Đề 6 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Hóa sinh enzyme

Nhiều vitamin là tiền chất của coenzyme hoặc hoạt động trực tiếp như coenzyme. Coenzyme là các phân tử hữu cơ không phải protein cần thiết cho hoạt động của một số enzyme. Vitamin, khi được chuyển hóa, có thể trở thành các coenzyme quan trọng trong nhiều phản ứng sinh hóa.

Enzyme ligase (hoặc synthetase) xúc tác phản ứng tạo liên kết hóa học giữa hai phân tử, thường đi kèm với việc sử dụng năng lượng từ sự thủy phân ATP (hoặc nucleotide triphosphate khác). Ví dụ điển hình là DNA ligase, xúc tác liên kết các đoạn DNA.

Enzyme allosteric có vị trí điều chỉnh (allosteric site) khác với trung tâm hoạt động. Chất điều biến (activator hoặc inhibitor) liên kết tại vị trí allosteric, gây ra sự thay đổi hình dạng enzyme, từ đó ảnh hưởng đến ái lực của enzyme với chất nền hoặc tốc độ xúc tác.

Enzyme phosphatase là một loại hydrolase, xúc tác phản ứng thủy phân loại bỏ nhóm phosphate vô cơ (Pi) khỏi một phân tử hữu cơ. Phản ứng này ngược lại với phản ứng của kinase (thêm nhóm phosphate).

Cơ chế khớp cảm ứng nói rằng trung tâm hoạt động của enzyme không hoàn toàn khớp với chất nền trước khi liên kết. Khi chất nền liên kết, enzyme thay đổi hình dạng để `ôm` lấy chất nền, tạo ra sự khớp tối ưu cho phản ứng xúc tác.

Cơ chế xúc tác acid-base là một trong những cơ chế xúc tác phổ biến của enzyme. Nó sử dụng các nhóm chức năng acid (như -COOH, -SH) và base (như -NH2, imidazole) của các amino acid trong trung tâm hoạt động để tham gia vào quá trình chuyển proton, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng xảy ra.

Proenzyme, hay zymogen, là dạng tiền chất chưa hoạt động của một số enzyme. Chúng thường được tổng hợp ở dạng không hoạt động để ngăn chặn hoạt động không kiểm soát ở nơi tổng hợp. Proenzyme cần trải qua quá trình hoạt hóa, thường là cắt bỏ một đoạn peptide, để trở thành enzyme hoạt động.

Cả coenzyme và cofactor đều là các phân tử hỗ trợ enzyme hoạt động. Điểm khác biệt chính là coenzyme là các phân tử hữu cơ (thường là vitamin hoặc dẫn xuất vitamin), trong khi cofactor có thể là ion kim loại vô cơ hoặc các phân tử hữu cơ.

Enzyme xúc tác phản ứng bằng cách giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết để phản ứng xảy ra, từ đó tăng tốc độ phản ứng.

Điểm khác biệt chính là vị trí liên kết của chất ức chế. Trong ức chế cạnh tranh, chất ức chế liên kết trực tiếp vào trung tâm hoạt động, tranh giành với chất nền. Trong ức chế dị lập thể, chất ức chế liên kết vào vị trí allosteric, làm thay đổi hình dạng enzyme và giảm hoạt tính, không trực tiếp cạnh tranh với chất nền tại trung tâm hoạt động.

Enzyme đóng vai trò thiết yếu trong hầu hết các quá trình sinh học, bao gồm trao đổi chất, sao chép và sửa chữa DNA, và tiêu hóa thức ăn. Vận chuyển oxy trong máu chủ yếu là chức năng của hemoglobin, một protein vận chuyển oxygen, không phải enzyme.

Trong xét nghiệm ELISA, enzyme như horseradish peroxidase (HRP) hoặc alkaline phosphatase (ALP) thường được liên kết với kháng thể hoặc kháng nguyên. Enzyme này xúc tác phản ứng tạo ra sản phẩm có màu hoặc phát quang, cho phép phát hiện và định lượng chất phân tích một cách nhạy cảm.

Đồ thị Lineweaver-Burk (hay đồ thị nghịch đảo kép) là một cách biểu diễn tuyến tính hóa phương trình Michaelis-Menten. Nó vẽ đồ thị giữa nghịch đảo của vận tốc phản ứng (1/v) theo nghịch đảo của nồng độ chất nền (1/[S]). Đồ thị này giúp xác định Km và Vmax một cách dễ dàng hơn từ độ dốc và giao điểm của đường thẳng.

Hằng số Michaelis-Menten (Km) là nồng độ chất nền tại đó tốc độ phản ứng enzyme đạt một nửa tốc độ tối đa (1/2 Vmax). Km là một thước đo ái lực của enzyme với chất nền; Km càng thấp, ái lực càng cao.

Chất ức chế cạnh tranh tranh giành vị trí trung tâm hoạt động với chất nền. Nó làm tăng Km (hằng số Michaelis-Menten, biểu thị ái lực enzyme với chất nền) vì cần nồng độ chất nền cao hơn để đạt được một nửa Vmax, nhưng không ảnh hưởng đến Vmax (tốc độ phản ứng tối đa) nếu đủ chất nền được thêm vào để `vượt qua` chất ức chế.

