Bài viết được tham vấn chuyên môn cùng Bác sĩ Võ Thị Thùy Trang, Khoa Khám bệnh & Nội khoa - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Đà Nẵng.
Enzyme đóng một vai trò rất lớn trong hoạt động sống hàng ngày của cơ thể con người. Bằng cách liên kết và thay đổi các hợp chất, chúng giúp duy trì tốt hoạt động tại hệ tiêu hóa, hệ thần kinh, cơ bắp và các cơ quan khác.
Enzyme cấu trúc bởi các phân tử protein, có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng hóa học trong cơ thể. Chúng liên kết và biến đổi cấu trúc của các phân tử nhằm phục vụ cho nhiều hoạt động khác nhau như hô hấp, tiêu hóa, chức năng cơ và thần kinh, trong đó tiêu biểu là:
- Hệ tiêu hóa: Enzym giúp cơ thể phá vỡ các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản hơn như glucose, để sử dụng làm năng lượng.
- Sao chép DNA: Mỗi tế bào trong cơ thể đều chứa DNA. Mỗi lần tế bào phân chia, DNA cần được sao chép. Enzyme trợ giúp trong quá trình này bằng cách tháo cuộn DNA và sao chép thông tin.
- Men gan: Gan phân hủy các chất độc trong cơ thể. Để làm điều này, nó cần sự hỗ trợ của nhiều loại enzym khác nhau.
Enzyme giúp gan thực hiện chức năng giải độc
Enzyme tiếp xúc với các phân tử theo mô hình “khóa và chìa khóa”. Mô hình này được giới thiệu lần đầu năm 1894 và cập nhật với tên gọi mô hình khớp cảm ứng.
Ban đầu, theo mô hình “khóa và chìa khóa”, một enzyme chỉ có thể liên kết với một cơ chất phù hợp, tương ứng “ổ khóa” và “chìa khóa”.
Tuy nhiên, theo mô hình khớp cảm ứng, enzyme khi tiếp xúc với cơ chất có thể biến đổi để phù hợp với cơ chất. Nghĩa là một enzyme có thể liên kết với nhiều loại cơ chất khác nhau. Sau khi cơ chất được khóa hoàn toàn và ở đúng vị trí thì quá trình xúc tác bắt đầu.
Enzyme chỉ có thể hoạt động trong những điều kiện nhất định. Hầu hết các enzym trong cơ thể hoạt động tốt nhất ở khoảng 37°C. Ở nhiệt độ thấp hơn, chúng vẫn hoạt động nhưng chậm hơn nhiều. Tương tự, các enzym chỉ có thể hoạt động trong một khoảng pH nhất định phụ thuộc vị trí của chúng trong cơ thể. Ví dụ, các enzym trong ruột hoạt động tốt nhất ở độ pH 7,5, trong khi các enzym trong dạ dày hoạt động tốt nhất ở độ pH 2 vì dạ dày có tính axit hơn nhiều.
Nếu nhiệt độ quá cao / môi trường quá axit / môi trường quá kiềm, enzyme sẽ thay đổi hình dạng gây khó khăn trong việc liên kết với cơ chất.
Nhiệt độ cơ thể 37 độ C là điều kiện tốt để enzyme hoạt động
Một số enzym không thể liên kết với cơ chất cho đến khi cofactor gắn vào. Do đó, cofactor có vai trò như một chiếc cầu kết nối enzyme và cơ chất. Ví dụ, carbonic anhydrase, một loại enzyme giúp duy trì độ pH của cơ thể, không thể liên kết với cơ chất trừ khi nó được gắn vào một ion kẽm.
Để đảm bảo các hệ thống của cơ thể hoạt động chính xác, đôi khi hoạt động của enzym có thể bị ức chế theo một số cách:
- Chất ức chế cạnh tranh [competitive inhibitors]: Ngăn cơ chất gắn với enzyme bằng cách ganh đua với cơ chất để gắn vào enzyme.
- Chất ức chế không cạnh tranh non-competitive inhibitors: Gắn vào enzyme nhưng không phải vị trí hoạt động nhằm giảm hiệu suất làm việc của enzyme.
- Chất ức chế không cạnh tranh uncompetitive inhibitors: Gắn với enzym và cơ chất sau khi chúng đã liên kết với nhau nhằm làm chậm phản ứng, kéo dài thời gian hình thành sản phẩm.
- Chất ức chế không đảo ngược [irreversible inhibitors]: Gắn và làm bất hoạt vĩnh viễn enzym.
