất hoạt tính khi bị biến
tính ở pH quá cao hay
quá thấp
Optimum pH values
Enzyme
activity
Trypsin
Pepsin
pH
1 3 5 7 9 11

31. Các chất ức chế
 Làm giảm hoạt động của enzym
 Thường đặc hiệu, có tác dụng ngay cả ở nồng độ thấp
 Ức chế nhưng không phá hủy enzym
 Hai nhóm chính
 Ức chế thuận nghịch: thường tương tác không cộng hóa trị
với enzym
E + I  EI
 Ức chế không thuận nghịch: thường tương tác cộng hóa trị
với enzym
E + I  EI

32. Ức chế thuận nghịch
 Có thể gắn với enzym tự do (E) hay phức hợp ES
 Có 3 loại:
 Ức chế cạnh tranh (competitive inhibition)
 Ức chế phi cạnh tranh (uncompetitive inhibition)
 Ức chế hỗn hợp (mixed inhibition)

33. Ức chế cạnh tranh
 Vmax không thay đổi
 Km tăng

34. Ức chế phi cạnh tranh
 Vmax và Km giảm

35. Ức chế hỗn hợp
 Ảnh hưởng Vmax và
Km

36. Ức chế không cạnh tranh
 Nếu KI = K’I: ức chế không cạnh tranh (noncompetitive
inhibition)
 Km không đổi, Vmax giảm

37. Ức chế không thuận nghịch
 Thường gắn với TTHĐ của enzym
 Làm bất hoạt enzym
 Thường là chất độc mạnh

38. Các chất hoạt hóa
 Là các chất giúp hoạt hóa enzym
 Có thể làm tăng tốc độ phản ứng của enzym
Life Sciences-HHMI Outreach. Copyright 2009 President and Fellows of Harvard College
X
Activator
SubstrateBinding
Site
Active
Site

39. Đại cương về enzym
Cấu trúc phân tử
Cơ chế tác dụng
Động học enzym
Yếu tố ảnh hưởng
Điều hòa enzym

40. Điều hòa enzym
 Điều hòa dị lập thể
 Các yếu tố dị lập thể tương tác với enzym, làm thay đổi khả
năng tạo phức với cơ chất và khả năng xúc tác
 Tạo ra điều hòa ngược điều tiết các con đường trao đổi chất
 Điều hòa homotropic và heterotropic
 Biến đổi cộng hóa trị: thuận nghịch
 Phân giải protein, chuyển hóa tiền chất enzym
(zymogen) thành dạng hoạt hóa

41. x Regulatory
subunit
o
Điều hòa hoạt động enzym
o x
S I
x o
S
S
x
S
o
S
AA
P
o R x
R
+
I
II
or
inhibitor
proteolysis
phosphorylation
cAMP or
calmodulin
or
regulator
effector
P
(-)
(+)
Ức chế Proteolysis
Phosphorylation
Truyền tin
Điều hòa ngược
JuangRH(2004)BCbasics

42. Thắc mắc?