Enzyme transferase xúc tác các phản ứng chuyển nhóm chức năng (ví dụ: nhóm methyl, phosphate, acyl) từ một phân tử (donor) sang một phân tử khác (acceptor). Ví dụ điển hình là kinase (chuyển nhóm phosphate) và transaminase (chuyển nhóm amino).

Tính đặc hiệu của enzyme đối với chất nền chủ yếu được quyết định bởi hình dạng ba chiều và tính chất hóa học (như sự phân bố các nhóm chức năng, điện tích) của trung tâm hoạt động. Trung tâm hoạt động phải có cấu trúc không gian và lực tương tác phù hợp để liên kết đặc hiệu với chất nền cụ thể.

Chất ức chế không cạnh tranh liên kết với enzyme tại một vị trí khác với trung tâm hoạt động (vị trí allosteric). Việc liên kết này làm thay đổi hình dạng enzyme, giảm hoạt tính xúc tác, và ảnh hưởng đến Vmax nhưng không ảnh hưởng đến Km.

Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính enzyme thường được biểu diễn bằng đường cong hình chuông. Enzyme hoạt động tối ưu ở một pH nhất định (pH tối ưu). Khi pH lệch khỏi pH tối ưu theo cả hai hướng (axit hơn hoặc kiềm hơn), hoạt tính enzyme giảm do sự thay đổi trạng thái ion hóa của các nhóm chức năng quan trọng trong trung tâm hoạt động hoặc cấu trúc enzyme.

Carbonic anhydrase là một enzyme xúc tác phản ứng thuận nghịch giữa carbon dioxide (CO2) và nước để tạo thành bicarbonate (HCO3-) và proton (H+). Phản ứng này rất quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý, bao gồm vận chuyển CO2 trong máu, cân bằng pH máu, và sản xuất dịch vị dạ dày.

Trung tâm hoạt động là vùng đặc biệt trên enzyme có hình dạng và tính chất hóa học phù hợp để liên kết và xúc tác phản ứng trên chất nền.

Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối ưu mà tại đó hoạt động hiệu quả nhất. Khi nhiệt độ tăng quá cao, các liên kết yếu (như liên kết hydro, tương tác kỵ nước) duy trì cấu trúc bậc ba và bậc tư của enzyme bị phá vỡ, dẫn đến biến tính protein và mất hoạt tính xúc tác.

Protease là enzyme thủy phân protein. Trong công nghiệp, protease được sử dụng rộng rãi để làm mềm thịt (phân giải protein cơ), trong sản xuất chất tẩy rửa sinh học (loại bỏ vết bẩn protein), và trong nhiều quy trình công nghiệp khác liên quan đến xử lý protein.

Enzyme lyase xúc tác các phản ứng phân cắt liên kết C-C, C-O, C-N, và các liên kết khác bằng cách loại bỏ một nhóm nguyên tử, thường tạo thành liên kết đôi, hoặc ngược lại, thêm nhóm nguyên tử vào liên kết đôi.

RNA polymerase là enzyme chính tham gia vào quá trình phiên mã, xúc tác tổng hợp phân tử RNA từ khuôn mẫu DNA. DNA polymerase tham gia vào sao chép DNA, ribonuclease phân giải RNA, và protease phân giải protein.

Oxidoreductase là lớp enzyme xúc tác các phản ứng oxy hóa khử, tức là phản ứng chuyển electron hoặc ion hydride. Lactate dehydrogenase xúc tác phản ứng chuyển đổi lactate thành pyruvate, một phản ứng oxy hóa khử quan trọng trong chuyển hóa carbohydrate.

Cấu trúc bậc ba của protein (bao gồm enzyme) được duy trì bởi các liên kết disulfide, liên kết ion, tương tác kỵ nước, và liên kết hydro giữa các chuỗi bên R của amino acid. Liên kết peptide là liên kết chính tạo nên cấu trúc bậc một (chuỗi polypeptide) và tham gia vào tất cả các bậc cấu trúc protein, nhưng không phải là yếu tố *duy nhất* xác định cấu trúc bậc ba.

Nhiệt độ, pH và nồng độ enzyme đều ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme. Áp suất khí quyển tiêu chuẩn thường không có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính enzyme trong điều kiện sinh học thông thường.

Isoenzyme (hoặc isozyme) là các enzyme khác nhau về cấu trúc protein và có thể mã hóa bởi các gen khác nhau, nhưng chúng xúc tác cùng một phản ứng hóa học. Chúng thường khác nhau về các đặc tính động học, điều hòa, hoặc phân bố trong mô.

Amylase là enzyme thủy phân tinh bột (polysaccharide) thành các đường đơn giản hơn (disaccharide và monosaccharide). Trong công nghiệp thực phẩm, amylase được sử dụng rộng rãi để sản xuất siro ngô có hàm lượng fructose cao, trong sản xuất bánh mì, và trong công nghiệp bia.