1. Tính xúc tác của enzym

Trong cơ thể sinh vật người ta thấy các phản ứng hoá học xảy ra với tốc độ rất nhanh ở những điều kiện đặc biệt về nhiệt hoá học như: - Nhiệt độ bình thường (thân nhiệt 370c)

- Môi trường có nước, không phát nhiệt mạnh.

- Hiệu quả phân giải và tổng hợp cao so với trình độ xúc tác kỹ thuật.

Tính xúc tác sinh học của enzym thể hiện chính ở chỗ enzym với nồng độ (số lượng) rất nhỏ cũng có khả năng tăng tốc độ phản ứng sinh hoá học lên hàng ngàn, vạn lần so với điều kiện bình thường. Nhưng cũng như các chất xức tác khác, bản thân enzym không tham gia vào sản phẩm cuối cùng của phản ứng.

2. Điều kiện để một phản ứng hoá học xảy ra

Ta hãy lấy ví dụ: C6H12O6 + O2 -> CO2 + H2O + 688Kcal

(Đây không phải là sự cháy trong điều kiện bình thường)

Để hiểu cơ chế xúc tác của enzym, ta cần nhớ lại một số điều kiện nhiệt động học để phản ứng tiến hành được. Tốc độ phản ứng hoá học của 2 chất A + B →AB phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Nồng độ các chất tham gia phản ứng A và B

- năng va chạm hữu hiệu giữa các phân tử

Ngoài ra, để phản ứng xảy ra được những phân tử chất tham gia phải ở trạng thái kích động (tức là ở trạng thái hoạt hoá). Muốn đạt được điều kiện này cần nạp cho phân tử cơ chất một nguồn năng lượng từ bên ngoài (dưới dạng nhiệt năng, điện năng hoặc quang năng).

Chất xúc tác có 2 nhiệm vụ:

- Tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng

- Làm cho phản ứng chóng đạt tới điểm thăng bằng động

Về cơ chế xúc tác sinh học của enzym người ta đề ra nhiều giả thuyết để giải thích, nhưng đều thống nhất ở chỗ quá trình xúc tác bắt đầu bằng sự kết hợp giữa enzym và cơ chất thành hợp chất trung gian.

E (enzym) + S (cơ chất)→ ES hợp chất trung gian)

Cơ chất liên kết với enzym ở các trung tâm hoạt động. Sự liên kết này có tính chất chọn lọc đặc biệt.

Từ đặc điểm trên người ta đề ra 2 giả thuyết hoạt động của enzym.

3. Thuyết hoạt động của enzym

3.1. Thuyết tập hợp chất trung gian

Thuyết này do Nensky đề xướng và sau đó được Langhenbec phát triển.

Theo thuyết này trong phản ứng enzym và cơ chất kết hợp với nhau thành một hợp chất quá độ không bền vững. Do đó sản phẩm được tạo ra này đòi hỏi năng lượng hoạt hoá thấp hơn bình thường. Thuyết này dùng để giải thích hệ thống enzym và cơ chất đồng pha (tức là cùng thể chất như nhau, ví dụ cùng lỏng) có thể biểu diễn qua sơ đồ sau:

Giả sử có phản ứng A + B -> AB

(Tiến hành chậm ở điều hẹn bình thường)

Khi thêm chất xúc tác K (hoặc có enzym) lập tức tốc độ thuận và nghịch tăng lên gấp bội.

Tốc độ ở đây rất cao vì nó tiến hành theo đường vòng để tránh mức năng lượng hoạt hoá quá cao. Lan - ghen- tec đã dùng nhiều hình mẫu của phản ứng đường vòng nói trên để chứng minh.

Ví dụ: Lấy hình mẫu esterase - enzym xúc tác sự thuỷ phân (hoặc tổng hợp) các este.

Nếu lấy benzoilcarbonyl thay enzym (C6H5 - CO - CH2OH) thì chất này sẽ tạo hợp chất trung gian, giải phóng rượu:

sau đó hợp chất trung gian dễ phân tán với sự có mặt của H2o thành acid và benzoilcarbonyl nguyên như cũ.

Nhờ có benzoicarbonyl mà trạng thái cân bằng động của phản ứng trên xảy ra với tốc độ gấp nhiều lần.

