Đề 5 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Hóa sinh enzyme

DNA polymerase là enzyme chủ chốt trong kỹ thuật PCR. Enzyme này có khả năng tổng hợp chuỗi DNA mới từ khuôn mẫu DNA có sẵn, sử dụng các nucleotide và primer, qua các chu kỳ nhiệt độ lặp lại để khuếch đại số lượng đoạn DNA mong muốn.

Enzyme protease (hay peptidase) là nhóm enzyme hydrolase xúc tác phản ứng thủy phân liên kết peptide trong protein, phân giải protein thành các peptide nhỏ hơn hoặc amino acid. Protease đóng vai trò quan trọng trong tiêu hóa protein, quá trình đông máu, và nhiều quá trình sinh học khác.

Pepsin hoạt động tối ưu trong môi trường acid mạnh của dạ dày (pH khoảng 1.5-2.0). Môi trường acid này giúp duy trì cấu trúc ba chiều phù hợp cho hoạt động xúc tác của pepsin và hỗ trợ quá trình tiêu hóa protein trong dạ dày.

Trong ức chế cạnh tranh, chất ức chế cạnh tranh với chất nền để liên kết với trung tâm hoạt động. Bằng cách tăng nồng độ chất nền đủ cao, có thể `vượt qua` sự ức chế do chất ức chế cạnh tranh, vì chất nền sẽ có nhiều khả năng liên kết với enzyme hơn.

Khi nồng độ chất nền tăng, tốc độ phản ứng enzyme tăng dần do có nhiều phân tử chất nền liên kết với enzyme hơn. Tuy nhiên, khi tất cả các trung tâm hoạt động của enzyme đã bão hòa với chất nền, tốc độ phản ứng sẽ đạt mức tối đa (Vmax) và không tăng thêm nữa dù nồng độ chất nền tiếp tục tăng.

Nhiều vitamin là tiền chất của coenzyme hoặc chính là coenzyme. Coenzyme là các phân tử hữu cơ nhỏ cần thiết cho hoạt động của nhiều enzyme, giúp enzyme thực hiện chức năng xúc tác bằng cách tham gia vào quá trình chuyển nhóm chức năng hoặc electron.

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

Enzyme isomerase xúc tác phản ứng đồng phân hóa, tức là chuyển đổi một phân tử thành đồng phân cấu trúc của nó. Phản ứng này chỉ thay đổi sự sắp xếp không gian của các nguyên tử trong phân tử mà không thay đổi thành phần nguyên tử.

Enzyme xúc tác phản ứng thuận nghịch có khả năng tăng tốc độ cả phản ứng theo chiều thuận và chiều nghịch. Enzyme không làm thay đổi hằng số cân bằng của phản ứng, mà chỉ giúp phản ứng đạt trạng thái cân bằng nhanh hơn.

Nhiệt độ, pH và nồng độ enzyme đều là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme. Ánh sáng thường không có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính của enzyme trong điều kiện sinh học thông thường, trừ một số enzyme quang hợp ở thực vật.

Amylase là enzyme thủy phân tinh bột và glycogen (các carbohydrate phức tạp) thành các đường đơn giản hơn như maltose và glucose, đóng vai trò quan trọng trong tiêu hóa carbohydrate.

Enzyme xúc tác phản ứng bằng cách tạo phức chất trung gian enzyme-chất nền (ES). Sự hình thành phức chất này làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi chất nền thành sản phẩm. Enzyme không thay đổi hằng số cân bằng hay cung cấp năng lượng cho phản ứng.

Biến tính enzyme là quá trình làm mất cấu trúc ba chiều đặc trưng của protein, thường do tác động của nhiệt độ cao, pH cực đoan, hoặc chất hóa học. Khi cấu trúc bị phá vỡ, trung tâm hoạt động bị biến dạng, enzyme mất khả năng liên kết với chất nền và do đó mất hoạt tính xúc tác.

Chất ức chế cạnh tranh có cấu trúc tương tự chất nền, cạnh tranh với chất nền để liên kết vào trung tâm hoạt động của enzyme. Điều này làm giảm hiệu quả liên kết của chất nền và do đó giảm hoạt tính enzyme.

Trung tâm hoạt động là vùng đặc biệt trên enzyme, nơi chất nền liên kết và phản ứng xúc tác diễn ra. Vùng này chứa các amino acid quan trọng tham gia trực tiếp vào liên kết chất nền và xúc tác hóa học.

Đường biểu diễn Lineweaver-Burk (đồ thị nghịch đảo kép) là một phương pháp đồ thị hóa phương trình Michaelis-Menten, giúp xác định chính xác các thông số động học enzyme như Km và Vmax, đồng thời phân biệt các loại ức chế enzyme khác nhau (cạnh tranh, không cạnh tranh, hỗn hợp).

