Enzyme
Enzym hay enzim (tiếng Anh: enzyme) hay còn gọi là men là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein.
Trong cuộc sống sinh vật xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học, với một hiệu suất rất cao, mặc dù ở điều kiện bình thường về nhiệt độ, áp suất, pH. Sở dĩ như vậy vì nó có sự hiện diện của chất xúc tác sinh học được gọi chung là enz.
Như vậy, enzym là các protein xúc tác các phản ứng hóa học. Trong các phản ứng này, các phân tử lúc bắt đầu của quá trình được gọi là cơ chất, enzym sẽ biến đổi chúng thành các phân tử khác nhau. Tất cả các quá trình trong tế bào đều cần enzym. Enzym có tính chọn lọc rất cao đối với cơ chất của nó.
Hầu hết phản ứng được xúc tác bởi enzym đều có tốc độ cao hơn nhiều so với khi không được xúc tác. Có trên 4 000 phản ứng sinh hóa được xúc tác bởi enzym.
Hoạt tính của enzym chịu tác động bởi nhiều yếu tố. Chất ức chế là các phân tử làm giảm hoạt tính của enzym, trong khi yếu tố hoạt hóa là những phân tử làm tăng hoạt tính của enzym.
Lịch sử
Ngay từ cuối thể kỷ 17 và đầu thế kỷ 18, sự tiêu hóa thịt bằng các chất tiết ra từ dạ dày[1] và sự chuyển hóa tinh bột thành đường bởi các chất tiết ra ở thực vật và nước bọt đã được biết đến. Tuy nhiên, cơ chế của các quá trình vẫn chưa được xác định.[2]
Năm 1833, Nhà hóa học Pháp Anselme Payen đã phát hiện ra enzim đầu tiên, diastase. Một vài thập niên sau, khi việc nghiên cứu lên men đường thành rượu bằng nấm men, Louis Pasteur đã đi đến kết luận rằng quá trình lên men được xúc tác bởi một yếu tố quan trọng có trong tế bào nấm men được gọi là "ferments", nó được cho là chỉ có chức năng trong các sinh vật còn sống. Ông đã viết rằng "lên men rượu là một phản ứng có liên quan đến đời sống và tổ chức của các tế bào nấm men chứ không phải là các tế bào chết.[3]
Năm 1877, nhà vật lý học người Đức Wilhelm Kühne đã sử dụng từ enzyme, trong tiếng Hy Lạp là ενζυμον, có nghĩa là "trong men", để miêu tả quá trình này.[4]
Năm 1897, Eduard Buchner đã gởi bài báo đầu tiên về khả năng chiết xuất men từ các tế bào nấm men còn sống để lên men đường. Trong một loại các thí nghiệm tại Đại học Berlin, ông nhận thấy rằng đường được lên men thậm chí không có mặt các tế bào nấm men trong hỗn hợp.[5] Ông đặt tên enzym lên men sucrose đó là "zymase".[6] Năm 1907, ông đã nhận được giải Nobel hóa học "cho nghiên cứu sinh hóa của ông và phát hiện của ông về sự lên men không có tế bào".
Danh pháp
Một enzyme thông thường có danh pháp là "tên cơ chất xúc tác" gắn với hậu tố -ase (một số tài liệu tiếng Việt phiên âm thành -aza) như lactase (phân giải lactose), maltase (phân giải đường maltose).... Hoặc cũng có trường hợp là dạng phản ứng + -ase như RNA polymerase có chức năng xúc tác hình thành liên kết phosphodiester (một dạng liên kết cộng hóa trị) giữa các RNA nucleotide tự do để hình thành nên chuỗi phân tử RNA (ribonucleic acid) (nói đơn giản là RNA polymerase xúc tác trùng hợp (polymeration) "monomer" nucleotide thành chuỗi "polymer" RNA). Ngoài ra, còn có tình huống tên của enzyme không có hậu tố -ase nhưng vẫn mang ý nghĩa cho phản ứng mà nó xúc tác như pepsin (enzyme có ở dạ dày, có vai trò cắt protein thành những chuỗi polypeptide ngắn hơn), Theodor Schwann (người đầu tiên phát hiện enzyme này) đã đặt là "pepsin" dựa vào gốc từ Hy Lạp πέψις pepsis nghĩa là "tiêu hóa".
