SGK cũ Cơ chế đẻ ngôi chỏm kiểu thế chẩm chậu trái trước.pdf
Enzym-Bac-online-handout-K73.pdf
1. ENZYM
Giảng viên:TS. Nguyễn Xuân Bắc
Email: bacnx@hup.edu.vn
❖TL học tập : Bộ môn Hoá sinh (2015), Hoá sinh học, NXB Y học
❖TL tham khảo : Lehninger, Principles of biochemistry, 7th edition
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
BỘ MÔN HÓA SINH
2. Mục tiêu
1. Trình bày được thành phần cấu tạo, danh pháp, phân loại enzym và
coenzym
2. Trình bày được cấu trúc phân tử và tính đặc hiệu của enzym
3. Giải thích được các đặc tính của trung tâm hoạt động và cơ chế hoạt
động của enzym
4. Phân tích được động học của enzym một cơ chất, có chất ức chế cạnh
tranh và không cạnh tranh
5. Giải thích được các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động và nguyên lý điều
hòa hoạt động enzym
6. Giải thích được một số ứng dụng của enzym trong y dược
3. Nội dung
I. Đại cương về enzym
II. Động học enzym
III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzym
IV. Điều hòa hoạt động enzym
V. Ứng dụng của enzym trong Y Dược
4. I. Đại cương về enzym
1. Khái niệm về enzym
2. Cách gọi tên enzym (Danh pháp)
3. Phân loại enzym
4. Đặc điểm của enzym
5. Thành phần cấu tạo của enzym
6. Cấu trúc phân tử enzym
7. Cơ chế hoạt động xúc tác của enzym
5. 1. Khái niệm về enzym
• Không bị tiêu hao hoặc được sinh ra thêm trong quá trình phản ứng
• Tăng tốc độ nhưng không làm thay đổi hằng số cân bằng của phản ứng
• Bản chất: Phần lớn enzym là protein – mã hóa bởi ¼ số gen của cơ thể;
một số enzym là ARN
ENZYM = CHẤT XÚC TÁC SINH HỌC
6. 2. Cách gọi tên enzym (danh pháp)
1. Tên thường gọi: pepsin, trypsin, chymotrypsin
2. Tên cơ chất + ase: Urease, proteinase (protease)
3. Tên tác dụng + ase: oxidase, transferase, decarboxylase
4. Tên cơ chất + tên tác dụng + ase: lactat dehydrogenase,
tyrosin decarboxylase
7. 3. Phân loại enzym (theo hội hóa sinh quốc tế)
Enzym Loại phản ứng Ví dụ
1. Oxidoreductase Oxy hóa khử -dehydrogenase, -reductase, -oxidase
2. Transferase Vận chuyển nhóm -transferase, -kinase, -polymerase, synthase
3. Hydrolase Thủy phân -lipase, -phosphatase, -glycosidase,
peptidase, nucleosidase (nuclease)
4. Lyase Phân cắt -decarboxylase, -dehydratase, -aldolase
5. Isomerase Đồng phân hóa -isomerase, epimerase, racemase,
synthetase, synthase
6. Ligase Tổng hợp -ligase, -synthetase, -synthase
Ký hiệu: EC 2.7.1.1
ATP + D-glucose ADP + 6-phosphat glucose
2: Loại (vận chuyển)
7: Dưới lớp (vận chuyển gốc phosphat)
1. Nhóm (vận chuyển gốc phosphat vào nhóm –OH)
1. Enzym riêng biệt (D-glucose là chất nhận gốc phosphat)
ATP: glucose phosphotransferase
Hexokinase
https://enzyme.expasy.org
8. 4. Đặc điểm của enzym
• Bản chất protein => có những đặc điểm chung của protein (cấu
trúc, tính chất lý hóa)
• Đặc điểm riêng của enzym: (1) Khả năng xúc tác cao; (2) Đặc
hiệu: Cả loại phản ứng và cơ chất
9. Khả năng xúc tác của enzym
Enzym
Thời gian bán hủy
khi không có enzym
Tốc độ p/ư (kcat)
không enzym (số pt/s)
Tốc độ p/ư (kcat)
có enzym (số pt/s)
Hệ số tăng
tốc độ phản ứng
năm
năm
năm
năm
tuần
ngày
giờ
giây
Ghi chú:
OMP decarboxylase: Orotidine 5'-phosphate decarboxylase (Enzym trong tổng hợp pyrimydin)
AMP: Adenosin monophosphat
kcat: số chuyển hóa (catalytic number) của enzym
10. Tính đặc hiệu của enzym
Khái niệm: Mỗi enzym chỉ có khả năng xúc tác cho sự chuyển
hóa một hay một số chất nhất định, theo một kiểu phản ứng nhất
định.
