Đang tải... (xem toàn văn)
bài giảng công nghệ protein enzyme chương 5 động học enzyme
1 1 Đ Đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c Enzyme c Enzyme Ý ngh Ý ngh ĩ ĩ a c a c ủ ủ a vi a vi ệ ệ c nghiên c c nghiên c ứ ứ u đ u đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c enzyme c enzyme Nghiên c Nghiên c ứ ứ u đ u đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c enzyme l c enzyme l à à nghiên c nghiên c ứ ứ u u ả ả nh hư nh hư ở ở ng ng c c ủ ủ a c a c á á c y c y ế ế u t u t ố ố : n : n ồ ồ ng đ ng đ ộ ộ cơ ch cơ ch ấ ấ t, t, enzyme, pH mô enzyme, pH mô i i trư trư ờ ờ ng, nhi ng, nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ , c , c á á c ch c ch ấ ấ t k t k ì ì m hãm m hãm … … đ đ ế ế n t n t ố ố c đ c đ ộ ộ ph ph ả ả n n ứ ứ ng do enzyme x ng do enzyme x ú ú c t c t á á c. Vi c. Vi ệ ệ c nghiên c c nghiên c ứ ứ u đ u đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c c enzyme s enzyme s ẽ ẽ cho ta bi cho ta bi ế ế t đư t đư ợ ợ c c c c á á c v c v ấ ấ n đ n đ ề ề sau đây sau đây : : - - C C ó ó th th ể ể bi bi ế ế t đư t đư ợ ợ c cơ ch c cơ ch ế ế phân t phân t ử ử c c ủ ủ a s a s ự ự t t á á c đ c đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a a enzyme. enzyme. - - Cho ph Cho ph é é p ta hi p ta hi ể ể u bi u bi ế ế t đư t đư ợ ợ c m c m ố ố i quan h i quan h ệ ệ v v ề ề m m ặ ặ t lư t lư ợ ợ ng ng c c ủ ủ a qu a qu á á tr tr ì ì nh enzyme. nh enzyme. 2 2 Đ Đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c Enzyme c Enzyme - - Th Th ấ ấ y đư y đư ợ ợ c vai trò quan tr c vai trò quan tr ọ ọ ng c ng c ả ả v v ề ề m m ặ ặ t lý lu t lý lu ậ ậ n l n l ẫ ẫ n n th th ự ự c ti c ti ễ ễ n: khi l n: khi l ự ự a ch a ch ọ ọ n c n c á á c đơn v c đơn v ị ị ho ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ ng enzyme ng enzyme ngư ngư ờ ờ i ta c i ta c ầ ầ n ph n ph ả ả i bi i bi ế ế t nh t nh ữ ữ ng đi ng đi ề ề u ki u ki ệ ệ n t n t ố ố t nh t nh ấ ấ t đ t đ ố ố i v i v ớ ớ i i ho ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a enzyme, c a enzyme, c ũ ũ ng như c ng như c ầ ầ n ph n ph ả ả i bi i bi ế ế t đư t đư ợ ợ c c c c á á c c y y ế ế u t u t ố ố ả ả nh hư nh hư ở ở ng đ ng đ ế ế n ho n ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a ch a ch ú ú ng. ng. - - L L à à đi đi ề ề u ki u ki ệ ệ n c n c ầ ầ n thi n thi ế ế t đ t đ ể ể th th ự ự c hi c hi ệ ệ n t n t ố ố t c t c á á c bư c bư ớ ớ c tinh c tinh ch ch ế ế enzyme, v enzyme, v ì ì ngư ngư ờ ờ i ta c i ta c ầ ầ n ph n ph ả ả i ki i ki ể ể m tra v m tra v ề ề m m ặ ặ t lư t lư ợ ợ ng ng b b ằ ằ ng c ng c á á ch x ch x á á c đ c đ ị ị nh c nh c ó ó h h ệ ệ th th ố ố ng ho ng ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a ch a ch ế ế ph ph ẩ ẩ m enzyme trong c m enzyme trong c á á c giai đo c giai đo ạ ạ n tinh ch n tinh ch ế ế . . 