Đề 13 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Hóa sinh enzyme

Km là nồng độ cơ chất mà tại đó tốc độ phản ứng enzyme đạt một nửa tốc độ tối đa (Vmax). Giá trị Km càng thấp thì ái lực của enzyme với cơ chất càng cao, và ngược lại.

Chất ức chế không cạnh tranh liên kết với enzyme ở vị trí khác trung tâm hoạt động, làm giảm nồng độ enzyme hoạt động hiệu quả. Nó không ảnh hưởng đến ái lực của enzyme với cơ chất (Km không đổi) nhưng làm giảm tốc độ phản ứng tối đa (Vmax giảm).

Proenzyme (zymogen) là dạng tiền chất bất hoạt của enzyme. Chúng thường được tổng hợp ở dạng bất hoạt để ngăn ngừa hoạt động xúc tác không mong muốn ở nơi tổng hợp và chỉ được hoạt hóa khi đến vị trí và thời điểm cần thiết (ví dụ: enzyme tiêu hóa pepsinogen được hoạt hóa thành pepsin trong dạ dày).

Cơ chế `khớp cảm ứng` mô tả rằng trung tâm hoạt động enzyme không hoàn toàn khớp với cơ chất trước khi liên kết. Khi cơ chất tiếp cận, trung tâm hoạt động enzyme thay đổi hình dạng để bao bọc cơ chất một cách chặt chẽ hơn, tối ưu hóa các tương tác và tạo điều kiện cho quá trình xúc tác.

Tính đặc hiệu cơ chất của enzyme là khả năng enzyme chỉ liên kết và xúc tác phản ứng cho một hoặc một số cơ chất có cấu trúc không gian và hóa học phù hợp với trung tâm hoạt động của nó.

Enzyme hoạt động như chất xúc tác sinh học, chủ yếu bằng cách giảm năng lượng hoạt hóa (Ea) cần thiết để phản ứng xảy ra. Việc giảm Ea này giúp phản ứng diễn ra nhanh hơn đáng kể so với khi không có enzyme.

Ức chế ngược là cơ chế điều hòa quan trọng, trong đó sản phẩm cuối của một con đường chuyển hóa sẽ ức chế hoạt động của enzyme ở bước đầu con đường đó. Cơ chế này giúp tế bào kiểm soát và duy trì sự cân bằng nồng độ sản phẩm, ngăn chặn sự tích lũy quá mức.

Enzyme là chất xúc tác, không bị biến đổi hoặc tiêu thụ trong phản ứng. Sau khi xúc tác phản ứng, enzyme được giải phóng ở trạng thái ban đầu, sẵn sàng liên kết với cơ chất mới và xúc tác các phản ứng tiếp theo, đảm bảo hiệu quả xúc tác cao.

Đường cong Michaelis-Menten biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng enzyme (v) vào nồng độ cơ chất [S] khi nồng độ enzyme được giữ không đổi. Đường cong này có dạng hyperbolic và được sử dụng để xác định các thông số động học enzyme như Km và Vmax.

Khi nồng độ cơ chất rất cao (dư thừa), enzyme đã bão hòa cơ chất và tốc độ phản ứng đạt Vmax. Trong điều kiện này, tốc độ phản ứng không còn phụ thuộc vào nồng độ cơ chất nữa mà chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ enzyme: tăng nồng độ enzyme sẽ làm tăng tốc độ phản ứng.

Sản xuất bia, rượu, thuốc kháng sinh và tổng hợp DNA (ví dụ PCR sử dụng DNA polymerase) là các ứng dụng công nghiệp của enzyme. Chẩn đoán bệnh bằng xét nghiệm enzyme trong máu là ứng dụng trong y học/sinh học lâm sàng, không phải ứng dụng công nghiệp theo nghĩa rộng.

Phản ứng thủy phân (cắt liên kết bằng nước) sucrose thành glucose và fructose là một phản ứng thủy phân disaccharide. Enzyme hydrolase là nhóm enzyme chuyên xúc tác các phản ứng thủy phân liên kết hóa học.

Vmax là tốc độ phản ứng tối đa mà enzyme có thể đạt được khi trung tâm hoạt động của tất cả enzyme đều đã bão hòa với cơ chất. Vmax phản ánh khả năng xúc tác tối đa của enzyme.

Isoenzyme (hay isozyme) là các dạng enzyme khác nhau về cấu trúc protein (do các gene khác nhau mã hóa hoặc do biến đổi sau dịch mã) nhưng xúc tác cùng một phản ứng hóa học. Isoenzyme thường có các đặc tính động học và phân bố mô khác nhau.

Nhiệt độ, pH và nồng độ cơ chất là những yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme. Áp suất khí quyển tiêu chuẩn thường không có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính enzyme trong điều kiện sinh học.

