Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất

I. ENZIM

1. Khái niệm

Enzim là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong tế bào sống. Enzim làm tăng tốc độ của phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.

Phần lớn các enzim được đặt tên bằng cách thêm đuôi -ase vào tên của chất nền (như lactase là enzym phân giải lactose) hay loại phản ứng (như DNA polymerase tạo ra các polymer DNA).

Các enzim khi được phiên chuyển sang tiếng việt thường có đuôi là aza tương ứng với đuôi ase.

2. Cấu trúc của enzim

- Enzim có bản chất là protein hoặc protein kết hợp với chất khác không phải là protein.

- Chất chịu sự tác động của enzim gọi là cơ chất.

- 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.

3. Cơ chế tác động của enzim

- 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.

Cơ chế tác động của enzim

Hình 1. Cơ chế tác động của enzim

- 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 có hoạt tính xúc tác cao hơn so với chất xúc tác hóa học → Hoạt tính mạnh.

4. Các yểu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim

Hoạt tính của enzim được xác định bằng lượng sản phẩm được tạo thành từ một lượng cơ chất trên một đơn vị thời gian.

Hoạt tính của enzim chịu ảnh hưởng của các yếu tố của môi trường:

- Nhiệt độ: Mỗi enzim có một nhiệt độ hoạt động tối ưu, tại đó enzim có hoạt tính tối đa làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất. Trong giới hạn nhiệt hoạt tính của enzim tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Nhiệt độ cao: enzim bị biến tính (do prôtêin bị biến tính), nhiệt độ thấp: enzim ngừng hoạt động.

- 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 enzim và cơ chất: Hoạt tính của enzim thường tỷ lệ thuận với nồng độ enzim và cơ chất.

- Chất ức chế hoặc hoạt hoá enzim: Một số hoá chất có thể làm tăng hoặc giảm hoạt tính của enzim.

5. Ứng dụng của enzyme

- Trong y dược

  • Phân tích xác định nồng độ cơ chất như glucose, cholesterol… với sự hỗ trợ của enzym phục vụ việc xét nghiệm chẩn đoán bệnh, ví dụ dùng để kiểm tra glucose nước tiểu rất nhạy.
  • Xác định hoạt tính xúc tác của enzym trong mẫu sinh vật.
  • Dùng enzym làm thuốc ví dụ protease làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vết thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần của các loại thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm…

- Trong công nghiệp thực phẩm

Enzym là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi. Đặc biệt được dùng trong một số ngành công nghiệp thực phẩm: sản xuất rượu vang, nước quả, quả cô đặc, mứt, nước giải khát, cà phê…

- Trong nông nghiệp

Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzym khác nhau để chuyển hóa các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nông nghiệp: dùng enzym vi sinh vật góp phần trong sản xuất phân hữu cơ thay thế cho phân hóa học.

II. VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT

- Enzim giúp cho các phản ứng sinh hoá trong tế bào diễn ra nhanh hơn (không quyết định chiều phản ứng) tạo điều kiện cho các hoạt động sống của tế bào.

- Tế bào có thể tự điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất để thích ứng với môi trường bằng cách điều chỉnh hoạt tính của các enzim.

- Ức chế ngược là kiểu điều hoà mà trong đó sản phẩm của con đường chuyển hoá quay lại tác động như 1 chât ức chế làm bất hoạt enzim xúc tác cho phản ứng ở đầu con đường chuyển hoá.

- Khi một enzim nào đó trong tế bào không được tổng hợp, tổng hợp quá ít hay bị bất hoạt thì gây nên các rối loạn về chuyển hóa, có thể gây nên các triệu chứng bệnh lí: ví dụ bệnh phêninkêto niệu, thiếu enzim chuyển hóa phêninalanin thành tirôzin làm cho phêninalanin bị ứ đọng, chuyển lên não, đầu độc não, làm mất trí nhớ.

Luyện bài tập vận dụng tại đây!