Trung tâm hoạt động của enzyme: cấu trúc, tính chất. Ai phát hiện ra trung tâm hoạt động của enzym? Cái gì gọi là trung tâm hoạt động của enzyme?

Tất cả chúng ta đều nghe nói về các enzyme, nhưng không chắc chúng ta đều biết chính xác những chất này được sắp xếp và tại sao chúng lại cần đến. Bài báo này sẽ giúp hiểu cấu trúc và chức năng của enzyme (enzyme) nói chung và các trung tâm hoạt động của chúng nói riêng.

Lịch sử nghiên cứu

Năm 1833, nhà hoá học người Pháp Anselm Payen khám phá và mô tả các đặc tính của enzyme amylase.

Vài năm sau, Louis Pasteur, nghiên cứu chuyển đổi đường thành rượu với sự tham gia của men, cho rằng quá trình này là do các chất hóa học tạo nên men.

Vào cuối thế kỷ XIX, nhà sinh lý học Willie Kühne đã giới thiệu khái niệm "enzyme".

Eduard Buchner của Đức vào năm 1897 đã chỉ ra và mô tả zymase, phức hợp enzyme xúc tác phản ứng chuyển hóa sucroza thành rượu ethyl. Trong tự nhiên, zymase được tìm thấy với số lượng lớn trong men.

Không biết chính xác khi nào và ai phát hiện trung tâm hoạt động của enzym. Phát hiện này là do nhà hóa học đoạt giải Nobel, Eduard Buchner, nhà sinh vật học người Mỹ James Sumner và các nhà khoa học nổi tiếng khác, người đã nghiên cứu về xúc tác enzym.

Thông tin chung về Enzymes

Nhớ lại rằng enzim là chất có tính chất protein thực hiện trong sinh vật sống như chất xúc tác cho phản ứng hóa học. Trong enzyme có những vùng không trực tiếp tham gia vào quá trình này, quá trình phản ứng tạo ra trung tâm hoạt động của enzyme.

Chúng tôi đưa ra một số đặc tính của enzyme:

1) Hiệu quả. Một lượng nhỏ chất xúc tác là đủ để đẩy nhanh phản ứng hóa học 10 lần ⁶ lần.

2) Tính cụ thể. Một enzyme không phải là chất xúc tác phổ quát cho bất kỳ phản ứng nào trong tế bào. Đối với enzim, tính đặc hiệu của hoạt động được thể hiện: mỗi enzyme xúc tác chỉ một hoặc nhiều phản ứng với các chất nền tương tự nhau (thuốc thử ban đầu), nhưng đối với thuốc thử có tính chất hoá học khác nhau thì enzym này cũng có thể vô ích. Sự tương tác với các chất nền thích hợp và tăng tốc phản ứng sẽ cung cấp trung tâm hoạt động của enzym.

3) Hoạt động biến đổi. Hoạt động của các enzyme trong tế bào liên tục thay đổi từ thấp đến cao.

4) Nồng độ của một số enzyme trong tế bào không liên tục và có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện bên ngoài. Các enzyme này được gọi là chất dễ gây ra trong sinh học.

Phân loại enzyme

Theo cấu trúc của nó, phổ biến là chia các enzym thành những đơn giản và phức tạp. Đơn giản chỉ bao gồm các dư lượng axit amin, hợp chất phức tạp có một nhóm không phải protein. Phức hợp được gọi là coenzyme.

Theo loại phản ứng xúc tác, các enzyme được chia thành:

1) Oxidoreductases (xúc tác phản ứng oxi đỏ).

2) Chuyển giao (mang các nhóm nguyên tử riêng biệt).

3) Liases (chia tách các liên kết hoá học).

4) Lipase (hình thành trái phiếu trong các phản ứng do năng lượng của ATP).

5) Isomerases (có liên quan đến phản ứng chuyển đổi lẫn nhau của các đồng phân).

6) hydrolases (phản ứng hóa học xúc tác với sự phân tách trái phiếu thủy phân).

Cấu trúc của enzyme

Enzyme là một cấu trúc ba chiều phức tạp, bao gồm chủ yếu là dư lượng axit amin. Ngoài ra còn có một nhóm bộ phận giả - một thành phần có tính chất không phải protein, liên kết với dư lượng axit amin.

Enzyme cơ bản là các protein hình cầu có thể kết hợp thành phức phức hợp. Giống như các chất khác có tính chất protein, các enzyme bị ô nhiễm khi nhiệt độ tăng hoặc dưới ảnh hưởng của các thuốc thử hóa học nhất định. Trong quá trình biến tính, cấu trúc bậc 3 của enzym thay đổi, và do đó, các tính chất của trung tâm hoạt động của các enzym. Kết quả là, hoạt động của enzym giảm mạnh.