• Đặc hiệu kiểu phản ứng: chỉ xúc tác cho 1 phản ứng hoặc các
phản ứng gần giống nhau: phản ứng thủy phân.
• Đặc hiệu cơ chất: Biến đổi 1 cơ chất hoặc nhóm cơ chất gần
giống nhau: đặc hiệu tuyệt đối, đặc hiệu nhóm tuyệt đối, đặc
hiệu nhóm tương đối, đặc hiệu quang học. (Tự học ví dụ)
Ví dụ: protease
11. Tính đặc hiệu của enzym
• Đặc hiệu kiểu phản ứng:
Liên kết peptid
Liên kết este
12. Tính đặc hiệu của enzym
• Đặc hiệu cơ chất: papain, trypsin,
thrombin
Trypsin
Thrombin
13. Mô hình “Khóa và chìa khóa”
(Fisher-1890)
Mô hình “Nhận diện cảm ứng”
Cơ chất
Phức hợp ES
Enzym
Cơ chất
Enzym
Phức hợp ES
TTHĐ
Tính đặc hiệu của enzym
14. Đặc điểm chung của TTHĐ
1. Thường có các acid amin có nhóm chức đặc biệt:
serin (-OH), cysteine (-SH)
glutamic (-COO-), lysin (-NH3
+), histitin (imidazole)
tryptophan, phenylalanine, valin (các nhóm kỵ nước).
2. Cơ chất thường gắn với enzym bằng các liên kết yếu (hydro, ion, kị nước)
3. Chỉ chiếm một phần nhỏ phân tử enzym, tối thiểu khoảng 100 acid amin
(các acid amin khác hỗ trợ cấu trúc phù hợp của TT hđ). Một enzym có thể có
một hay nhiều TTHĐ.
4. Có môi trường riêng biệt: Không có H2O (trừ khi nước là chất tham gia phản
ứng). Môi trường không phân cực giúp tăng gắn cơ chất và tăng khả năng xúc
tác.
15. 5. Thành phần cấu tạo của enzym
Enzym thuần = protein (đơn giản) Enzym phức tạp = protein (apoenzym)
+ chất cộng tác (cofactor)
Trypsin
Carbonic
anhydrase
Cofactor: coenzym (hợp chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ), kim loại
16. Coenzym oxy hóa khử (vận chuyển điện tử) (1)
FAD-Flavin adenin dinucleotid
FMN-Flavin mononucleotid
Vị trí phản ứng (trên nhân
flavin –d/c của isoalloxazine)
Vị trí phản ứng (trên nhân
nicotinamide)
NAD+-Nicotinamid adenin dinucleotid
NADP+-Nicotinamid adenin dinucleotid phosphat
2e, 1H+ 2e, 2H+
2’
Nicotinamid (vit B3)
Riboflavin (vit B2)
Coenzym nicotinamid Coenzym flavin
Ví dụ enzym: SV tự liệt kê các enzym
sau khi đã học chuyển hóa các chất
17. Coenzym hem
Fe2+ Fe3+
Ví dụ enzym: catalase, peroxidase,
monooxygenase, dioxygenase,
cytochrom oxidase
Coenzym oxy hóa khử (vận chuyển điện tử) (2)
Coenzym Q (CoQ)
CoQ10: n=10 (ĐV có vú)
Acid lipoic Acid dihydrolipoic
Ví dụ enzym: α-ketoglutarat dehydrogenase,
pyruvate dehydrogenase, ketoacid dehydrogenase,
2-oxoadipate dehydrogenase
Coezym từ acid lipoic
Số e được v/c:?
