CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME TRONG CƠ THỂ

Enzyme có vai trò quan trọng trong cơ thể, nó giúp các phản ứng trong cơ thể diễn ra được trong môi trường cơ thế sống. Vậy cơ chế hoạt động của chúng như thế nào, hãy tìm hiểu qua bài viết sau đây.

ENZYME LÀ GÌ?

Enzyme, một chất hoạt động như một chất xúc tác trong cơ thể sống, điều chỉnh tốc độ diễn ra các phản ứng hóa học mà bản thân nó không bị thay đổi trong quá trình này.

Hầu hết các enzyme được tạo ra chủ yếu từ protein, hoặc một chuỗi protein đơn hoặc nhiều chuỗi như vậy trong một phức hợp đa tiểu đơn vị.

Enzyme cũng thường kết hợp các thành phần không phải protein, chẳng hạn như các ion kim loại hoặc các phân tử hữu cơ chuyên biệt được gọi là cofactor (ví dụ: adenosine triphosphate). Nhiều đồng yếu tố là vitamin và vai trò của chúng như là vitamin liên quan trực tiếp đến việc sử dụng chúng trong việc xúc tác quá trình sinh học trong quá trình trao đổi chất.

VAI TRÒ CỦA ENZYME

Các enzyme giúp thực hiện các nhiệm vụ rất quan trọng. Chúng bao gồm xây dựng cơ bắp, phá hủy độc tố và phá vỡ các mảnh thức ăn trong quá trình tiêu hóa.

Enzyme được sản xuất tự nhiên trong cơ thể. Enzyme rất cần thiết cho hoạt động tiêu hóa và một cơ thể khỏe mạnh. Chúng hoạt động cùng với các hóa chất khác trong cơ thể, chẳng hạn như axit dạ dày và mật, giúp phân hủy thức ăn thành các phân tử cho một loạt các chức năng của cơ thể.

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME

Cơ chế hoạt động của enzyme bao gồm ba bước chính:

Cơ chất (Substrate) liên kết với enzyme (Enzyme) để hình thành phức hệ enzyme - cơ chất (E - S complex).
Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm (Product), tạo thành phức hệ E-P.
Sản phẩm P được giải phóng enzyme E. (1)

Cũng như các chất xúc tác khác, enzyme không bị phản ứng tiêu thụ hoặc thay đổi (như một cơ chất) mà được tái chế để như một enzyme duy nhất thực hiện nhiều vòng xúc tác.

Enzyme thường có tính đặc hiệu cao và chỉ hoạt động trên một số cơ chất (chất phản ứng) nhất định. Một số enzyme có tính đặc hiệu tuyệt đối nghĩa là chúng chỉ hoạt động trên một cơ chất. Trong khi những enzyme khác thể hiện tính đặc hiệu của nhóm và có thể hoạt động trên các nhóm hóa học tương tự không giống nhau, chẳng hạn như liên kết peptit trong các phân tử khác nhau. Nhiều enzyme có tính đặc hiệu lập thể và hoạt động trên một đồng phân lập thể này nhưng không tác động lên đồng phân lập thể khác.

CƠ CHẾ GIẢM HÀNG RÀO NĂNG LƯỢNG CỦA ENZYME

Cơ chế xúc tác của enzyme thì đa dạng, nhưng đều giống về nguyên tắc đối với các loại xúc tác hóa học, chỉ khác ở chỗ quan trọng là giảm (các) hàng rào năng lượng ngăn cách các chất phản ứng (hoặc cơ chất khỏi sản phẩm).

Sự giảm năng lượng hoạt hóa (Ea) làm tăng tỷ lệ phân tử chất phản ứng có thể vượt qua rào cản này và tạo thành sản phẩm.

Một nguyên tắc quan trọng là vì chúng chỉ làm giảm rào cản năng lượng giữa sản phẩm và chất phản ứng nên các enzyme luôn xúc tác phản ứng theo cả hai hướng (hướng thuận chiều và hướng ngược chiều) và không thể thúc đẩy phản ứng ảnh hưởng đến vị trí cân bằng.

Theo quan điểm năng lượng, lý do tại sao một enzyme có thể đẩy nhanh phản ứng là vì nó có thể hạ thấp hàng rào năng lượng (năng lượng hoạt hóa) ngăn cách cơ chất và sản phẩm phản ứng. Ví dụ, năng lượng liên kết cộng hóa trị giữa hai nguyên tử nằm trong khoảng từ 50 đến 200 kcal/ mol, lớn hơn nhiều so với năng lượng nhiệt (0,6 kcal/ mol) ở nhiệt độ phòng. Do đó, liên kết cộng hóa trị khó có thể bị phá vỡ nếu không có các tương tác bên ngoài. Enzyme có thể cung cấp một môi trường thích hợp để hạ thấp rào cản năng lượng. (2)

Các enzyme thường làm giảm năng lượng hoạt hóa bằng cách giảm năng lượng cần thiết để các chất phản ứng đến với nhau và phản ứng. Ví dụ:

Các enzyme mang các chất phản ứng lại với nhau để chúng không phải tiêu hao năng lượng di chuyển cho đến khi chúng va chạm ngẫu nhiên. Enzyme liên kết cả hai phân tử chất phản ứng (được gọi là cơ chất), một cách chặt chẽ và đặc biệt, tại một vị trí trên phân tử enzyme được gọi là vị trí hoạt động.
Bằng cách liên kết các chất phản ứng tại vị trí hoạt động, các enzyme cũng định vị các chất phản ứng một cách chính xác, do đó chúng không cần phải vượt qua các lực liên phân tử có thể đẩy chúng ra xa nhau. Điều này cho phép các phân tử tương tác với ít năng lượng hơn.
Enzyme cũng có thể cho phép các phản ứng xảy ra bằng các con đường khác nhau có năng lượng hoạt hóa thấp hơn. (3)