CHUONG 1 TONG QUAN ENZYME

Views:
 
Category: Education
     
 

Presentation Description

Chương 1: TỔNG QUAN ENZYME

Comments

Presentation Transcript

slide 1:

1/21/2019 1 CÔNG NGHỆ ENZYME 2 tín chỉ TS. Nguyễn Hoàng Minh Bộ môn CNSH-K.Hóa-ĐHBK nhminhdut.udn.vn 0961544787 Tổng quan enzyme 2

slide 2:

1/21/2019 2 Ứng dụng của enzyme • Y học: • Nattokinase tan huyết khối • Protease: sx mt nuôi vsv sinh kháng sinh thuốc hỗ trợ tiêu hóa • Urease định lượng ure • Glucose oxidase xác định glucose trong nước tiểu Tổng quan enzyme 3 Ứng dụng-hóa học • Dùng enzyme cố định để tổng hợp các hợp chất mong muốn glutathion acid béo alcaloid hormone… • Xử lý nước thải sản xuất cồn amino acid • Làm thuốc thử trong hóa phân tích Tổng quan enzyme 4

slide 3:

1/21/2019 3 Ứng dụng công nghiệp • Protease: làm mềm thịt • Rennin- phomat • Pectinase: nước trái cây rượu vang mứt… • Cellulase: tăng giá trị của nguyên liệu agar đại mạch phế liệu nông nghiệp. • Amylase: bánh mì glucose rượu bia Tổng quan enzyme 5

slide 4:

1/21/2019 4 ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT Chương 1: TỔNG QUAN ENZYME • Định nghĩa enzyme • Lịch sử • Cách gọi tên và cách phân loại • Bản chất hóa học của enzyme • Cấu trúc • Sinh tổng hợp và đặc điểm enzyme • Đặc hiệu enzyme • Cơ chế xúc tác của enzyme: • Động học phản ứng enzyme • Phương thức thực nghiệm xác định các tham số động học • Nhân tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme: • Phương pháp khảo sát và phát hiện các nhóm chức năng của TTHĐ của enzyme • Các dạng phân tử của enzyme ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM ENZYME • Động vật • Thực vật • Vi sinh vật • Quy trình sản xuất chế phẩm enzyme

slide 5:

1/21/2019 5 ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT Chương 3: SẢN XUẤT CÁC CHẾ PHẨM ENZYME TỪ VSV • Nguyên lý điều hòa quá trình sinh tổng hợp enzyme. • Phân lập tuyển chọn và cải tạo giống VSV cho enzyme có hoạt lực cao. • Phương pháp bảo quản giống VSV. • Môi trường nuôi cấy VSV sinh tổng hợp enzyme • Tách và tinh chế enzyme từ VSV ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT Chương 4: ENZYME CỐ ĐỊNH • Giới thiệu chung. • Chất mang • Enzyme • Một số phương pháp chủ yếu tạo enzyme cố định • Một số liên kết trong việc cố định enzyme • Ảnh hưởng của sự cố định đến hoạt tính của enzyme • Các reactor chứa enzyme cố định • Sử dụng enzyme cố định trong y học và trong công nghiệp

slide 6:

1/21/2019 6 ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT Chương 5: NHỮNG XU HƢỚNG MỚI TRONG CÔNG NGHỆ ENZYME • Sàng lọc enzyme • Công nghệ protein Tài liệu tham khảo • Trevor Palmer. Understanding enzymes. Ellis Horwood.1991. • Bryan Cooper. Enzymes in Industry: Production and Applications. Wiley. 2007 • Đặng Thị Thu. Công nghệ enzym. NXB KHKT.2004 • Nguyễn Đức Lượng. Công nghệ enzym. NXB ĐHQG TP HCM.2004 Tổng quan enzyme 12

slide 7:

1/21/2019 7 Đánh giá học phần • Chuyên cần: 10 • Bài tập về nhà: 10 • Seminar: 10 • Giữa kỳ: 20 • Cuối kỳ: 50 Tổng quan enzyme 13 Yêu cầu về seminar Mỗi nhóm 5-6 sv chọn một Bài Báo Khoa Học liên quan đến enzyme lớp trư ở ng nộp danh sách tên bài báo trư ớ c khi làm để tránh trùng lặ p • Tiểu luận 50 : Tổng quan về enzyme 5-10 trang. Trình bày t ất cả thông tin liên quan đến enzyme quan tâm. • Slide 20 : 5 phần đặt vấn đề mục tiêu nghiên cứu quy trình nghiên cứu kết quả và thảo luận kết luận. Yêu c ầu trong phần đặt v ấn đề làm nổi bật phần ứng dụng nổi bật c ủa enzyme. Hình ảnh rõ ràng ít c hữ và trình bày logic. • Thuyết trình 10 - 10 phút trả lời câu hỏi 10 - 10 phút. M ỗi nhóm cử ra m ột bạn nhóm t rưởng. M ỗi nhóm sẽ bốc t hăm t hứ tự để làm MC cho nhóm khác. Nôp bản m ềm và bản c ứng c ủa t iểu luận và slide m ột t uần t rước khi báo cáo. T hời gian báo cáo: sau khi học xong 5 c hương. Tổng quan enzyme 14

slide 8:

1/21/2019 8 Yêu cầu về seminar Ý tưởng m ới liên quan đến enzyme Nhóm tự lên ý t ưởng và t h i ế t kế quy trình công nghệ. Yêu cầ u tính m ới sáng t ạ o kinh tế. • Tiểu luận 50 : Tổng quan về enzyme 5-10 trang. Trình bày tấ t cả thông tin liên quan đến enzyme quan tâm. • Poster 20: trình bày ý tưởng của nhóm trong 10 phút • Thuyết trình 15 - 10 phút trả lời câu hỏi 15 - 10 phút. Tổng quan enzyme 15 Chƣơng 1 TỔNG QUAN ENZYME • Được tạo ra như thế nào • Cấu trúc • Chức năng của enzyme trong tự nhiên • Điểm nổi bật của enzyme • Động học enzyme

slide 9:

1/21/2019 9 Định nghĩa • Enzyme là chất xúc tác sinh học. Chúng được tạo ra trong các tế bào sống. • Chúng làm tăng tốc độ phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào sống và nó không bị phá hủy hay biến mất sau phản ứng. • Các chất tham gia phản ứng được xúc tác bởi enzyme được gọi là cơ chất. Tổng quan enzyme 17 Ưu điểm của enzyme • Enzyme có hiệu suất xúc tác cực kỳ lớn có tính đặc hiệu cao tác dụng trong điều kiện êm dịu có ý nghĩa cao trong y học và thực phẩm do tính an toàn sinh học. • Tạo sản phẩm chất lượng cao ít lẫn sản phẩm phụ dễ tinh sạch • Enzyme không độc và có khả năng bị phân giải thân thiện với môi trường. • Có thể tạo ra dựa vào sự tổng hợp của vsv. Tổng quan enzyme 18

slide 10:

1/21/2019 10 Tổng quan enzyme 19 Tổng quan enzyme 20

slide 11:

1/21/2019 11 Lịch sử phát triển enzyme Tổng quan enzyme 21 Trước TK 17: lên men rượu muối dưa làm tương và nước chấm dựa vào kinh nghiệm Năm 1600: -sự tiêu hóa là sự chuyển hóa hóa học của thức ăn - Ferment: tác nhân gây nên sự chuyển biến các chất Van Helmont Spalanzani Năm 1783: -Dịch dạ dày tiêu hóa thức ăn Năm 1814: -nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hóa tinh bột thành đường ở nhiệt độ thường Gittlieb Kirhoff Anselme Payen Năm 1833: -Thu nhận được enzyme diastate phân giải tinh bột thành đường Lịch sử phát triển enzyme Tổng quan enzyme 22 1856: Enzyme “có tổ chức” và enzyme “không có tổ chức” Louis Pasteur Năm 1836: -Tách được pepsin Theodor Swann Whilhem Kuhne 1877: Sử dụng enzyme để chỉ “enzyme không có tổ chức” và ferment Enzyme “có tổ chức 1871: enzyme như một chất hóa học xúc tác không phụ thuộc vào hoạt động sống của vi sinh vật 1897: Dịch chiết nấm men thu được không chứa tế bào và có khả năng lên men rượu

slide 12:

1/21/2019 12 Lịch sử phát triển enzyme Tổng quan enzyme 23 1894: Lock and Key Theory 1913: Michaelis Menten Kinetics 1922: làm thuần khiết enzyme bằng phương pháp hấp phụ chọn lọc 1926: Tinh thể hóa urease Lịch sử phát triển enzyme Tổng quan enzyme 24 1930 Tinh thể hóa pepsin 1931 Tinh thể hóa trypsin 1944: DNA nhiễm sắc thể chứa thông tin di truyền bắt đầu cho công nghệ di truyền Avery 1951: trình tự amino acid của chuỗi beta thuộc insuline enzyme có cấu trúc bậc một đã được giải mã Sanger và Tuppy 1953: cấu trúc phân tử DNA được khám phá Watson và Crick 1960: Sản xuất glucose nhờ ứng dụng enzyme alpha-amylase 1960: protease từ Bacillus licheniformis - phương pháp nuôi cấy chìm Novozymes 1965: alcalase được sử dụng như chất phụ gia trong công nghệ tẩy rửa Novozymes

slide 13:

1/21/2019 13 Lịch sử phát triển enzyme Tổng quan enzyme 25 1974: sản xuất thành công glucose isomerase cố định 1982: sản xuất insulin có nguồn gốc từ người bằng công nghệ tái tổ hợp genetech-Eli Lily 1988: enzyme Lipolase thương mại đầu tiên được sản xuất từ chủng biến đổi gen Novo Lion Corporation Đầu những năm 1980: công nghệ thông tin được sử dụng mạnh mẽ để phân tích cấu trúc tinh thể của protein Cuối những năm 80: công nghệ protein phát triển tạo ra nhiều sản phẩm protein tái tổ hợp với chi phí sản xuất thấp hơn tạo tiền đề sử dụng enzyme trong công nghiệp. 2010: 20 thị trường hóa chất liên quan đến công nghệ sinh học biofuel 1981: Ribozyme Tổng quan enzyme 26

slide 14:

1/21/2019 14 Tổng quan enzyme 27 Cách gọi tên và phân loại enzyme • Tên thông thường: trypsin pepsin renin… • Tên hệ thống: tên cơ chất đặc hiệu của nó + tên của kiểu phản ứng mà nó xúc tác+ đuôi “ase”. • ví dụ enzyme xúc tác cho sự thủy phân ure carbamid có tên hệ thống là Carbamid-aminohydrodase tên thường dùng là urease Tổng quan enzyme 28

slide 15:

1/21/2019 15 Cách gọi tên và phân loại enzyme • Oxydoreductase: các enzyme xúc tác cho phản ứng oxy hóa- khử • Transferase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng chuyển vị • Hydrolase: các enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân • Lyase: các enzyme xúc tác cho phản ứng phân cắt không cần nước loại nước tọ thành nối đôi hoặc kết hợp phân tử nước vào nối đôi • Isomerase các enzyme xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa • Ligase xúc tác phản ứng tổng hợp có sử dụng liên kết giàu năng lượng ATP Tổng quan enzyme 29 Cách gọi tên và phân loại enzyme Tổng quan enzyme 30

slide 16:

1/21/2019 16 Thành phần cấu tạo của enzyme Tổng quan enzyme 31 Cofactor và coenzyme Tổng quan enzyme 32 Q u y ế t địn h:  k iểu phản ứn g  Độ b ền c ủ a enzyme APOENZYME HOLOENZYME Qu y ế t địn h:  Tính đặ c h iệu  Ho ạ t tính xúc tác c ủ a cofactor

slide 17:

1/21/2019 17 Coenzyme • Tác nhân chuyển nhóm Hydro điện tử các nhóm khác • Có 2 loại: • coenzyme tham gia quá trình trao đổi chất ATP S- adenosinemethionine 5678- tetrahydrobiopterin • coenzyme được chuyển đổi từ vitamin Tổng quan enzyme 33 Ví dụ về cofactor của enzyme catalase • Có 4 cofactor gắn chặt heme • Xúc tác chuyển đổi H 2 O 2 thành H 2 O và O 2 Tổng quan enzyme 34

slide 18:

1/21/2019 18 Tổng quan enzyme 35 Cấu trúc của enzyme Enzyme là các protein hình cầu tan trong nước có chứa ít nhất một trung tâm hoạt động. Tổng quan enzyme 36

slide 19:

1/21/2019 19 Cấu trúc bậc bốn của enzyme • Các enzyme có cấu trúc bậc bốn là enzyme oligomer hoặc polymer do nhiều đơn vị nhỏ cấu tạo nên được gọi là protomer tiểu phần dưới đơn vị mỗi đơn vị nhỏ là một chuỗi polypeptide. • Các protomer: giống hoặc khác nhau về cấu tạo và chức năng. • Các tiểu phần tương tác với nhau bằng các kiểu liên kết kỵ nước liên kết hydrogen một số khác nhờ liên kết disulfide. Tổng quan enzyme 37 Tổng quan enzyme 38

slide 20:

1/21/2019 20 Trung tâm hoạt động Vùng chứa vị trí gắn và vị trí xúc tác gọi là trung tâm hoạt động của E. Đây là phần của phân tử E kết hợp với S trực tiếp xúc tác phản ứng hóa học chuyển hóa phức chất trung gian ES tạo thành P. Sau phản ứng TTHĐ được tiếp tục sử dụng. Tổng quan enzyme 39 Trung tâm hoạt động • Nhiều nhóm chức năng khác nhau của các amino acid phân tử nước liên kết và nhiều khi có cả cofactor. • Nhóm chức năng của các amino acid bao gồm: • nhóm –SH của cysteine • -OH của serine threonine và tyrosine • ε-NH2 của lysine • -COOH của glutamic acid aspartic • vòng imidazol của histidine • indol của tryptophan • nhóm guanidine của arginine Tổng quan enzyme 40

slide 21:

1/21/2019 21 Tổng quan enzyme 41 Fructose-16-bisphosphate aldolase Tổng quan enzyme 42 fructose-16-bisphosphate aldolase grey for carbon red for oxygen blue for nitrogen and orange for phosphorus

slide 22:

1/21/2019 22 Tổng quan enzyme 43 Cấu trúc dị lập thể Tổng quan enzyme 44

slide 23:

1/21/2019 23 Đặc điểm của enzyme • Đặc điểm hóa học • Đặc điểm acid-base • Độ hòa tan Tổng quan enzyme 45 Đặc điểm hóa học • Phụ thuộc nhóm cạnh bên của các amino acid  định lượng enzyme • Ví dụ: • arginine + α-naphthol sodium hypochlorite  màu đỏ phản ứng Sakaguchi • trytophan + glyoxylic acid H 2 SO 4 màu tím phản ứng Hopkins-Cole • Tyrosine + mercuric sulpate + sodiumgia nhiệt  màu đỏ phản ứng Millon. Tổng quan enzyme 46

slide 24:

1/21/2019 24 Đặc điểm acid-base • Tổng điện tích của một phân tử protein phụ thuộc vào mức độ phân ly của các nhóm ion hóa do đó phụ thuộc vào pH. • Enzyme sẽ tích điện dương tại mức pH thấp và tích điện âm tại mức pH cao. Giá trị pH tại đó protein không tích điện được gọi là điểm đẳng điện pI. • Enzyme có hoạt tính xúc tác khi nhóm cạnh bên được ion hóa ở dạng thích hợp do đó hoạt động xúc tác của enzyme phụ thuộc vào pH. Tổng quan enzyme 47 Độ hòa tan • Nồng độ muối: nhỏ tăng độ hòa tan cao giảm độ hòa tan • pH: • quá cao hay thấp  biến tính  giảm độ hòa tan. • pI  kết tụ enzyme • Nồng độ dung môi hữu cơ ethanol aceton  giảm độ hòa tan • Nhiệt độ: tăng ở 40-50 o C. Nếu cao hơn giảm độ hòa tan. Tổng quan enzyme 48

slide 25:

1/21/2019 25 Đặc hiệu của enzyme Mỗi enzyme chỉ xúc tác chuyển hóa được một hoặc một số cơ chất nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định được gọi là tính đặc hiệu của enzyme. • Đặc hiệu kiểu phản ứng • Đặc hiệu theo cơ chất Tổng quan enzyme 49 Đặc hiệu phản ứng  Chỉ xúc tác cho một loại phản ứng nhất định Tổng quan enzyme 50

slide 26:

1/21/2019 26 Đặc hiệu theo cơ chất • Đặc h iệu liên kế t tính đặc h iệu th ấ p: cơ chất tương tự về cấu trúc và có cùng loại liên kết • Đặc h iệu nhóm hay cấ u trúc tính đặc h iệu trung bình: loại liên kết và cấu trúc xung quanh nó • Đặc h iệu cơ ch ấ t tu yệ t đối tính đặc h iệu tu yệ t đối: các enzyme xúc tác trên một loại cơ chất duy nhất • Đặc h iệu quang học: tác dụng với một trong hai dạng đồng phân không gian của cơ chất Tổng quan enzyme 51 Đặc hiệu liên kết Tổng quan enzyme 52

slide 27:

1/21/2019 27 Đặc hiệu nhóm Tổng quan enzyme 53 Đặc hiệu tuyệt đối Tổng quan enzyme 54

slide 28:

1/21/2019 28 Đặc hiệu quang học Tổng quan enzyme 55 Đặc hiệu của enzyme • Thuyết “ba điểm” của Ogston 1894 • Thuyết “ổ khóa và chìa khóa” của Fisher 1890 • Thuyết “mô hình cảm ứng không gian” của Koshland 1958 Tổng quan enzyme 56

slide 29:

1/21/2019 29 Thuyết “ba điểm” của Ogston 1948 • E+S: 3 điểm khác biệt gắn hoặc xúc tác. • Vị trí gắn giữ E và S cố định khớp với nhau và giúp các nhóm phản ứng của S ở gần với vị trí xúc tác của E Tổng quan enzyme 57 Thuyết “ba điểm” của Ogston 1948 • Các amino acid trong TTHĐ không có chức năng gắn hay xúc tác có thể có vai trò quan trọng trong tính đặc hiệu của enzyme không ng ă n c ản sự gắn c ủa cơ c hấ t n hưng l ạ i ng ăn c ản sự gắ n c ủa các phân tử khác có c ấ u trúc hóa học tươn g tự  chức năng của enzyme không chỉ phụ thuộc vào sự gắn và xúc tác trong không gian mà còn phụ thuộc vào môi trƣờng tại TTHĐ  hạn chế của thuyết “3 điểm” Tổng quan enzyme 58

slide 30:

1/21/2019 30 Thuyết “ổ khóa và chìa khóa” của Fisher 1890 • tương tác giữa E và S tạo thành phức hợp ES giống như quan hệ của ổ khóa và chìa khóa hình dạng của E và S bổ sung cho nhau  nghĩa là enzyme nào chỉ xúc tác cho đúng cơ chất đó. • giải thích được tính đặc hiệu tuyệt đối của E nhưng không giải thích được tính đặc hiệu tương đối của E Tổng quan enzyme 59 Thuyết “mô hình cảm ứng không gian” của Koshland 1958 Tổng quan enzyme 60 TTHĐ của E có tính mềm dẻo và linh hoạt có thể biến đổi về cấu hình không gian trong quá trình tương tác với S sao cho phù hợp với S để có thể tạo thành phức hợp ES. Sự gắn của S vào E làm thay đổi cấu hình không gian.