1e
18. Coenzym vận chuyển nhóm
Coenzym A: VC nhóm acyl
Vị trí phản ứng
Thiamin pyrophosphat (TPP): VC nhóm aldehyd (tách nhóm CO2);
Pyridoxal phosphat: VC nhóm amin;
Biocytin: VC nhóm carboxyl;
Tetrahydrofolat: VC 1 đơn vị carbon;
5’-deoxyadenosyl cobalamin: VC nhóm methyl
Nguồn gốc của các coenzym, ví dụ enzym? (SV tự tìm hiểu)
19. ion kim loại
ion Enzym
Cu2+ Cytochrom oxidase
K+ Pyruvat kinase
Mg2+ Hexokinase, glucose-6-phosphatase, pyruvate kinase
Mn2+ Arginase, ribonucleotide reductase,
Ni2+ Urease
Zn2+ Carbonic andydarse, alcolhol dehydrogenase,
carboxypeptidase A và B
20. 6. Cấu trúc phân tử enzym
• Cấu trúc trung tâm hoạt động
• Cấu trúc của cofactor (coenzym, kim loại)
• Các dạng cấu trúc của phân tử enzym:
Enzym đơn chuỗi
Enzym đa chuỗi (polyzym)
Enzym dị lập thể
Isoenzym/isozym
Phức hợp đa enzym (Multienzym)
Tiền chất enzym (Zymogen/proenzym)
22. Enzym làm tăng tốc độ phản ứng
Không làm thay đổi cân bằng phản ứng
TT chuyển tiếp X‡
Không xt
Có xt
của
phản ứng
Sản phẩm
Cơ chất
Năng
lượng
tự
do
Chiều phản ứng
23. Cơ chế enzym làm giảm năng lượng hoạt hóa
• Gắn đồng thời các cơ chất vào TTHĐ để các cơ chất tiếp xúc gần
nhau
• Sử dụng năng lượng liên kết (Binding energy)
• Tạo liên kết cộng hóa trị (chymotrypsin)
• Acid-base: cho nhận proton giữa enzym và trạng thái trung gian
• Ion kim loại: tạo tác nhân ái nhân, ái điện tử, ổn định điện tích âm
trên chất trung gian, cầu nối giữa enzym và cơ chất làm tăng
năng lượng gắn và giữ cơ chất ở cấu hình phù hợp cho phản
ứng xảy ra
24. Cơ chế cho nhận proton (acid-base)
Acid amin
Dạng acid
(cho proton)
Dạng base
(nhận proton)
25. ĐẠI CƯƠNG VỀ ENZYM
1. Khái niệm về enzym
2. Cách gọi tên enzym (Danh pháp)
3. Phân loại enzym
4. Đặc điểm của enzym
5. Thành phần cấu tạo của enzym
6. Cấu trúc phân tử enzym
7. Cơ chế hoạt động xúc tác của enzym
26. 1. Động học phản ứng enzym một cơ chất
2. Động học enzym có chất ức chế
3. Động học enzym có nhiều cơ chất (đọc thêm)
4. Các enzym không tuân theo động học M-M (đọc thêm)
II. ĐỘNG HỌC ENZYM
27. Khái niệm: Sự nghiên cứu tốc độ các phản ứng có sự xúc tác
của enzym
Vai trò: nghiên cứu các đặc tính xúc tác của enzym
ĐỘNG HỌC ENZYM
28. Một số khái niệm
• Tốc độ p/ư enzym: lượng S bị biến đổi (hoặc P tạo thành) do t/d của E trong một đv t/g
• Tốc độ ban đầu (Vo): t~0 (tốc độ p/ư chưa ảnh hưởng bởi sự thay đổi
của t°, pH, [S], [P]) (Đ/v: M/s)
• Tốc độ cực đại (Vmax): khi E bão hòa S
Tốc độ phản ứng
Tốc
độ
ban
đầu
Nồng độ cơ chất
Sản
phẩm
Thời gian
Cân bằng
[S]
29. • Phản ứng bậc 1:
• Phản ứng bậc 2:
• Phản ứng bậc 0: V=k, không phụ thuộc nồng độ cơ chất
• Phản ứng bậc 1 giả: V chỉ phụ thuộc A, không phụ thuộc B (nồng độ B rất cao)
Một số khái niệm
k: hằng số tốc độ (s-1)
k: hằng số tốc độ (M-1s-1)