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, từ đó tăng tốc độ phản ứng mà không bị tiêu thụ trong quá trình.

Mô hình `khớp cảm ứng` cải tiến mô hình `ổ khóa-chìa khóa` bằng cách cho rằng trung tâm hoạt động enzyme không hoàn toàn cố định mà có thể linh hoạt thay đổi hình dạng khi liên kết với chất nền để tạo ra sự `khớp` tối ưu. Sự thay đổi này giúp tối ưu hóa tương tác giữa enzyme và chất nền, tăng cường xúc tác.

Enzyme kinase thuộc loại transferase vì chúng xúc tác phản ứng chuyển nhóm phosphate từ ATP (hoặc GTP) sang một phân tử khác (thường là protein hoặc lipid). Phản ứng phosphoryl hóa này đóng vai trò quan trọng trong điều hòa hoạt động của nhiều protein và các quá trình tế bào.

Km (hằng số Michaelis-Menten) là nồng độ chất nền tại đó tốc độ phản ứng enzyme đạt một nửa tốc độ tối đa (Vmax). Km phản ánh ái lực của enzyme với chất nền: Km càng thấp, ái lực càng cao.

Enzyme ligase (ví dụ DNA ligase) có vai trò thiết yếu trong sinh học phân tử, đặc biệt là trong tái tổ hợp DNA và sửa chữa DNA. Ligase xúc tác phản ứng tạo liên kết phosphodiester để nối hai đoạn DNA lại với nhau, thường được sử dụng trong kỹ thuật di truyền để tạo DNA tái tổ hợp.

Enzyme oxidoreductase là nhóm enzyme xúc tác các phản ứng oxy hóa khử, tức là phản ứng chuyển electron hoặc hydrogen giữa các phân tử. Ví dụ điển hình là dehydrogenase và oxidase.

Trong ức chế không cạnh tranh, chất ức chế liên kết với enzyme tại vị trí khác trung tâm hoạt động, làm giảm Vmax (tốc độ phản ứng tối đa) vì làm giảm số lượng enzyme hoạt động hiệu quả. Km (ái lực enzyme với chất nền) thường không bị ảnh hưởng bởi ức chế không cạnh tranh.

Chất ức chế cạnh tranh làm tăng Km (hằng số Michaelis-Menten). Điều này có nghĩa là cần nồng độ chất nền cao hơn để đạt được một nửa Vmax so với khi không có chất ức chế, do enzyme có ái lực biểu kiến giảm với chất nền khi có chất ức chế cạnh tranh.

Cấu trúc bậc hai của protein (alpha-helix và beta-sheet) được hình thành chủ yếu nhờ liên kết hydrogen giữa các nhóm carbonyl (C=O) và amino (N-H) trên mạch polypeptide. Các liên kết này tạo ra các cấu trúc xoắn ốc và tấm gấp ổn định.

Enzyme allosteric có đặc điểm quan trọng là khả năng điều chỉnh hoạt tính thông qua liên kết của các phân tử điều biến (activators hoặc inhibitors) tại vị trí allosteric (khác với trung tâm hoạt động). Liên kết này gây ra sự thay đổi cấu trúc enzyme, ảnh hưởng đến ái lực với chất nền hoặc hoạt tính xúc tác.

Restriction enzyme (endonuclease giới hạn) là enzyme đặc biệt có khả năng nhận diện và cắt DNA tại các trình tự nucleotide đặc hiệu (vị trí nhận biết). Chúng là công cụ quan trọng trong công nghệ DNA tái tổ hợp và phân tích DNA.

Cofactor là các phân tử không phải protein nhưng cần thiết cho hoạt động của nhiều enzyme. Cofactor có thể là ion kim loại (ví dụ: Mg2+, Zn2+) hoặc coenzyme (ví dụ: NAD+, FAD), thường tham gia vào quá trình xúc tác bằng cách hỗ trợ liên kết chất nền hoặc chuyển electron.

Enzyme lyase thuộc nhóm enzyme xúc tác phản ứng cắt liên kết C-C, C-O, C-N và các liên kết khác bằng cách loại bỏ nhóm nguyên tử, thường tạo ra liên kết đôi hoặc vòng mới trong phân tử. Phản ứng này không phải là thủy phân hay oxy hóa khử.

Tổng hợp DNA trong phòng thí nghiệm (ví dụ PCR) là một ứng dụng quan trọng của enzyme trong nghiên cứu sinh học phân tử và chẩn đoán, nhưng không thuộc phạm trù ứng dụng công nghiệp quy mô lớn như sản xuất thuốc, bột giặt, hay nhiên liệu sinh học. Các ngành công nghiệp này sử dụng enzyme để xúc tác các quá trình sản xuất hiệu quả và thân thiện môi trường hơn.