slide 31:

1/21/2019 31 Cơ chế phản ứng Nguyên tắc của Arrhenius và van’Hoff: phân tử chỉ có thể phản ứng chỉ khi nó tiếp xúc với phân tử khác. Tổng quan enzyme 61 Để một phản ứng có thể xảy ra phân tử tham gia va chạm phải có đủ năng lượng để vượt qua hàng rào thế năng hay còn gọi là năng lượng hoạt hóa. MỌI TIẾP XÚC ĐỀU XẢY RA PHẢN ỨNG Cơ chế phản ứng Tổng quan enzyme 62 • Năng lƣợng hoạt hóa là năng lượng tối thiểu cần thiết để hình thành trạng thái chuyển tiếp từ các chất tham gia phản ứng. • Trạng thái chuyển tiếp trạng thái trung gian có mức năng lượng tự do cao nhất trong tất cả các phản ứng không bền vững nên sẽ nhanh chóng bị phá vỡ để hình thành sản phẩm

slide 32:

1/21/2019 32 Tổng quan enzyme 63 Năng lượng hoạt hóa Tổng quan enzyme 64 Năng lượng hoạt hóa được đo bằng cách đo tốc độ phản ứng tại các nhiệt độ khác nhau. Ví dụ H 2 O 2 H 2 O + O 2 Không chất xúc tác: 18 kcal/mol Platin : 117 kcal/mol Catalase: 5 kcal/mol.

slide 33:

1/21/2019 33 Cơ chế phản ứng E làm giảm năng lƣợng hoạt hóa bằng cách kết hợp với S để hình thành trạng thái chuyển tiếp khác có mức năng lƣợng thấp hơn so với trạng thái chuyển tiếp của phản ứng không có sự tham gia của chất xúc tác. Vì thế E làm gia tăng vận tốc phản ứng. Sau phản ứng E lại hồi phục về trạng thái ban đầu để tiếp tục xúc tác. Tổng quan enzyme 65 Mô hình phản ứng sinh học Tổng quan enzyme 66

slide 34:

1/21/2019 34 Quá trình tạo thành phức ES và sự biến đổi phức này thành sản phẩm thường xảy ra qua ba giai đoạn: • E gắn với S bằng các liên kết yếu tư ơn g tác tĩ nh đ i ệ n liên k ết hydro tư ơ n g tác Van der Waals tại TTHĐ tạo phức ES không bền. Phản ứng xảy ra nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp. • Các nhóm chức năng của các gốc amino acid trong TTHĐ tương tác với S xảy ra sự biến đổi S  sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng  S được hoạt hóa dễ dàng tham gia phản ứng hơn. • Sự tách P ra khỏi vị trí gắn đồng thời E được giải phóng ở dạng tự do. Tổng quan enzyme 67 Động học enzyme • Động hóa học là môn khoa học nghiên cứu về t ốc độ p hản ứn g và các nhân tố ảnh hưởng đến t ốc độ phản ứng và cơ c hế c ủa phản ứng hóa học Tổng quan enzyme 68 • Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm của một phản ứng. Nó được đo bằng độ biế n thiên nồng độ c hất phản ứng trong m ột đơn vị t hời gian • Định luật tác dụng khối lƣợng Guldberg và Waage 1867: tốc độ của phản ứng tại mỗi thời điểm tỷ lệ thuận với tích số nồng độ của các tác chất.

slide 35:

1/21/2019 35 Bậc phản ứng • Bậc phản ứng là tổng số mũ của nồng độ các chất phản ứng ở trong biểu thức tính tốc độ phản ứng. aA + bB  cC + dD Vận tốc của phản ứng: Bậc phản ứng: n x+y Tổng quan enzyme 69 Lưu ý: L u ật t ố c độ đ ư ợ c xác đ ị n h dựa trên k ế t qu ả th ự c n gh i ệm. Ví dụ về bậc phản ứng Tổng quan enzyme 70

slide 36:

1/21/2019 36 Ví dụ về bậc phản ứng Tổng quan enzyme 71 Vận tốc đầu • Mức độ hình thành sản phẩm được xác định là một hàm của thời gian đối với một loạt nồng độ cơ chất. • Vận tốc ban đầu của một phản ứng là tốc độ tăng sản phẩm tại thời điểm t0 khi nồng độ sản phẩm thấp Tổng quan enzyme 72

slide 37:

1/21/2019 37 Vận tốc đầu • cho mỗi S được xác định là đường dốc của đường cong tại điểm bắt đầu của phản ứng khi phản ứng nghịch chưa xảy ra. • được xác định bằng cách vẽ một đường tiếp tuyến với đồ thị. Từ đường tiếp tuyến này ta có: 0 2 − 1 2 − 1 Tổng quan enzyme 73 Vận tốc đầu Vận tốc đầu phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của cơ chất tham gia phản ứng. • Đối với phản ứng bậc 1: 0 0 • Phản ứng bậc 2: 0 0 2 • Phản ứng bậc 0: 0 0 0 Tổng quan enzyme 74

slide 38:

1/21/2019 38 Mô hình Michaelis-Menten Phức ES là trung gian cần thiết của phản ứng xúc tác Tổng quan enzyme 75 Khi S thấp: tốc độ tăng khi S tăng Khi S cao: tốc độ phụ thuộc vào E E và S đạt trạng thái tiền-cân bằng nhanh chóng với phức ES. Mô hình Michaelis-Menten Tổng quan enzyme 76

slide 39:

1/21/2019 39 Tốc độ hình thành sản phẩm 2 × 1 Tốc độ hình thành phức ES : 1 1 Tốc độ phân giải phức ES 2 −1 Giả thiết Michaelis Menten là một sự cân bằng giữa E S và ES đã được thiết lập và duy trì sự phân giải phức để tạo ra sản phẩm quá thấp để phá vỡ trạng thái cân bằng này. − Suy ra hằng số −1 1 2 Với là hằng số phân ly của ES. Tổng quan enzyme 77 Nồng độ ban đầu của enzyme 0 bằng tổng nồng độ của enzyme tự do E và nồng độ của enzyme gắn với cơ chất ES. Từ đó suy ra: E 0 - ES 3 Thay 3 vào 2 ta có: 0 − − 0 + 4 Thay thế 4 vào 1 thu được 0 2 0 + 5 Lưu ý khi nồng độ cơ chất rất cao tất cả enzyme sẽ tham gia hình thành phức ES ES 0 . Khi đó thu được vận tốc cực đại 2 0 6 Thay 6 vào phương trình 5 ta có: + 7 Tổng quan enzyme 78

slide 40:

1/21/2019 40 Mô hình Michaelis-Menten • Trong mô hình đơn giản của Michaelis-Menten hằng số Michaelis-Menten K m tương ứng với hằng số phân ly của phức ES. • Giả thiết này đúng với thực nghiệm nhưng không thể áp dụng chung cho tất cả các phản ứng được xúc tác bởi enzyme do có những phản ứng được xúc tác bởi enzyme được thực hiện với tốc độ đủ nhanh để phá vỡ cân bằng tạo ra sản phẩm. Tổng quan enzyme 79 Điều chỉnh của Briggs-Haldane- trạng thái tĩnh Tốc độ hình thành sản phẩm 0 2 1 Tốc độ hình thành phức ES tại thời điểm t là 1 1 . Suy ra tốc độ phá vỡ phức ES tại thời điểm t 2 −1 + 2 Sử dụng giả thiết trạng thái tĩnh dES/dt0 nghĩa là tốc độ hình thành phức ES bằng tốc độ phá vỡ phức ES tại thời điểm t: − + − + − + 8 Tương tự lý giải ở trên ta có E 0 - ES 3 Tổng quan enzyme 80

slide 41:

1/21/2019 41 Thay thế 3 vào 8: 0 − hằng số Michaelis 0 + 9 Thay thế 9 vào 1 thu được 0 2 0 + 10 Do 0 0 nồng độ cơ chất giảm không đáng kể. Vận tốc đạt giá trị lớn nhất khi toàn bộ enzyme liên kết với cơ chất nghĩa là ES 0 . Từ đó ta có 2 0 6 Suy ra + tại nồng độ enyme 0 không đổi 11 • 11 là phƣơng trình Michaelis-Menten Tổng quan enzyme 81 Đồ thị của 0 với 0 sẽ có dạng hyperbol chữ nhật phù hợp với các kết quả thí nghiệm trong nhiều phản ứng đƣợc xúc tác bởi enzyme. Tổng quan enzyme 82 + chính là vận tốc ban đầu tối đa tại giá trị 0 đặc biệt có thể được tính toán và thu nhận từ biểu đồ trên và có cùng đơn vị với 0 .

slide 42:

1/21/2019 42 Tại S thấp S ≪ :  tốc độ tỉ lệ thuận với S Tại S cao S ≫ :  đạt tốc độ tối đa không phụ thuộc vào S. Khi S : Như vậy hằng số có thể xác định là giá trị của cơ chất mà tại đó vận tốc đầu bằng một nửa vận tốc cực đại có cùng đơn vị với S. Tổng quan enzyme 83 + Ái lực giữa enzyme và cơ chất giá trị cao thì ái lực E và S cao và ngược lại khi 2 ≪ −1 Là giá trị của cơ chất mà tại đó vận tốc đầu bằng một nửa vận tốc cực đại có cùng đơn vị với S. Giá trị nằm trong khoảng 10 -2 -10 -6 M Phụ thuộc S và các yếu tố của môi trường như nhiệt độ pH nồng độ ion… và đặc trưng cho hệ thống đang được nghiên cứu Tổng quan enzyme 84

slide 43:

1/21/2019 43 Tổng quan enzyme 85 Ví dụ về K m • 2 loại acetaldehyde dehydrogenase: K m thấp ti thể K m cao nguyên sinh chất. • Người nhạy cảm với rượu: K m cao ti thể  nhiều acetate được chuyển vào máu gây ra hiện tượng đỏ mặt và tim đập nhanh Tổng quan enzyme 86

slide 44:

1/21/2019 44 Hằng số turnover number đại diện cho số phân tử cơ c hất c ực đại đư ợ c c huy ển đổi thành s ản phẩm trên m ột phân tử enzyme trong m ột đơn vị t hời gian khi E bão hòa v ới S và tính theo công thức 0 . Tương ứng với tốc độ phá vỡ phức ES để hình thành sản phẩm do đó giá trị k cat càng cao nghĩa là tốc độ phá vỡ phức càng nhỏ. cho hầu hết các enzyme nằm trong khoảng 1-10 4 Tổng quan enzyme 87 Tổng quan enzyme 88

slide 45:

1/21/2019 45 Hằng số đặc hiệu K A được gọi là hằng số đặc hiệu.  đo lường tính đặc hiệu của enzyme. Tổng quan enzyme 89 Pyranose Oxydase • Nguồn: nấm phân hủy lignocellulose • Ứng dụng: sx đường fructose tagatose sx biofuel Tổng quan enzyme 90

slide 46:

1/21/2019 46 Cách xác định các hằng số động học • Xác định vận tốc đầu của một dãy nồng độ cơ chất • Dựng đồ thị của v và S thu được phương trình Michaelis- Menten • Có thể xác định được hai giá trị K m và V max . Từ đó suy ra k cat . Tổng quan enzyme 91 Phương thức thực nghiệm xác định các tham số động học 1 0 × 1 0 + 1 Tổng quan enzyme 92 • Sự ngoại suy xuyên qua trục 1 0 để xác định giá trị − 1 đôi khi chạm phải lề của giấy trước khi thu được giá trị 1 0 • Đường tuyến tính chưa rõ ràng • Kết quả đôi khi không chính xác

slide 47:

1/21/2019 47 Phương pháp đồ thị Hanes • Ưu: dữ kiện phân phối đều • Nhược: Không có sự tách biệt của biến số S xuất hiện trên cả hai trục đồ thị Tổng quan enzyme 93 Phương pháp đồ thị Eisenthal và Cornih-Bowden • Ưu: sai số không biến đổi nhiều như ở đồ thị Lineweaver-Burk • Nhược: Không có sự tách biệt của biến số v xuất hiện trên cả hai trục đồ thị Tổng quan enzyme 94

slide 48:

1/21/2019 48 Nhân tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme • Nồng độ enzyme • Nồng độ cơ chất • Nhiệt độ • Thời gian • pH • Chất ức chế và hoạt hóa Tổng quan enzyme 95 Ảnh hưởng của E và S • Nồng độ enzyme: tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận trực tiếp với nồng độ enzyme khi điều kiện của phản ứng không đổi và cơ chất bão hòa. • Nồng độ cơ chất: tốc độ phản ứng tăng khi nồng độ cơ chất tăng cho đến khi phản ứng đạt đến vận tốc cực đại. Tổng quan enzyme 96

slide 49:

1/21/2019 49 Ảnh hưởng của nhiệt độ • thấp bất hoạt. • T o opt : mức nhiệt độ mà tại đó enzyme đạt được hoạt tính cao nhất 37-40 o C. • T t o opt  biến tính Tổng quan enzyme 97 Ảnh hưởng của pH • pH: mỗi enzyme có một giá trị pH opt tại đó enzyme đạt hoạt tính tối đa. • Ví dụ pH opt c ủa pepsin pancreatic lipase salivary amylase l ần l ư ợt là 15-2 acidic 7.5-8 alkaline 6.8 slight acidic. • Khi pH thay đổi  làm giảm tốc độ của hoạt động enzyme Tổng quan enzyme 98

slide 50:

1/21/2019 50 Ảnh hưởng của pH • Chymotrypsin • Histidine 57-proton hóa • Mất chức năng xúc tác Tổng quan enzyme 99 Ảnh hưởng của thời gian • Ban đầu tốc độ phản ứng tăng • Sau đó tốc độ phản ứng giảm do: 1 sự giảm nồng độ cơ chất 2 sự tích lũy sản phẩm cuối 3 sự thay đổi pH của phản ứng tạo ra giá trị pH mới khác biệt với giá trị pH tối thích của enzyme ở thời điểm ban đầu Tổng quan enzyme 100

slide 51:

1/21/2019 51 Ảnh hưởng của các chất khác • Nồng độ của coenzyme: Đối với những enzyme có coenzyme sự tăng nồng độ của coenzyme làm tăng tốc độ phản ứng của hoạt động enzyme. • Nồng độ của các chất hoạt hóa ion kim loại: Sự tăng nồng độ của các chất hoạt hóa ion kim loại làm tăng tốc độ hoạt động enzyem. Nhiều enzyme được kích hoạt bởi các ion kim loại như là ion cloride kích hoạt salivary amylase ion Ca 2+ kích hoạt thrombokinase. • Sự hiện diện của các chất kìm hãm làm giảm hoặc mất hoạt tính enzyme. Tổng quan enzyme 101 Sự kìm hãm • Các chất kìm hãm là những chất làm giảm tốc độ của phản ứng được xúc tác bởi enzyme. • Chất kìm hãm thuận nghịch reversible inhibitor gắn vào enzyme theo phương thức thuận nghịch và có thể được loại bỏ bằng thẩm tích để tái tạo hoạt tính enzyme hoàn toàn. Kìm hãm cạn h tranh phi cạn h tranh không cạn h tranh hỗn hợ p. • Chất kìm hãm không thuận nghịch irreversible inhibitor không bị loại bỏ ra khỏi phân tử enzyme bằng thẩm tích do sản phẩm của phản ứng hoặc do cơ chất thừa Tổng quan enzyme 102

slide 52:

1/21/2019 52 Chất kìm hãm cạnh tranh • I có cấu trúc tương tự với S do đó nó có thể cạnh tranh cùng vị trí gắn trên phân tử E. . • Ví dụ malonate 2 − . 2 . 2 − Tổng quan enzyme 103 succinate fumarate Chất kìm hãm cạnh tranh • tăng • không thay đổi. Tổng quan enzyme 104

slide 53:

1/21/2019 53 Chất kìm hãm phi cạnh tranh uncompetitive inhibitor • I chỉ gắn lên phức ES mà không gắn lên E tự do Tổng quan enzyme 105 Chất kìm hãm phi cạnh tranh uncompetitive inhibitor Tổng quan enzyme 106 • giảm • giảm

slide 54:

1/21/2019 54 Chất kìm hãm không cạnh tranh non-competitive inhibitor • I kết hợp với S tự do hoặc đang tạo phức với cơ chất tạo ra phức điểm chết dead-end complex Tổng quan enzyme 107 Chất kìm hãm không cạnh tranh non-competitive inhibitor • không thay đổi • giảm Tổng quan enzyme 108

slide 55:

1/21/2019 55 Chất kìm hãm hỗn hợp • I không những liên kết với E tự do mà còn liên kết với cả phức ES tạo thành phức ESI không tạo thành P. Tổng quan enzyme 109 Chất kìm hãm hỗn hợp • K m tăng • giảm Tổng quan enzyme 110

slide 56:

1/21/2019 56 Ảnh hưởng của kiểu kìm hãm đến K m và V max Tổng quan enzyme 111 Kìm hãm bất thuận nghịch Tổng quan enzyme 112

slide 57:

1/21/2019 57 Đơn vị đo hoạt độ • 1. Đơn vị IU đơn vị quốc tế : là lượng enzyme có khả năng xúc tác chuyển hóa 1 micromol cơ chất sau thời gian một phút ở điều kiện tiêu chuẩn. 1IU 1 μM cơ chất 10-6 M / phút • 2. Đơn vị katal kat: là lượng enzyme có khả năng xúc tác 1 mol cơ chất sau thời gian 1 giây ở điều kiện tiêu chuẩn. 1 kat 1 Mol cơ chất / giây 1IU 1/60 x 10 -6 kat 1667 nkat. Đơn vị đo hoạt độ • 3. Hoạt độ riêng : được biểu diễn bằng số đơn vị hoạt độ enzyme trên đơn vị khối lượng protein. IU hoặc kat / 1 mg ml protein • 4. Hoạt độ phân tử hoạt độ riêng phân tử : được biểu diễn bằng số phân tử cơ chất được chuyển hóa bởi một phân tử enzyme sau một đơn vị thời gian thường là phút. • 5. Hoạt độ tâm xúc tác: là số phân tử cơ chất bị chuyển hóa bởi trung tâm hoạt động sau 1 phút.

slide 58:

1/21/2019 58 Tổng kết • Enzyme – chất xúc tác sinh học- tăng vận tốc phản ứng bằng cách giảm năng lượng hoạt hóa. • Có tính đặc hiệu cao hiệu quả xúc tác lớn. • Trung tâm hoạt động chứa vị trí gắn và vị trí xúc tác • Cơ chế xúc tác: làm giảm năng lượng hoạt hóa  tăng vận tốc phản ứng • Mô hình Michaelis-Menten là mô hình đơn giản nhất mô tả sự phụ thuộc giữa tốc độ phản ứng và nồng độ cơ chất Tổng quan enzyme 115

authorStream Live Help