SGK Sinh Học 10 - Bài 14. Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất

Hình 13.3. Các con đom đóm đang phát sáng nhấp nháy để thu hút bạn tình
d 4 ENZIM VÀ VAI TRÒ CỦA ENZIM
TRONG QOÁ TRÌNH CHUYÊN HOÁ VẬT CHẤT
▼ Tại sao cơ thể người có thể tiêu hoá được tinh bột nhưng lại không tiêu hoá được xenlulôzơ ?
I - ENZIM
Enzim là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống. Enzim chỉ làm tăng tốc độ của phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
Câu trúc
Enzim có thể có thành phần chỉ là prôtêin hoặc prôtêin kết hợp với các chất khác không phải là prôtêin.
Trong phân tử enzim có vùng cấu trúc không gian đặc biệt chuyên liên kết với cơ chất (chất chịu sự tác động của enzim) được gọi là trung tâm hoạt động. Thực chất, đây là một chõ lõm hoặc khe nhỏ trên bề mặt enzim. Cấu hình không gian của trung tâm hoạt động của enzim tương thích với cấu hình không gian của cơ chất. Tại đây, các cơ chất liên kết tạm thời với enzim và nhờ đó phản ứng được xúc tác (hình 14.1).
Ca chế tác động
Thoạt đầu, enzim liên kết với cơ chất tại trung tâm hoạt động tạo nên phức hợp enzim-cơ chất. Sau đó, bằng nhiều cách khác nhau, enzim tương tác với cơ chất để tạo ra sản phẩm (hình 14.1). Liên kết enzim-cơ chất mang tính đặc thù. Vì thế, mỗi enzim thường chỉ xúc tác cho một phản ứng.
Hình 14.1. Sơ đồ mô tả cơ chế tác động của enzim saccaraza - một loại enzim phân huỷ đường saccarôzơ thành glucôzơ và fructôzơ
Cóc yếu tô' ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim
Hoạt tính của enzim được xác định bằng lượng sản phẩm được tạo thành từ một lượng cơ chất trên một đơn vị thời gian.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính của enzim. Sau đây chúng ta xem xét một số yếu tố chính :
Nhiệt độ : Mỗi enzim có một nhiệt độ tối ưu, tại đó enzim có hoạt tính tối đa làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất.
-ĐộpH : Mỗi enzim có một độ pH thích hợp. Ví dụ, enzim pepsin của dịch dạ dày người cần pH = 2.
Nồng độ cơ chất: Với một lượng enzim xác định nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của enzim tăng dần, nhưng đến một lúc nào đó thì sự gia tăng về nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính của enzim. Vì tất cả trung tâm hoạt động của enzim đã được bão hoà bởi cơ chất.
Chất ức chế hoặc hoạt hoá enzim : Một số chất hoá học có thể ức chế sự hoạt động của enzim. Một số chất khác khi liên kết với enzim lại làm tăng hoạt tính của enzim. Chẳng hạn, thuốc trừ sâu DDT ... là những chất ức chế một số enzim quan trọng của hệ thần kinh người và động vật.
Nồng độ enzim : Với một lượng cơ chất xác định, khi nồng độ enzim càng cao thì hoạt tính của enzim càng tăng.
II - VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYÊN HOÁ VẬT CHẤT
Khi có enzim xúc tác, tốc độ của một phản ứng có thể tăng cả triệu lần. Nếu té' bào không có các enzim thì các hoạt động sống không thể duy trì được vì tốc độ của các phản ứng sinh hoá xảy ra quá chậm.
Tế bào có thể tự điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất để thích ứng với môi trường bằng cách điều chỉnh hoạt tính của các enzim. Sử dụng các chất ức chế hoặc hoạt hoá enzim là một trong các cách điều chỉnh hoạt tính của enzim khá hiệu quả và nhanh chóng. Các chất ức chế đặc hiệu khi liên kết với enzim sẽ làm biến đổi cấu hình của enzim làm cho enzim không thể liên kết được với cơ chất. Ngược lại, các chất hoạt hoá khi liên kết với enzim sẽ làm tăng hoạt tính của enzim.
ức chế ngược là kiểu điều hoà trong đó sản phẩm của con đường chuyển hoá quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt enzim xúc tác cho phản ứng ở đầu của con đường chuyển hoá (hình 14.2).
Khi một enzim nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc tổng hợp quá ít hay bị bất hoạt thì không những sản phẩm không được tạo thành mà cơ chất của enzim đó cũng sẽ bị tích luỹ lại gây độc cho tế bào hoặc có thể được chuyển hoá theo con đường phụ thành các chất độc gây nên các triệu chứng bệnh lí. Các bệnh như vậy ở người được gọi là bệnh rối loạn chuyển hoá.
ửc chế ngược
Enzim a Enzim b Enzim c Enzim d
I ị ị	ị
A 	► B 	► c —►	D 	► p
Hình 14.2. Sơ đồ minh hoạ sự điều hoà quá trình chuyển hoá bằng ức chế ngược.
Sản phẩm p được sản xuất dư thừa sẽ liên kết với enzim a làm cho enzim này
không còn khả năng xúc tác để chuyển chất A thành chất B và do đó các chất trung
gian c, D cũng không được tạo thành. Do vậy, sự tổng hợp chất p sẽ bị dừng.
▼ Sơ đồ dưới đây mô tả các con đường chuyển hoá giả định. Mũi tên chấm gạch chỉ sự ức chế ngược. Nếu chất G và F dư thừa trong tế bào thì nồng độ chất nào sẽ tăng một cách bất thường ?
H	D—-G
Enzim là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là prôtêin. Mỗi loại enzim thường chỉ xúc tác cho một loại phản ứng sinh hoá.
Hoạt tính của enzim có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ pH, chất ức chế, chất hoạt hoá cũng như nồng độ cơ chất.
Tế bào có thể điều hoà quá trình chuyển hoá vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của các enzim bằng các chất hoạt hoá hay ức chế.
Câu hỏi và bài tập
Nêu cấu trúc và cơ chế tác động của enzim.
Tại sao khi tăng nhiệt độ lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzim thì hoạt tính của enzim đó lại bị giảm thậm chí bị mất hoàn toàn ?
Tế bào nhân thực có các bào quan có màng bao bọc cũng như có lưới nội chất chia tế bào chất thành những xoang tương đối cách biệt có lợi gì cho sự hoạt động của các enzim ? Giải thích.
Tế bào có thể tự điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất bằng cách nào ?
Em có biết ?
ENZIM - CHlếc KÉO VÀ KEO ỡẮN kì diệu
TRONỠ TAY CÁC NHÀ SINH HỌC PHÂN TỬ
Các nhà sinh học phân tử từ lâu đã có ý tưởng chuyển gen từ loài này sang loài kia hoặc thay thế các gen bị hỏng gây bệnh ở người bằng các gen lành. Tuy nhiên, vấn đề là làm sao cắt tách được các gen cần chuyển để gắn nó vào nhiễm sắc thể của tế bào nhận ? Chiếc kéo cắt gen và keo gắn gen là gì, lấy ở đâu ? Cuối cùng, họ đã tìm được những enzim đặc biệt của vi khuẩn làm “kéo” đặc chủng để cắt tách gen cũng như tìm được các enzim làm “keo dính” để gắn gen. Với các công cụ này, các nhà khoa học có thể cắt rời một gen nào đó từ loài này rồi chuyển sang loài kia để tạo nên những sinh vật chưa từng có trong tự nhiên. Ví dụ, cây thuốc lá được cấy gen “phát sáng” lấy từ đom đóm có thể tự phát sáng trong đêm.