3 3 Đ Đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c c c c á á c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng ng enzyme enzyme Ả Ả nh hư nh hư ở ở ng c ng c ủ ủ a n a n ồ ồ ng đ ng đ ộ ộ enzyme enzyme Trong đi Trong đi ề ề u ki u ki ệ ệ n dư th n dư th ừ ừ a cơ ch a cơ ch ấ ấ t, ngh t, ngh ĩ ĩ a l a l à à [S] >>[E] th [S] >>[E] th ì ì t t ố ố c đ c đ ộ ộ ph ph ả ả n n ứ ứ ng ph ng ph ụ ụ thu thu ộ ộ c v c v à à o [S], v= K[E] c o [S], v= K[E] c ó ó d d ạ ạ ng ng y=ax. Nh y=ax. Nh ờ ờ đ đ ó ó ngư ngư ờ ờ i ta đã đo i ta đã đo [E] b [E] b ằ ằ ng c ng c á á ch đo v ch đo v ậ ậ n t n t ố ố c c ph ph ả ả n n ứ ứ ng do enzyme đ ng do enzyme đ ó ó x x ú ú c t c t á á c. c. C C ó ó nhi nhi ề ề u trư u trư ờ ờ ng h ng h ợ ợ p trong môi trư p trong môi trư ờ ờ ng c ng c ó ó ch ch ứ ứ a ch a ch ấ ấ t t k k ì ì m hãm hay ho m hãm hay ho ạ ạ t h t h ó ó a th a th ì ì v v ậ ậ n t n t ố ố c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng do enzyme ng do enzyme x x ú ú c t c t á á c không ph c không ph ụ ụ thu thu ộ ộ c tuy c tuy ế ế n t n t í í nh v nh v ớ ớ i [ i [ E] E] đ đ ó ó 4 4 S S ự ự ph ph ụ ụ thu thu ộ ộ c c c c ủ ủ a v a v ậ ậ n t n t ố ố c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng v ng v à à o [E] o [E] [E] V 5 5 Đ Đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c c c c á á c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng ng enzyme enzyme Ả Ả nh hư nh hư ở ở ng c ng c ủ ủ a n a n ồ ồ ng đ ng đ ộ ộ cơ ch cơ ch ấ ấ t [S] t [S] k k 2 2 [E [E 0 0 ] [S] ] [S] v = v = Km + [S] Với Km= k -1 +k 2 / k 1 (Km: gọi là hằng số Michalis Menten) Phương trình Michelis Menten [S] v = Vmax Km+ [S] ta thấy nồng độ enzyme càng cao thì vận tốc phản ứng enzyme càng lớn. Vận tốc đạt cực đại khi toàn bộ enzyme liên kết với cơ chất, nghĩa là: Vmax= k 2 [E 0 ] 6 6 Bi Bi ế ế n thiên v n thiên v ậ ậ n t n t ố ố c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng ng theo n theo n ồ ồ ng đ ng đ ộ ộ cơ ch cơ ch ấ ấ t t 7 7 Đ Đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c c c c á á c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng ng enzyme enzyme Khi tăng Khi tăng [S] th [S] th ì ì v ph v ph ả ả n n ứ ứ ng tăng ng tăng , , tăng tăng [S] [S] đ đ ế ế n m n m ộ ộ t gi t gi á á tr tr ị ị n n à à o đ o đ ó ó th th ì ì v đ v đ ạ ạ t đ t đ ế ế n gi n gi á á tr tr ị ị v v max max v v à à s s ẽ ẽ không tăng n không tăng n ữ ữ a n a n ế ế u ta v u ta v ẫ ẫ n n ti ti ế ế p t p t ụ ụ c tăng c tăng [S]. [S]. Khi Km = [S] th Khi Km = [S] th ì ì v v 0 0 = = 1/2 1/2 Vmax Vmax Năm Năm 1934. Lineweaver v 1934. Lineweaver v à à Burk Burk , t , t rên cơ s rên cơ s ở ở c c ủ ủ a phương a phương tr tr ì ì nh (5 nh (5 ) ) đã ngh đã ngh ị ị ch đ ch đ ả ả o đ o đ ể ể bi bi ế ế n th n th à à nh d nh d ạ ạ ng đư ng đư ờ ờ ng th ng th ẳ ẳ ng ng y = ax+b y = ax+b , n , n ó ó c c ó ó ý ngh ý ngh ĩ ĩ a l a l ớ ớ n đ n đ ố ố i v i v ớ ớ i vi i vi ệ ệ c nghiên c c nghiên c ứ ứ u u k k ì ì m hãm enzyme. m hãm enzyme. 