Enzyme có thể bị bất hoạt hoặc giảm hiệu suất khi bị một số chất ức chế tác động
Có hàng ngàn loại enzyme trong cơ thể con người, các loại enzyme dưới đây chỉ là một vài ví dụ điển hình:
- Lipase: Giúp tiêu hóa chất béo tại ruột.
- Amylase: Giúp chuyển hóa tinh bột thành đường.
- Maltase: Giúp chuyển hóa đường maltose thành glucose. Maltose được tìm thấy trong các loại thực phẩm như khoai tây, mì ống và bia.
- Trypsin: Giúp chuyển hóa protein thành các axit amin. Trypsin được tiết ở trong ruột non.
- Lactase: Cũng được tìm thấy ở ruột non, giúp chuyển hóa lactose thành glucose và galactose.
- Acetylcholinesterase: Giúp phân hủy chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine trong dây thần kinh và cơ.
- Helicase: Enzyme tháo xoắn DNA.
- DNA polymerase: Tổng hợp DNA từ deoxyribonucleotide.
Enzyme đóng một vai trò rất lớn trong hoạt động sống hàng ngày của cơ thể con người. Bằng cách liên kết và thay đổi các hợp chất, các enzyme duy trì tốt hoạt động tại hệ tiêu hóa, hệ thần kinh, cơ bắp và các cơ quan khác.
Để được tư vấn trực tiếp, Quý Khách vui lòng bấm số 1900 232 389 [phím 0 để gọi Vinmec] hoặc đăng ký lịch khám tại viện TẠI ĐÂY. Nếu có nhu cầu tư vấn sức khỏe từ xa cùng bác sĩ Vinmec, quý khách đặt lịch tư vấn TẠI ĐÂY. Tải ứng dụng độc quyền MyVinmec để đặt lịch nhanh hơn, theo dõi lịch tiện lợi hơn
Nguồn tham khảo: medicalnewstoday.com, livescience.com
XEM THÊM:
I. ENZIM
- Là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong tế bào sống. Enzim làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
1. Cấu trúc
- Thành phần enzim có thể là prôtêin hoặc prôtêin kết hợp với chất khác.
- Enzim có vùng trung tâm hoạt động:
+ Là một chỗ lõm hoặc khe nhỏ trên bề mặt enzim để kết hợp với cơ chất.
+ Cấu hình không gian của enzim tương ứng với cấu hình của cơ chất.
2. Cơ chế tác động
- Enzim + Cơ chất $ \longrightarrow$ Enzim – cơ chất $ \longrightarrow$ Enzim tương tác với cơ chất để tạo thành sản phẩm và enzim được giải phóng.
$ \Longrightarrow$ Liên kết enzim – cơ chất mang tính đặc thù $ \longrightarrow$ Mỗi enzim chỉ xúc tác cho 1 phản ứng.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim
- Nhiệt độ: Mỗi enzim có một nhiệt độ tối ưu, tại đó enzim có hoạt tính tối đa làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất.
- Độ pH: Mỗi enzim có một độ pH thích hợp [đa số pH = 6 – 8].
- Nồng độ cơ chất: Với một lượng enzim xác định, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì lúc đầu hoạt tính của enzim tăng sau đó không tăng.
- Chất ức chế hoặc hoạt hóa enzim: Có thể làm tăng hoặc ức chế hoạt tính của enzim.
- Nồng độ enzim: Với một lượng cơ chất xác định, khi nồng độ enzim càng cao thì hoạt tính của enzim càng tăng.
II. VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT
- Enzim xúc tác phản ứng sinh hóa trong tế bào.
- Tế bào tự điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzim bằng các chất hoạt hóa hay ức chế.
- Ức chế ngược là kiểu điều hòa trong đó sản phẩm của con đường chuyển hóa quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt enzim xúc tác cho phản ứng ở đầu con đường chuyển hóa.
Page 2
SureLRN
Lời giải chi tiết:
- Trong phân tử enzim có cấu trúc không gian đặc biệt gọi là trung tâm hoạt động tương thích với cấu hình không gian của cơ chất mà nó tác động, là nơi enzim liên kết tạm thời với cơ chất.
- Khi xúc tác: Enzim liên kết với cơ chất → enzim-cơ chất → enzim tương tác với cơ chất → enzim biến đổi cấu hình cho phù hợp với cơ chất → giải phóng enzim và sản phẩm.
Enzim không bị biến đổi, không bị mất đi sau phản ứng mà có thể tiếp tục liên kết với các phân tử cơ chất tiếp theo → với 1 lượng nhỏ mà tốc độ phản ứng vẫn nhanh hơn xúc tác hóa học.