Hãy nêu một số thí dụ về sự giảm năng lượng hoạt hoá nhờ sự lập hợp chất trung gian như:

Bằng phương pháp nghiên cứu quang phổ hấp phụ Keilin đã chứng minh sự tồn tại có thực của những hợp chất trung gian.

Những nghiên cứu về trung tâm hoạt động của enzym cũng đem lại nhiều dẫn chứng về vấn đề lập hợp chất trung gian.

3.2. Thuyết hấp phụ

Thuyết này được Bai-li-xơ (1906) đề xướng trước tiên, về sau được nhiều tác giả bổ sung. Người ta dùng nó để cắt nghĩa hiện tượng xúc tác ở hệ thống enzym - cơ chất khác pha (không đồng nhất như cơ chất thể lỏng, chất xúc tác thể rắn).

Khi cho enzym vào hệ thống phản ứng, enzym hấp phụ cơ chất lên bề mặt của nó làm cơ chất tập trung lại. Nồng độ cơ chất tập trung cao hơn môi trường xung quanh, từ đó tốc độ va chạm hữu hiệu giữa các phân tử tăng lên gấp bội và các phản ứng tiến hành nhanh chóng.

2. Phân loại enzym

Có nhiều cách phân loại enzym, có thể dựa vào bản chất hoá học của enzym, cũng có thể dựa vào kiểu xúc tác của enzym để phân loại enzym.

2.1. Phân loại theo bản chất hoá học

Như chúng ta đã biết bản chất hoá học của enzym là protein. Cho nên, nếu dựa vào bản chất hoá học người ta chia enzym ra làm 2 lớp: lớp enzym đơn giản và lớp enzym phức tạp

- Lớp enzym đơn giản tương ứng với lớp protein đơn giản, có thành phần thuần tuý là acid amin và tính xúc tác sinh học của chúng được qui định bởi cấu trúc của phân tử protein. Ví dụ enzym: pepsin, trypsin, urease...

- Lớp enzym phức tạp, tương ứng với một enzim phức tạp, trong phân tử có 2 phần: phần protein và phần nhóm ghép không phải bản chất protein.

Phần protein, kể cả enzym đơn giản, gần với loại protein dạng cầu như globulin, albumin, trong enzym phức tạp người ta gọi phần này là apoenzym phần này quyết định tính đặc hiệu của enzym.

Phần nhóm ghép không phải protein có tên là coenzym. Phần này có nguồn gốc khác nhau: có thể là nucleotid, nhóm hem, các nguyên tử kim loại, đáng chú ý nhất là ở nhiều enzym phức tạp, nhóm ghép là dẫn xuất của vitamin. Ví dụ: enzym dehydrogenase hiếu khí (chứa vitamin B2)' enzym decarboxylase (chứa vitamin B1), enzym dehydrogenase yếm khí (chứa vitamin PP)...

Mối liên kết giữa nhóm ghép và phần protein của phân tử enzym có độ bền vững không nhất định, ở loại này thì bền (ví dụ nhóm cytocrom), ở loại khác không bền lắm (như riboflavin của enzym dchydrogenase hiếu khí.).Có loại chứa nhóm ghép hoàn toàn linh động như NAD, NAD.P của enzym dehydrogenase yếm khí.

Tính xúc tác thường do cả 2 phần này qui định, nhóm ghép thường nằm trong điểm hoạt động của enzym.

2.2. Phân loại theo cơ chế xúc tác của enzym

Mỗi một enzym có tính đặc hiệu riêng của nó, cho nên nếu dựa vào đặc điểm xúc tác của enzym (tức là phản ứng do enzym xúc tác, kiểu hoạt động của enzym) thì tại Hội nghị sinh hoá học Quốc tế cuối năm 1961 họp tại Moscow đã đề ra một bảng phân loại mới, trong đó enzym được chia ra làm 6 lớp.

Oxydoreductase (Lớp enzym oxy hoá hoàn nguyên sinh học)

- Hydrolase (Lớp enzym thuỷ phân)

- Lia se (Lớp enzym phân giải chất không theo con đường thuỷ phân)

- Ligase hay Syntetase (Lớp enzym tổng hợp chất)

- Transferase (Lớp enzym vận chuyển)

- Isomerase hay Mutase (Lớp enzym đồng phân hoá)

Mỗi lớp lại chia thành nhiều nhóm và mỗi nhóm lại có nhiều đại diện.