8 8 Bi Bi ế ế n thiên v n thiên v ậ ậ n t n t ố ố c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng theo n ng theo n ồ ồ ng đ ng đ ộ ộ cơ ch cơ ch ấ ấ t t -1/Km 1/[S] 1/Vmax1/Vmax1/Vmax1/Vmax 1/v max 1/v 9 9 Đ Đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c c c c á á c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng ng enzyme enzyme Ả Ả nh hư nh hư ở ở ng c ng c ủ ủ a ch a ch ấ ấ t k t k ì ì m hãm (inhibitior) m hãm (inhibitior) L L à à ch ch ấ ấ t c t c ó ó t t á á c d c d ụ ụ ng l ng l à à m gi m gi ả ả m ho m ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ hay l hay l à à m enzyme m enzyme không còn kh không còn kh ả ả nâng x nâng x ú ú c t c t á á c bi c bi ế ế n cơ ch n cơ ch ấ ấ t th t th à à nh s nh s ả ả n n ph ph ẩ ẩ m. N m. N ó ó c c ó ó th th ể ể l l à à ch ch ấ ấ t k t k ì ì m hãm thu m hãm thu ậ ậ n ngh n ngh ị ị ch hay b ch hay b ấ ấ t t thu thu ậ ậ n ngh n ngh ị ị ch. ch. K K ì ì m hãm thu m hãm thu ậ ậ n ngh n ngh ị ị ch (reversible inhibition) c ch (reversible inhibition) c ó ó th th ể ể l l à à c c ạ ạ nh tranh (competitive) nh tranh (competitive) , , phi c phi c ạ ạ nh tranh nh tranh (uncompetitive) hay h (uncompetitive) hay h ỗ ỗ n t n t ạ ạ p (mixed). p (mixed). 10 10 K K ì ì m hãm c m hãm c ạ ạ nh tranh (C nh tranh (C ompetitive inhibition) ompetitive inhibition) Trong trư Trong trư ờ ờ ng h ng h ợ ợ p k p k ì ì m hãm c m hãm c ạ ạ nh tranh l nh tranh l à à cơ ch cơ ch ấ ấ t t v v à à ch ch ấ ấ t k t k ì ì m hãm đ m hãm đ ề ề u t u t á á c dung lên trung tâm ho c dung lên trung tâm ho ạ ạ t t đ đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a enzyme, ch a enzyme, ch ấ ấ t k t k ì ì m hãm cho m hãm cho á á n ch n ch ổ ổ c c ủ ủ a a cơ ch cơ ch ấ ấ t t ở ở enzyme. enzyme. [...]... dạng tinh thể, nồng độ enzyme trong dung dịch càng thấp thì càng kém bền, tác động của tia tử ngoại sẽ tăng lên khi nhiệt độ Ví dụ: dưới tác động của tia tử ngoại ở nhiệt độ cao, enzyme amylase nhanh chóng mất 31 hoạt tính Động học các phản ứng enzyme Các yếu tố khác + Sự chiếu điện: Điện chiếu với cường độ càng cao thì tác động phá hủy càng mạnh Tác động sẽ mạnh hơn đối với dịch enzyme có nồng độ thấp... tối thích rất cao như những enzyme của những chủng ưa nhiệt 28 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của pH Sự phân li khác nhau của một phân tử protein ở các giá trị pH khác nhau làm thay đổi tính chất của trung tâm liên kết cơ chất và hoạt động ở phân tử enzyme, dẩn đến giá trị xúc tác khác nhau phụ thuộc vào giá trị pH Như đã biết mỗi enzyme có một pH tối thích, mỗi enzyme có đường biểu diễn ảnh... lực liên kết của enzyme với cơ chất và thay đổi hoạt tính cực đại 30 Ảnh hưởng pH lên hoạt độ enzyme Động học các phản ứng enzyme Các yếu tố khác + Ánh sáng: Có ảnh hưởng khác nhau đến từng loại enzyme, các bước sóng khác nhau có ảnh hưởng khác nhau, thường ánh sáng trắng có tác động mạnh nhất, ánh sáng đỏ có tác động yếu nhất Ánh sáng vùng tử ngoại cũng có thể gây nên những bất lợi, enzyme ở trạng thái... loại 26 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của nhiệt độ Ta có thể tăng vận tốc của một phản ứng hóa học bằng cách tăng nhiệt độ môi trường, hiện tượng này tuân theo quy luật Vant -Hoff Điều này có nghĩa khi tăng nhiệt độ lên 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần Hoạt độ t0 27 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt độ enzyme Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của nhiệt độ Đối với phản ứng do enzyme. .. khi có kìm hãm phi cạnh tranh 1/V 1/Km [I] không có chất kìm hãm 1/[s] 15 