Enzim - cấu trúc và phương thức hoạt động

Enzyme là các chất xúc tác sinh học có bản chất là protein. Chúng xúc tác các phản ứng với tính đặc hiệu và hiệu quả cao. Chúng là động lực của các phản ứng sinh học; là công cụ phân tử hiện thực hóa thông tin di truyền chứa trên DNA.

Cấu trúc cơ bản của enzyme


Tất cả các enzyme đều là các protein viên (hình cầu). Nói chung cũng như protein, enzyme có cấu trúc rất phức tạp. Mỗi enzyme đều có 1 trung tâm hoạt động. Trung tâm được mô tả như một khe mà phân tử cơ chất có thể lấp vào. Một số amino acid có nhóm R tham gia cấu tạo nên trung tâm hoạt động. Các amino acid tham gia vào trung tâm hoạt động không xếp kề nhau trong mạch polypeptid. Điều này chứng tỏ rằng sự cuộn lại phức tạp trong không gian của phân tử protein để hình thành cấu trúc bậc 3 đã kéo các amino acid từ các điểm khác nhau của mạch polypeptid đến gần nhau về mặt không gian để hình thành trung tâm hoạt động của enzyme thường gồm các amino acid không kề nhau - đó là điều bình thường.

Phương thức hoạt động của enzyme

Enzim

Các bậc cấu trúc phân tử protein

Peptide là một chuỗi nối tiếp nhiều amino acid (số lương ít hơn 30). Với số lượng amino acid lớn hơn, chuỗi được goi là polypeptide. Mỗi polypeptide có hai đâu tận cùng, một đầu mang nhóm amine tự do, đâu kia mang nhóm carboxyl tự do. Protein được dùng để chi đơn vị chức năng, nghĩa là một cấu trúc phức tạp trong không gian chứ không phải đơn thuần là một trinh tự amino acid. Chuỗi polypeptide có thể uốn thành cấu trúc hinh gậy như trong các protein hình sợi hay cấu trúc khối cầu như trong các protein dạng cầu hay một cấu trúc gồm cả hai dạng trên. Môt protein có thể được hinh thành từ nhiều chuỗi polypeptide.

Người ta thường phân biệt cấu trúc của phân tử protein thành bốn bậc:

1. Cấu trúc bậc 1


Cấu trúc bậc một là trinh tự sắp xếp các gốc amino acid trong chuỗi polypeptide. Cấu trúc này đươc giữ vững nhờ liên kết peptide (liên kết cộng hóa tri). Vi mỗi một amino acid có gốc khác nhau, các gốc này có những đặc tính hóa học khác nhau, nên một chuỗi polypeptide ở các thời điểm khác nhau có những đặc tính hóa học rất khác nhau. Tuy nhiên, về tổng quát thì tất cả các chuỗi polypeptide được xây dựng một cách có hệ thống từ các nhóm nguyên tử CO, CH và NH. Sự xây dựng có hệ thống này là cơ sở để tạo nên cấu trúc bậc hai.

Lần đầu tiên năm 1954 F. Sanger người đầu tiên xác định được trình tự sắp xếp của các axit amin trong phân tử insulin. Phân tử insulin gồm hai mạch: mạch A chứa 21 amino acid và mạch B chứa 30 amino acid. Hai mạch nối với nhau bởi hai liên kết disulfua (-S-S-). Công trình này đã đặt cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và ông được nhận giải thưởng Nobel 1958.
Các bậc cấu trúc protein

Vai trò của prôtêin đối với tế bào và cơ thể sống

1. Vai trò xúc tác
Các enzyme là nhóm protein lớn nhất, có hàng nghìn enzyme khác nhau. Chúng xúc 
tác cho môi phản ứng sinh hóa nhất định. Môi môt bước trong trao đổi chất đều được xúc tác bởi enzyme. Enzyme có thê làm tăng tốc độ phản ứng lên 10-16 lần so với tốc độ phản ứng không xúc tác. Các enzyme tương đồng từ các loài sinh vật khác nhau thì không giống nhau vềcấu trúc hóa học.

Ví dụ: tripsine của bò khác tripsine của lợn

2. Vai trò cấu trúc:

Protein là yếu tố cấu trúc cơ bản của tế bào và mô như protein màng, chất nguyên sinh, collagen và elastin- protein chủ yếu của da và mô liên kết; keratin - trong tóc, sừng, móng và lông...

3. Vai trò vận chuyển:

Làm nhiệm vụ vận chuyển chất đặc hiệu từ vị trí này sang vị trí khác, ví dụ vận chuyển O2 từ phổi đến các mô do hemoglobin hoăc vận chuyên acid béo từ mô dự trữ đến các cơ quan khác nhờ protein trong máu là serum albumin.
Các chất đươc vận chuyển qua màng được thực hiện bằng các protein đăc hiệu, ví dụ vận chuyển glucose hoặc các amino acid qua màng.
Vai trò của protein
Vai trò của protein

Các tính chất của prôtêin

Các tính chất của protein
Các thực phẩm giàu protein

Tính đặc trưng : đặc trưng bởi thành phần, số lượng, trình tự sắp xếp các axit amin trong phân tử.
- Tính đa dạng
- Tính ổn định tương đối.(Protein có khả năng biến tính và hồi tính).
*Đa số protein bị mất hoạt tính sinh học (bị biến tính) trong các điều kiện nhiệt độ và pH không thuận lợi. Biến tính có thể xảy ra ở nhiệt độ 50-70oC. Nó thường không ảnh hưởng tới các liên kết cộng hóa trị hoặc các cầu disulfit nhưng các liên kết H yếu và điện hóa trị thì bị gãy và như thế mạch polypeptid bị tháo gỡ. Hình dạng phức tạp của protein bị mất đi và không hoạt động được bình thường nữa.

*Trong nhiều trường hợp sự biến tính là một quá trình thuận nghịch và các tính chất của protein có thể khôi phục lại khi đưa nó quay trở về các điều kiện bình thường. Quá trình này gọi là sự hồi tính, khi các phân tử protein đã duỗi xoắn lại cuộn trở lại thành cấu hình bình thường của nó.

Vai trò của nước đối với cơ thể sống

Cấu trúc không gian và vai trò của nước đối với cơ thể sinh vật.
Trong bất kỳ cơ thể sinh vật nào nước cũng chiếm phần lớn, cá biệt như con sứa nước chiếm  98%,   ở   động   vật   có   vú   nước   chiếm  2/3   trọng   lượng   cơ   thể.   Nước  là   chất   vô   cơ   đơn giản,có số lượng lớn trên hành tinh, nó có những tính chất lý hóa đặc biệt nên chiếm phần lớn chất sống và có lẽ  sự sống  bắt nguồn từ  môi trường   nước. Cơ thể sinh  vật được sinh  ra,   phát triển, chết đều ở trong môi trường nước dù là ở dạng này hay dạng khác.
Nước và vai trò của nước

Các nguyên tố hóa học và vai trò của chúng trong cơ thể sống

Tế bào cũng được cấu tạo từ các nguyên tố vốn có trong tự nhiên. Tuy nhiên trong 92 nguyên tố có trong tự nhiên thì chỉ có 22 nguyên tố có trong các sinh vật. Các nguyên tố được chia thành 3 nhóm dựa theo vai trò tham gia vào chất sống, tạo các chất hữu cơ, các ion hay chỉ có dấu vết. Trong đó
Nguyên tố hóa học trong cơ thể sống