Bậc phản ứng
Tốc
độ
ban
đầu
Nồng độ cơ chất
V=k
Phương trình
Michaelis-Menten
Hyperbol
30. (2) Khi t ~ 0
Tốc độ tạo thành ES
Tốc độ phân hủy ES
(3) Giả thuyết “trạng thái ổn
định”
1. Động học phản ứng enzym một cơ chất
(1) Pư 2 giai đoạn
Hằng số
Michaelis-Menten
31. • [S]<<KM ([S]<1/100 KM)
P/ư bậc 1:
• [S]>>KM ([S]>100 KM)
P/ư bậc 0:
• [S] = KM:
Tốc
độ
ban
đầu
Nồng độ cơ chất
Phương trình
Michaelis-Menten
Bài tập về nhà 1 (assignment):
Hãy chứng minh phương trình
Michaelis-Menten
32. Ý nghĩa của KM
• KM = [S] khi ½ số TTHĐ
được gắn với S (V=1/2 Vmax)
(1) Tính [S] cần thiết để p/ư
xảy ra đáng kể
• KM ~ [S]in vivo => (2) tính [S]in vivo
• Nếu k-1 >> k2:
(3) KM thể hiện ái lực lk E-S
Enzym Cơ chất
= KM
33. Ý nghĩa của Vmax
Số chuyển hóa của một số enzym
Số chuyển
hóa/giây
Enzym
(1) Vmax cho biết số chuyển hóa kcat (hằng số xúc tác-số phân tử
cơ chất được chuyển hóa bởi 1 phân tử enzym trong
một đơn vị thời gian khi enzym bão hòa cơ chất)
(2) Xác định tỷ lệ TTHĐ gắn cơ chất
34. Hằng số đặc hiệu của một số cơ chất của chymotrypsin
Acid amin trong este Gốc acid amin
(3) Xác định Hằng số đặc hiệu:
đo lường hiệu quả xúc tác của enzym
( )
35. Xác định KM và Vmax
• Phương trình Lineweaver-Burk
Giao trục hoành
Giao
trục
tung
Độ
dốc
36. 2. Động học enzym có chất ức chế
• Chất ức chế cạnh tranh
• Chất ức chế không cạnh tranh
Chất ư/c
cạnh tranh Chất ư/c không
cạnh tranh
Cơ chất
37. Động học enzym có chất ức chế cạnh tranh
Hằng số phân ly chất ức chế:
Thuốc: ibuprofen, các statin
Tốc
độ
tương
đối
Nồng độ cơ chất
Không có
chất ư/c
Đặc điểm:
• KM tăng
• Vmax không thay đổi
• Tăng [S] có thể làm mất ức chế
Hằng số
phân ly E-I
38. Noncompetitive (doxycyclin + collagenase)
Động học enzym có chất ức chế không cạnh tranh
Đặc điểm:
• KM không thay đổi
• Vmax giảm
• Tăng [S] không làm mất ức chế
Tốc
độ
tương
đối
Nồng độ cơ chất
Không có
chất ư/c
39. 3. Động học enzym có nhiều cơ chất (1)
• Theo thứ tự (Tất cả cơ chất gắn vào E, sau đó mới tạo thành SP) (1)
40. 3. Động học enzym có nhiều cơ chất (2)
• Theo thứ tự (Tất cả cơ chất gắn vào E, sau đó mới tạo thành SP) (2)
41. 3. Động học enzym có nhiều cơ chất (3)
• Chuyển dịch kép (SP tạo thành xen kẽ các cơ chất gắn vào E)
42. 4. Các enzym không tuân theo động học M-M
Enzym dị lập thể: E nhiều tiểu đv, E nhiều TTHĐ, E có vị trí DLT
- S gắn vào 1 TTHĐ => thay đổi TTHĐ khác trong E, hoặc
- Phân tử điều hòa gắn vào vị trí DLT => thay đổi TTHĐ
điều hòa đáp ứng nhanh nhu cầu của tế bào
E dị lập thể có vai trò điều hòa quan trọng trong các con đường chuyển hóa
Tốc
độ
ban
đầu
Nồng độ cơ chất
43. Một số khái niệm
• Hoạt độ enzym: là khả năng xúc tác phản ứng của enzym
• Đơn vị hoạt độ:
- U (UI) - Đơn vị quốc tế (đơn vị tiêu chuẩn): 1 U = lượng E