Chất xúc tác chất nền thường nhỏ hơn nhiều so với chính enzyme. Enzyme đơn giản nhất bao gồm sáu mươi amino acid còn lại, và trung tâm hoạt động của nó chỉ có hai.

Có các enzyme, mà vị trí xúc tác của chúng không phải là các axit amin, mà là một bộ phận giả bằng nguồn gốc vô cơ hữu cơ hoặc (thường xuyên hơn) vô cơ.

Khái niệm trung tâm hoạt động

Chỉ một phần nhỏ của enzym mới có một phần trực tiếp trong phản ứng hóa học. Phần này của enzym được gọi là trung tâm hoạt động. Trung tâm hoạt động của enzym là lipit, một số axit amin hoặc một nhóm giả thiết gắn với chất nền và xúc tác phản ứng. Amino acid dư lượng của các trang web hoạt động có thể thuộc về bất kỳ axit amin - cực, nonpolar, tính phí, thơm, uncharged.

Trung tâm hoạt động của enzyme (là lipid, amino axit hoặc các chất khác có khả năng tương tác với thuốc thử) là một phần quan trọng nhất của enzym, nếu không có nó, những chất này sẽ vô dụng.

Thông thường, phân tử enzyme chỉ có một vị trí hoạt động liên kết với một hoặc nhiều chất thử tương tự. Các dư lượng axit amin của trung tâm hoạt động tạo thành hydro, các liên kết k hydro nước hoặc hóa trị, tạo thành phức hợp enzyme-chất nền.

Cấu trúc trung tâm hoạt động

Trung tâm hoạt động của các enzym đơn giản và phức tạp là một túi hoặc một khe. Cấu trúc của trung tâm hoạt động của enzym phải tương ứng tĩnh điện và hình học với chất nền, vì sự thay đổi cấu trúc bậc ba của enzym có thể thay đổi vị trí hoạt động.

Trung tâm liên kết và xúc tác là các vị trí của trung tâm hoạt động của enzym. Rõ ràng, trung tâm liên kết "kiểm tra" bề mặt để tương thích và liên lạc với nó, và trung tâm xúc tác đóng vai trò trực tiếp trong phản ứng.

Gắn trung tâm hoạt tính với chất nền

Để giải thích làm thế nào các trung tâm tích cực của enzym liên kết với một chất phản ứng cụ thể, một số lý thuyết đã được đề xuất. Phổ biến nhất trong số này là lý thuyết của Fisher, nó cũng là lý thuyết về "khóa và chìa khóa". Fischer đã gợi ý rằng có một loại enzim phù hợp với mỗi chất nền với các tính chất lý hoá của nó. Sau khi sự hình thành phức hợp enzyme-chất nền, không có thay đổi diễn ra.

Một nhà khoa học Mỹ, Daniel Koschland, bổ sung lý thuyết của Fisher với giả định rằng trung tâm hoạt động của enzym có thể thay đổi cấu hình của nó cho đến khi nó đạt đến một bề mặt nhất định.

Động học phản ứng enzym

Các đặc tính của quá trình phản ứng enzym được nghiên cứu bởi một chi nhánh riêng của sinh hóa - động học enzym. Khoa học này nghiên cứu các đặc tính của quá trình phản ứng ở các nồng độ khác nhau của enzym và chất nền, sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng lên nhiệt độ bên trong tế bào, và các đặc tính của trung tâm hoạt động của enzym, phụ thuộc vào sự thay đổi các thông số vật lý và hóa học của môi trường.

Động học enzym hoạt động với các khái niệm như tốc độ phản ứng, năng lượng kích hoạt, rào cản kích hoạt, hoạt động phân tử, hoạt động cụ thể, vv Chúng ta hãy xem xét một số các khái niệm này.

Để có phản ứng sinh học xảy ra, chất thử cần phải chuyển một lượng năng lượng. Năng lượng này được gọi là năng lượng kích hoạt.

Thêm một enzyme vào thuốc thử có thể làm giảm năng lượng kích hoạt. Một số chất phản ứng không có sự tham gia của enzym, vì năng lượng kích hoạt quá cao. Sự cân bằng của phản ứng không thay đổi với sự bổ sung của enzym.

Tỷ lệ phản ứng là lượng sản phẩm phản ứng xuất hiện hoặc biến mất trong một đơn vị thời gian.

Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng lên nồng độ chất nền được đặc trưng bởi một khối lượng vật lý không đổi, hằng số Michaelis.

Hoạt động phân tử - số lượng phân tử của chất nền, được chuyển đổi bởi một phân tử của enzyme trên một đơn vị thời gian.