Phân loại và thành phần cấu tạo
Phân loại quốc tế
Liên đoàn Quốc tế về Hóa sinh và Sinh học phân tử (IUBMB) đã phát triển hệ thống danh pháp riêng cho enzyme, chỉ số EC (Enzyme Commission number). EC bao gồm "EC" và chỉ số thể hiện dạng phản ứng mà enzyme tham gia xúc tác. Khát quát chung các loại enzyme dựa vào vai trò xúc tác, người ta phân thành 06 lớp.
| Lớp | Tên | Vai trò xúc tác | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| EC 1 | Oxyoreductase | Xúc tác các phản ứng oxy hóa - khử | Alcohol oxidoreductase, CH-CH oxidoreductases, Peroxidase |
| EC 2 | Transferase | Vận chuyển các nhóm chức từ cơ chất này sang cơ chất khác | Methyltransferase, Phosphotransferase, Acyltransferase |
| EC 3 | Hydrolase | Xúc tác sự đứt gãy các liên kết hóa học từ phản ứng thủy phân | Glycoside hydroxylase, Nuclease, Protease |
| EC 4 | Lyase | Xúc tác sự nối thêm một chất mới vào cơ chất bằng cách làm gãy nối đôi. Ngược lại, chúng có thể xúc tác tạo nối đôi. Lyase không xúc tác phản ứng thủy phân hay oxy hóa. | Aldehyde lyase, Adenylyl cyclase, Guanylate cyclase |
| EC 5 | Isomerase | Xúc tác sự tái phân bố các nguyên tử trong cơ chất, tức biến đổi đồng phân này thành đồng phân khác (isomerization) | Maleate isomerase, Furylfuramide isomerase, Triose-phosphate isomerase |
| EC 6 | Ligase | Xúc tác hình thành liên kết hóa học mới có sử dụng năng lượng từ adenosine triphosphate (ATP) | Argininosuccinate synthase, Chelatase, DNA ligase |
Thành phần cấu tạo
Enzyme có bản chất là protein nên cấu trúc không gian của enzyme thường có cấu trúc bậc ba, cấu trúc bậc bốn. Enzyme có hai dạng cơ bản:
- Enzyme đơn thành phần chỉ được cấu tạo bởi protein.
- Enzyme đa thành phần là phức hợp protein (protein complex) được cấu tạo bởi hai bộ phận là protein (gọi là apoenzyme) và thành phần phi protein (gọi là cofactor) như ion kim loại (Fe2+, Mg2+, I-), chất hữu cơ (gọi là coenzyme) như các vitamin...
Do enzyme được cấu tạo bởi protein nên khi gặp điều kiện môi trường nhiệt độ, pH... bất lợi hoặc phơi nhiễm với tác nhân gây biến tính (denaturant) hóa học như natri dodecyl sulfate (SDS), formaldehyde, picric acid... sẽ xảy ra hiện tượng biến tính (denaturation): liên kết yếu trong phân tử như liên kết ion, tương tác Van der Waals, tương tác kị nước... đứt gãy do đó chuỗi polypeptide dãn ra về cấu trúc bậc một (hoặc bậc hai) làm mất cấu hình ban đầu của enzyme, do đó enzyme mất chức năng. Trong một số ít trường hợp, khi điều kiện môi trường thuận lợi lại, chuỗi polypeptide có khả năng cuộn gập lại và trở về cấu trúc ban đầu nên có lại chức năng. Đây là hiện tượng hồi tính (renaturation).
Chú thích
- ^ de Réaumur, RAF (1752). “Observations sur la digestion des oiseaux”. Histoire de l'academie royale des sciences. 1752: 266, 461.
- ^ Williams, H. S. (1904) A History of Science: in Five Volumes. Volume IV: Modern Development of the Chemical and Biological Sciences Harper and Brothers (New York) Accessed ngày 4 tháng 4 năm 2007
- ^ Dubos J. (1951). “Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Quoted in Manchester K. L. (1995) Louis Pasteur (1822–1895)—chance and the prepared mind”. Trends Biotechnol. 13 (12): 511–5. doi:10.1016/S0167-7799(00)89014-9. PMID 8595136.
- ^ Kühne coined the word "enzyme" in: W. Kühne (1877) "Über das Verhalten verschiedener organisirter und sog. ungeformter Fermente" (On the behavior of various organized and so-called unformed ferments), Verhandlungen des naturhistorisch-medicinischen Vereins zu Heidelberg, new series, vol. 1, no. 3, pages 190–193. The relevant passage occurs on page 190: "Um Missverständnissen vorzubeugen und lästige Umschreibungen zu vermeiden schlägt Vortragender vor, die ungeformten oder nicht organisirten Fermente, deren Wirkung ohne Anwesenheit von Organismen und ausserhalb derselben erfolgen kann, als Enzyme zu bezeichnen." (Translation: In order to obviate misunderstandings and avoid cumbersome periphrases, [the author, a university lecturer] suggests designating as "enzymes" the unformed or not organized ferments, whose action can occur without the presence of organisms and outside of the same.)
- ^ Nobel Laureate Biography of Eduard Buchner at http://nobelprize.org. Truy cập ngày 4 tháng 4 năm 2007.
- ^ Text of Eduard Buchner's 1907 Nobel lecture at http://nobelprize.org. Truy cập ngày 4 tháng 4 năm 2007.
 |
Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Enzyme. |