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) Kìm hãm hỗn tạp (Mixed inhibition) 16 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) Kìm hãm hỗn tạp (Mixed inhibition) Trong đó, chất kìm hãm không những liên kết với enzyme tự do mà còn liên kết với cả phức hợp ES tạo thành phức hợp EIS... chất enzyme là protein Khi ta tăng nhiệt độ lên trên 40 -50 0C xảy ra quá trình phá hủy chất xúc tác Sau nhiệt độ tối thích tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác sẽ giảm Nhờ tồn tại nhiệt độ tối ưu người ta phân biệt phản ứng hóa sinh với các phản ứng vô cơ thông thường Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối thích khác nhau, phần lớn phụ thuộc nguồn cung cấp enzyme, thông thường ở trong khoảng từ 40600C, cũng có enzyme. .. liên kết nhờ những vị trí đặc biệt của enzyme Đó là một nhóm enzyme quan trọng (enzyme dị lập thể) bên cạnh trung tâm xúc tác còn có trung tâm điểu chỉnh + Cơ chất có thể liên kết với một chất hoạt hóa và bằng cách này nó tách khỏi E 21 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) + Cơ chất có thể choán chổ (ngăn cản) một cofactor hay một coenzyme + Cơ chất có thể ảnh hưởng đến... ứng khác nhau 29 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng pH Ảnh hưởng của giá trị pH đến tác dụng enzyme có thể do các cơ sở sau: a/ Enzyme có sự thay đổi không thuận nghịch ở phạm vi pH cực hẹp b/ Ở hai sườn của pH tối thích có thể xảy ra sự phân ly nhóm prosthetic hay coenzyme c/ Làm thay đổi mức ion hóa hay phân ly cơ chất d/ Làm thay đổi mức ion hóa nhóm chức nhất định trên phân tử enzyme dẫn đến... các yếu tố: nồng độ chất kìm hãm, nồng độ enzyme , thời gian tác dụng Sau đây ta xét các cơ chế tương tác bất thuận nghịch trong điều kiện nồng độ [I]>>[E] 23 23 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) Kìm hãm bất thuận nghịch (irreversible inhibition) Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3 Trường hợp 4 24 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior)... 1/[s] 18 Động học các phản ứng enzyme Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) Trường hợp kìm hãm enzyme bằng nồng độ cao của cơ chất gọi là “kìm hãm cơ chất” như kìm hãm urease khi nồng độ ure cao, ngoài ra còn có các enzyme khác như lactatdehydrogenase, carbonxypeptidase, lipase, pyrophotphatase, photphofructokinase (đối với ATP) Nguyên nhân của những hiện tượng này còn chưa được biết rõ 19 Động học các . h ọ ọ c Enzyme c Enzyme Ý ngh Ý ngh ĩ ĩ a c a c ủ ủ a vi a vi ệ ệ c nghiên c c nghiên c ứ ứ u đ u đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c enzyme c enzyme Nghiên c Nghiên c ứ ứ u đ u đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c enzyme l c enzyme. đ c đ ộ ộ ph ph ả ả n n ứ ứ ng do enzyme x ng do enzyme x ú ú c t c t á á c. Vi c. Vi ệ ệ c nghiên c c nghiên c ứ ứ u đ u đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c c enzyme s enzyme s ẽ ẽ cho ta bi cho ta bi ế ế t. h ệ ệ v v ề ề m m ặ ặ t lư t lư ợ ợ ng ng c c ủ ủ a qu a qu á á tr tr ì ì nh enzyme. nh enzyme. 2 2 Đ Đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c Enzyme c Enzyme - - Th Th ấ ấ y đư y đư ợ ợ c vai trò quan tr c vai trò quan