- Do cấu trúc của trung tâm hoạt động của enzim mỗi loại enzim chỉ tác động lên một loại hoặc một số loại cơ chất nhất định → Tính đặc thù của enzim. Enzim sẽ không bị phản ứng với các chất không cần thiết lẫn trong hỗn hợp → tốc độ phản ứng tăng.
Xúc tác enzym [Enzym catalysis] là sự gia tăng tốc độ phản ứng trong một phản ứng hóa học, do enzym [một loại phân tử sinh học] tiến hành. Trong enzym, xúc tác thường xảy ra tại một vị trí nhất định được gọi là vị trí hoạt động.
Hầu hết enzym có bản chất là protein, cấu tạo hoặc một chuỗi protein đơn hoặc nhiều chuỗi như vậy trong một phức hợp đa tiểu đơn vị. Enzym cũng thường kết hợp các thành phần phi protein [không phải protein], chẳng hạn như ion kim loại hoặc phân tử hữu cơ chuyên biệt được gọi là cofactor [tạm dịch là đồng yếu tố, ví dụ: adenosin triphosphat]. Nhiều cofactor là vitamin làm chất xúc tác sinh học trong trao đổi chất. Xúc tác các phản ứng hóa sinh trong tế bào rất quan trọng, vì hầu như phản ứng quan trọng trong chuyển hóa đều có tốc độ phản ứng rất thấp nếu không được xúc tác. Động lực của sự "tiến hóa" protein chính là tối ưu hóa khả năng xúc tác. Tuy nhiên chỉ có vài enzym quan trọng nhất mới đạt được ngưỡng gần tối ưu hóa hiệu suất xúc tác, còn lại phần lớn enzym vẫn ở xa ngưỡng tối ưu. Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến xúc tác enzym gồm: xúc tác acid và base nói chung, rào cản entropy, hiệu ứng định hướng [tức là nguyên tắc chìa khóa-ổ khóa], các hiệu ứng liên quan đến động học protein.[1]
Cơ chế xúc tác của các enzym là khác nhau, nhưng tất cả cơ chế này tựu chung một nguyên tắc của chất xúc tác hóa học: giảm [một hoặc nhiều] hàng rào năng lượng cản trở các chất phản ứng [hoặc cơ chất] khỏi sản phẩm.[2] Việc giảm năng lượng hoạt hóa [Ea] làm tăng số lượng phân tử chất tham gia phản ứng "vượt qua" hàng rào năng lượng này và tạo thành sản phẩm phản ứng. Như vậy, chất xúc tác chỉ làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, cho nên enzym luôn xúc tác phản ứng diễn ra theo cả hai chiều, tức là chỉ làm tăng tốc độ phản ứng chứ không làm thay đổi cân bằng hóa học. Vì mang bản chất là chất xúc tác, enzym không bị thêm mất hoặc biến đổi, các phân tử này được tái sử dụng để trở thành một enzym duy nhất thực hiện nhiều vòng xúc tác.
Enzym thường có tính đặc hiệu cao và chỉ hoạt động trên một số cơ chất nhất định. Một số enzym có tính đặc hiệu tuyệt đối, nghĩa là enzym chỉ hoạt động trên một cơ chất. Trong khi đó, có nhiều enzym thể hiện tính đặc hiệu nhóm chức, có thể hoạt động trên các nhóm chức hóa học tương tự nhau [không giống nhau hoàn toàn], chẳng hạn như liên kết peptid. Nhiều enzym có tính đặc hiệu lập thể, chỉ hoạt động trên đồng phân lập thể này chứ không phải đồng phân lập thể khác.[3]
- Bộ ba xúc tác [Catalytic triad]
- Thử nghiệm enzym
- Chất ức chế enzym
- Động học enzym
- Động học protein
- Pseudoenzym, enzym có mặt ở khắp nơi nhưng không thực hiện hoạt động xúc tác
- Xuyên hầm lượng tử
- ^ Kamerlin, S. C.; Warshel, A [2010]. “At the dawn of the 21st century: Is dynamics the missing link for understanding enzyme catalysis?”. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 78 [6]: 1339–75. doi:10.1002/prot.22654. PMC 2841229. PMID 20099310.
- ^ Srinivasan, Bharath [ngày 27 tháng 9 năm 2020]. “Words of advice: teaching enzyme kinetics”. The FEBS Journal. doi:10.1111/febs.15537. ISSN 1742-464X.
- ^ Laidler, Keith J. [1978]. Physical Chemistry with Biological Applications. Benjamin/Cummings. tr. 427. ISBN 0-8053-5680-0.
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Xúc_tác_enzym&oldid=68457171”