Pepsin là enzyme tiêu hóa protein trong dạ dày, hoạt động tối ưu trong môi trường acid mạnh của dạ dày, với pH khoảng 1.5-2. pH acid này giúp duy trì cấu trúc không gian và hoạt tính xúc tác của pepsin.

Cofactor là thuật ngữ chung chỉ các chất hỗ trợ hoạt động enzyme, có thể là ion kim loại (ví dụ: Mg2+, Zn2+) hoặc phân tử hữu cơ (coenzyme). Coenzyme thường là các phân tử hữu cơ nhỏ, không phải protein, tham gia vào phản ứng xúc tác, thường là chất mang các nhóm hóa học.

Mô hình `khóa và chì` mô tả trung tâm hoạt động enzyme như một cấu trúc cứng nhắc, có hình dạng bổ sung hoàn toàn với cơ chất (như chìa khóa và ổ khóa). Tuy nhiên, mô hình này đơn giản hóa quá trình liên kết enzyme-cơ chất. Mô hình `khớp cảm ứng` (induced fit) chính xác hơn, mô tả sự thay đổi hình dạng trung tâm hoạt động khi liên kết với cơ chất.

Cấu trúc bậc ba của enzyme (và protein nói chung) được duy trì bởi các tương tác không cộng hóa trị như liên kết hydro, liên kết ion, tương tác kỵ nước và liên kết disulfide (cộng hóa trị). Liên kết peptide là liên kết cộng hóa trị tạo nên mạch polypeptide, quyết định cấu trúc bậc một, không trực tiếp duy trì cấu trúc bậc ba.

Enzyme allosteric có vị trí điều hòa (allosteric site) khác với trung tâm hoạt động. Chất điều biến (chất hoạt hóa hoặc ức chế allosteric) liên kết vào vị trí này, gây ra sự thay đổi cấu trúc không gian của enzyme, từ đó ảnh hưởng đến ái lực với cơ chất và hoạt tính xúc tác.

Enzyme oxidoreductase xúc tác các phản ứng oxy hóa khử, bao gồm dehydrogenase (loại bỏ hydro), oxidase (sử dụng oxy làm chất nhận electron), reductase (phản ứng khử). Transferase là enzyme chuyển nhóm chức năng, thuộc nhóm enzyme khác.

Một đơn vị hoạt độ enzyme quốc tế (IU) được định nghĩa là lượng enzyme xúc tác chuyển hóa 1 micromol cơ chất trong 1 phút, trong điều kiện xác định (nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất tối ưu).

Nhiều vitamin là tiền chất (precursor) của coenzyme. Cơ thể không thể tự tổng hợp vitamin hoặc tổng hợp không đủ, cần phải bổ sung từ nguồn bên ngoài. Khi vào cơ thể, vitamin được biến đổi thành coenzyme và tham gia vào nhiều phản ứng enzyme quan trọng.

Trung tâm hoạt động là vùng đặc biệt trên enzyme có cấu trúc ba chiều phù hợp để liên kết với cơ chất và chứa các nhóm chức năng xúc tác phản ứng hóa học.

Cố định enzyme là kỹ thuật gắn enzyme lên vật liệu nền rắn, giúp tái sử dụng enzyme, tăng độ bền, ổn định và dễ dàng tách enzyme khỏi sản phẩm, giảm chi phí sản xuất trong công nghiệp. Phân tích cấu trúc 3D enzyme không phải là ứng dụng của enzyme immobilization.

RNA polymerase là enzyme xúc tác quá trình phiên mã, tổng hợp phân tử RNA từ khuôn mẫu DNA. DNA polymerase tham gia quá trình nhân đôi DNA, ribonuclease phân hủy RNA, DNA ligase nối các đoạn DNA.

Enzyme lyase thuộc nhóm enzyme xúc tác phản ứng cắt liên kết hóa học (C-C, C-O, C-N...) bằng cơ chế không thủy phân hoặc oxy hóa khử, thường tạo thành liên kết đôi hoặc vòng mới trong sản phẩm.

Chất ức chế cạnh tranh có cấu trúc tương tự cơ chất, liên kết thuận nghịch với trung tâm hoạt động của enzyme, ngăn cản cơ chất liên kết và làm giảm hoạt tính enzyme. Tác dụng ức chế có thể giảm bớt bằng cách tăng nồng độ cơ chất.

Sắc ký cột là một nhóm các kỹ thuật tinh sạch protein và enzyme phổ biến, dựa trên các đặc tính vật lý hóa học khác nhau như kích thước, điện tích, ái lực liên kết... PAGE được dùng để phân tích độ tinh sạch, kính hiển vi điện tử để quan sát cấu trúc, PCR để khuếch đại DNA.

Glucose oxidase là enzyme đặc hiệu oxy hóa glucose. Nó được sử dụng rộng rãi trong các xét nghiệm định lượng glucose trong máu và nước tiểu, đặc biệt quan trọng trong chẩn đoán và theo dõi bệnh tiểu đường.