Khái niệm và cấu trúc Enzyme

Trao đổi chất hay chuyển hóa vật chất là toàn bộ các hóa trình hóa học xảy ra trong tế bào. Phần lớn các phản ứng xảy ra trong tế bào được điều hòa bởi chất xúc tác đạc biệt gọi là emzyme.

Enzyme là chất xúc tác sinh học có các tính chất sau:

(1) Enzyme không gây ra phản ứng mà làm giảm năng lượng hoạt hóa (activation energy) của các phản ứng hóa học, do đó làm tăng tốc độ của các phản ứng. Điều này là bởi vì khi enzyme liên kết với các cơ chất tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất làm cấu trúc nội tại của cơ chất thay đổi theo chiều hướng giảm năng lượng hoạt hóa.

(2) Enzyme không bị bị biến đổi hay mất đi và có thể sử dụng nhiều lần trong các phản ứng của tế bào. Sau phản ứng enzyme được giải phóng.

(3) Chỉ cần một lượng nhỏ enzyme so với cơ chất cũng xúc tác được phản ứng.

(4) Enzyme có tính đặc hiệu cao. Tính đặc hiệu của enzyme thể hiện ở các cấp độ khác nhau. Mỗi ezyme chỉ xúc tác cho một kiểu phản ứng nhất định, một cơ chất nhất định hay một loại đồng phân nhất định của cơ chất đó.

(5) Không phải mọi tế bào cùng chứa một hệ enzyme. Điều đó giải thích tại sao có nhiều hơn một loại tế bào

Bản chất hóa học của enzyme là protein hình cầu có thể chia enzyme thành hai nhóm lớn sau:

Enzyme đơn giản-enzyme một thành phần nghĩa là khi thủy phân chỉ cho một thành phần duy nhất là amino acid. Hoạt tính của enzyme này chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của protein.

Enzyme phức tạp: Ngoài thành phần protein gọi là apoezyme, enzyme còn chứa thêm nhóm không phải là protein gọi là cofactors. Nhóm ngoại này rất đa dạng. Có thể phân biệt ba nhóm ngoại cơ bản:

(1) Nếu nhóm ngoại là các phân tử hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp thì gọi là coenzyme, thường bắt nguồn từ vitamin chứ không từ amino acid. Coenzyme liên kết thuận nghịch với enzyme, tham gia trực tiếp trong các phản ứng mà enzyme xúc tác.

Ví dụ: NAD và FAD là hai coenzyme như chất mang điện tử và H cho nhiều phản ứng oxi hóa khử có enzyme xúc tác trong tế bào.

(2) Nhóm phụ gia (prosthetic group) tương tự như coezyme nhưng gắn chặt với protein enzyme bằng liên kết hóa trị chẳng hạn như enzyme catalase. Giống như coenzyme nhóm prosthetic thường là thành phần cơ bản trong cơ chế xúc tác của enzyme.

(3) Nhóm ngoại là các ion kim loại như Fe, Mn, Cu, Ca, Zn. CÁc ion có vai trò ổn định cấu trúc của enzyme và cơ chất hoạc có thể tham gia trực tiếp phản ứng chẳng hạn như cytochrome chứa Fe tham gia vào chuỗi chuyền điện tử.

Một số enzyme đòi hỏi cả hai thành phần để có hoạt tính xúc tác. Nhóm ngoại thường ổn định nhiệt trong khi protein enzyme bị biến tính khi bị đun nóng. Phức hệ enzyme-cofactor có hoạt tính xúc tác gọi là holoenzyme. Khi cofactor bị loại bỏ thì phần protein (apoenzyme) còn lại mất hoạt tính xúc tác.

Trên bề mặt của các enzyme có một hoạc một số khe, túi- chỗ lõm gọi là vị trí hoạt động (active site) nơi xảy ra hoạt động xúc tác của enzyme.