Tại sao mỗi enzim thường chỉ xúc tác cho một phản ứng nhất định

– Enzim có bản chất là prôtêin, thành phần của nó có thể chỉ là prôtêin hoặc prôtêin liên kết với các chất khác không phải prôtein.

– Enzim có vùng cấu trúc không gian đặc biệt gọi là trung tâm hoạt động, đây là vùng chuyên liên kết với cơ chất, tại đây các cơ chất liên kết tạm thời với enzim và nhờ đó phản ứng được xúc tác.

– Trung tâm hoạt động của enzim có cấu hình không gian phải phù hợp với cấu hình không gian của cơ chất.

– Nhờ enzim mà các quá trình sinh hóa trong cơ thể sống xảy ra rất nhạy với tốc độ lớn trong điều kiện sinh lí bình thường. Khi có enzim xúc tác, tốc độ của một phản ứng có thể tăng hàng triệu lần. Nếu tế bào không có các enzim thì các hoạt động sống không thể duy trì được vì tốc độ của các phản ứng sinh hoá xảy ra quá chậm.

– Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hoá vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của các enzim bằng các chất hoạt hoá hay ức chế. Các chất ức chế đặc hiệu khi liên kết với enzim sẽ làm biến đổi cấu hình của enzim làm cho enzim không thể liên kết được với cơ chất. Ngược lại, các chất hoạt hoá khi liên kết với enzim sẽ làm tăng hoạt tính của enzim.

– Ức chế ngược là kiểu điều hoà trong đó sản phẩm của con đường chuyển hoá quay lại tác động như một chất ức chế, làm bất hoạt enzim xúc tác cho phản ứng ở đầu của con đường chuyển hoá.

– Khi một enzim nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc tổng hợp quá ít hay bị bất hoạt thì sản phẩm không những không được tạo thành mà cơ chất của enzim đó cũng sẽ bị tích luỹ lại gây độc cho tế bào hoặc có thể được chuyển hoá theo con đường phụ thành các chất độc gây nên các triệu chứng bệnh lí. Các bệnh đó ở người được gọi là bệnh rối loạn chuyển hoá.

Các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính của enzim:

– Nhiệt độ: Tốc độ của phản ứng enzim chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Mỗi enzim có một nhiệt độ tối ưu (tại nhiệt độ này enzim có hoạt tính cao nhất). Ví dụ: đa số các enzim ở tế bào của cơ thể người hoạt động tối ưu ở khoảng nhiệt độ 350C – 400C, nhưng enzim của vi khuẩn suối nước nóng lại hoạt động tốt nhất ở 700C hoặc cao hơn. Khi chưa đạt đến nhiệt độ tối ưu của enzim thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng enzim. Tuy nhiên, khi đã qua nhiệt độ tối ưu của enzim thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ phản ứng và có thể enzim bị mất hoàn toàn hoạt tính.

– Độ pH: Mỗi enzim có pH tối ưu riêng. Đa số enzim có pH tối ưu trong khoảng 6 – 8. Có enzim hoạt động tối ưu trong môi trường axit như pepsin (enzim trong dạ dày) hoạt động tối ưu ở pH = 2.

– Nồng độ cơ chất: Với một lượng enzim xác định, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của enzim tăng dần nhưng đến một lúc nào đó thì sự gia tăng về nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính của enzim. Đó là vì tất cả các trung tâm hoạt động của enzim đã được bão hoà bởi cơ chất.

– Nồng độ enzim: Với một lượng cơ chất xác định, nồng độ enzim càng cao thì tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh. Tế bào có thể điều hoà tốc độ chuyển hoá vật chất bằng việc tăng giảm nồng độ enzim trong tế bào.

– Chất ức chế hoặc hoạt hoá enzim: Một số chất hoá học có thể ức chế hoạt động của enzim nên tế bào khi cần ức chế enzim nào đó cũng có thể tạo ra các chất ức chế đặc hiệu cho enzim ấy (Ví dụ: một số chất độc hại từ môi trường như thuốc trừ sâu DDT là những chất ức chế một số enzim quan trọng của hệ thần kinh người và động vật). Một số chất khác khi liên kết với enzim lại làm tăng hoạt tính của enzim.

Enzim + cơ chất → phức hợp enzim-cơ chất → sản phẩm trung gian → sản phẩm + enzim

– Thoạt đầu, enzim liên kết với cơ chất tại trung tâm hoạt động để tạo hợp chất trung gian (enzim – cơ chất). Sau đó, bằng nhiều cách khác nhau, enzim tương tác với cơ chất để tạo ra sản phẩm của phản ứng và giải phóng enzim nguyên vẹn. Enzim được giải phóng lại có thể xúc tác phản ứng với cơ chất mới cùng loại.

– Liên kết enzim – cơ chất mang tính đặc thù, vì thế mỗi loại enzim thường chỉ xúc tác cho một loại phản ứng sinh hoá. Cuối phản ứng, hợp chất đó sẽ phân giải để cho sản phẩm của phản ứng.

Dứa có chứa bromelin còn đu đủ có chứa papain, đều là những enzim có tác dụng thủy phân prôtêin thành các axit amin có tác dụng tốt trong tiêu hóa. Chúng có tác dụng giống pepsin của dạ dày hoăc trypsin của dịch tụy. Vì vậy khi xào thịt bò với dứa sẽ giúp cho thịt được mềm hơn còn ăn thịt bò khô với nộm đu đủ sẽ giúp ích cho việc tiêu hóa.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim nhưng không theo tỉ lệ thuận. Mỗi enzim có một nhiệt độ tối ưu mà tại đó enzim có hoạt tính tối đa. Quá nhiệt độ tối ưu, hoạt tính giảm dần và có thể ngừng hẳn.