Bài 14. Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất

I. ENZIM VÀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ENZIM

Enzim là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống. Enzim chỉ làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
1. Cấu trúc của enzim
- Enzim có bản chất là prôtêin hoặc prôtêin kết hợp với chất khác không phải là prôtêin (coenzim).
- Chất chịu sự tác động của enzim gọi là cơ chất.
- Trong phân tử enzim có vùng cấu trúc không gian đặc biệt liên kết với cơ chất gọi là trung tâm hoạt động của enzim. Thực chất đó là một chỗ lõm hoặc một khe nhỏ trên bề mặt enzim. Cấu hình không gian trung tâm hoạt động của enzim tương thích với cấu hình không gian của cơ chất. (Ảnh: Internet)
2. Cơ chế tác động của enzim
- Enzim liên kết với cơ chất → Phức hợp Enzim - Cơ chất → Enzim tương tác với Cơ chất tạo ra sản phẩm → giải phóng Enzim và Sản phẩm mới.
- Liên kết Enzim - Cơ chất có tính đặc thù (do cấu trúc của trung tâm hoạt động của enzim của mỗi loại enzim chỉ tương thích với 1 hoặc 1 số1 loại cơ chất nhất định).
3. Đặc tính của enzim
- Hoạt tính mạnh: enzim có hoạt tính xúc tác cao hơn so với chất xúc tác hóa học.
- Tính đặc hiệu cao: mỗi enzim chỉ tác dụng với 1 hoặc 1 số loại cơ chất nhất định  mỗi enzim thường xúc tác cho một hoặc một loại phản ứng nhất định. Ví dụ: amilaza phân giải tinh bột thành mantôzơ, nhưng không phân giải được xenlulozơ, còn saccaraza phân giải saccarozơ thành glucozơ và fructozơ.

4. Các nhân 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 tác động của nhiều yếu tố.
a. 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 độ hoạt động, 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.
- Ví dụ: đa số enzim trong cơ thể người hoạt động tối thích ở khoảng 40oC, trong khi các enzim của vi khuẩn sống ở các suối nước nóng thì có nhiệt độ hoạt động ở khoảng 70oC.
b. Độ pH:
- Mỗi enzim chỉ hoạt động trong 1 giới hạn pH xác định. Ví dụ: Enzim pepsin ở dạ dày hoạt động ở pH 2, enzim trypsin của dịch tụy hoạt động ở pH 7.
(Ảnh: Internet)
c. Nồng độ enzim và nồng độ cơ chất:
- Hoạt tính của enzim thường tỷ lệ thuận với nồng độ enzim và nồng độ cơ chất: Với một lượng enzim nhất định, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của enzim tăng dần, nhưng đến một lúc nòa đó, tăng nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính enzim vì tất cả các trung tâm hoạt động của enzim đã liên kết hết với cơ chất.
- Đồ thị trang 76.
d. Chất ức chế và chất hoạt hoá enzim:
- Một số hoá chất có thể làm tăng hoặc giảm hoạt tính của enzim.
- Ví dụ: NaCl với nồng độ phù hợp (0,9-1%) có thể làm tăng hoạt tính của enzim Amilaza nước bọt. Ngược lại CuSO4 1-5% cũng có thể làm giảm hoạt tính của Amilaza.

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

- Sự chuyển hóa vật chất trong tế bào gồm rất nhiều các phản ứng sinh hóa khác nhau. Các enzim trong tế bào có vai trò xúc tác các phản ứng này, enzim có thể làm tăng tốc độ phản ứng hàng triệu lần. Vì vậy, nếu không có enzim thì hoạt động sống không thể duy trì vì tốc độ phản ứng diễn ra rất chậm.
- Tế bào có thể tự điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất bằng các chất hoạt hoá và ức chế enzim nhằm điều chỉnh hoạt tính của enzim.
- Ức chế ngược: là kiểu điều hoà trong đó sản phẩm của con đường chuyển hoá có vai trò là chất ức chế quay lại làm bất hoạt enzim.
- Con đường chuyển hóa vật chất trong tế bào diễn ra theo chu trình. Khi một enzim nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc 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.