xt chuyển hóa 1 µmol S sau 1 phút (µmol/phút) ở đk tiêu chuẩn
- Katal (kat): 1 kat = lượng E xt chuyển hóa 1 mol S sau 1
giây (mol/giây) ở đk tiêu chuẩn; 1 kat =? U
- Hoạt độ riêng: U/mg, U/ml
- Hoạt độ phân tử (kcat số chuyển hóa): số phân tử S được
chuyển hóa bởi 1 phân tử E trong 1 đv t/g (giây)
III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động enzym
44. • Nồng độ cơ chất
• Nồng độ enzym
• Nhiệt độ
• pH môi trường (trypsin 7,8)
• Chất hoạt hóa (Cl-)
• Chất ức chế
• Ánh sáng
• Tia xạ
• Sóng siêu âm
III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzym
1,6 7,8
• Tăng nhiệt độ 10°C:
tốc độ phản ứng tăng 2 lần
• Nhiệt độ thích hợp: 35-45°C
(37oC)
• Ngoại lệ: Papain 70-80oC
20 40 60 toC
50
100
45. IV. Điều hòa hoạt động enzym
1. Điều hòa dị lập thể
2. Tạo isozym
3. Tạo liên kết cộng hóa trị thuận nghịch
4. Loại bỏ bỏ một phần enzym (phân cắt protein)
5. Điều hòa sinh tổng hợp enzym
Thay đổi số lượng E
(5)
Điều hòa enzym
Thay đổi hoạt tính E
(1,2,3,4)
46. 1. Điều hòa dị lập thể
Ghi chú: ATCase - Aspartate transcarbamoylase
Tốc
độ
tạo
thành
N-
carbamoylaspartat
48. 2. Tạo isozym (isoenzym)
Lactat dehydrogenase tim chuột cống
ở các độ tuổi khác nhau
Chuột
trưởng
thành
Tiểu đv H (H-heart)
Tiểu đv M (M-muscle)
Lactat dehydrogenase ở các cơ quan
khác nhau của chuột cống
Tim Thận
Não
Hồng
cầu
Bạch
cầu
Cơ Gan
isozym : Các E cùng xúc tác 1 pư nhưng tồn tại ở
các dạng phân tử ≠, trong cùng một cơ thể, ở các mô ≠ ,
cơ quan ≠ , giai đoạn phát triển ≠
49. 3. Tạo liên kết cộng hóa trị
Ví dụ
Kiểu biến đổi Chất cho nhóm VD E bị biến đổi
50. 4. Loại bỏ một phần enzym (zymogen hoặc proenzym)
• Enzym tiêu hóa
• Enzym trong quá trình đông máu
• Enzym của quá trình chết theo chương trình
Ví dụ: Enzym tiêu hóa
Vị trí tổng hợp Zymogen Enzym hoạt động
Dạ dày
Tụy
Tụy
Tụy
51. 5. Điều hòa sinh tổng hợp enzym
• Cảm ứng, ức chế sinh tổng hợp enzym: thường thông qua điều
hòa quá trình phiên mã (Xem chương Protein)
• Yếu tố điều hòa: Hormon (Xem chương Hormon)
• Đặc điểm: chậm nhưng kinh tế (tiết kiệm nguyên liệu để tổng
hợp enzym-chỉ tổng hợp khi cần thiết)
52. V. Ứng dụng của enzym trong Y Dược
• Xét nghiệm enzym trong chẩn đoán bệnh
• Sử dụng enzym trong các xét nghiệm hóa sinh
• Sử dụng enzym làm thuốc
• Sử dụng thuốc tác dụng trên enzym
• Sử dụng enzym để tổng hợp dược chất
53. • Bệnh lý chuyển hóa di truyền: >100 bệnh
Galactose máu (E: galactose-1-phosphate uridyltransferase),
không dung nạp sữa (E: lactase), tan máu (E: G6PD)
• Thiếu hụt enzym do phẫu thuật dạ dày, tụy
• Chẩn đoán bệnh: ALT, AST, LDH, CK, ALP, ACP
• Thuốc là enzym: urokinase, nattokinase, α-chymotrypsin, asparaginase
• Thuốc tác dụng trên enzym: > 300 thuốc, tác dụng trên >70 enzym
(người, vi khuẩn, virus, nấm)
Vai trò của enzym trong Y dược
