II- ENZIM VÀ VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT

Sự chuyển hoá vật chất trong tế bào bao gồm tất cả các phản ứng diễn ra trong tế bào và cơ thể sống. Các phản ứng này bao gồm hai quá trình: đồng hoá và dị hoá.

Quá trình đồng hoá: Quá trình đồng hoá là quá trình tổng hợp các chất phức tạp từ những chất đơn giản để tạo thành những chất hữu cơ đặc trưng, ví dụ tổng hợp tinh bột từ glucôzơ, tổng hợp protein từ các axit amin, tổng hợp axit nuclêic từ các nuclêôtit... Các chất hữu cơ được tổng hợp đều tích lũy thế năng cần cho các quá trình sống.

Quá trình dị hoá: Quá trình dị hoá là quá trình phân giải các chất phức tạp thành các chất đơn giản hơn và khi đó các liên kết hoá học bị phá vỡ, thế năng chuyển thành động năng, ví dụ tinh bột phân giải thành glucôzơ, prôtêin phân giải thành axit amin, axit nuclêic phân giải thành nuclêôtit.

Mối tương quan giữa đồng hoá và dị hoá: Hai quá trình đồng hoá và dị hoá là ngược nhau, mâu thuẫn nhưng thống nhất.

Để các quá trình đồng hoá và dị hoá có thể xảy ra trong tế bào sống thì cần thiết phải có sự tham gia của các chất xúc tác sinh học là các enzim.

1. Enzim và cơ chế tác động của enzim

a) Enzim là gì?

Enzim là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein do tế bào sinh ra, tác động xúc tác các phản ứng xảy ra nhanh trong các điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể sống và bản thân enzim không thay đổi khi phản ứng hoàn thành.

Đối với một số enzim, ngoài thành phần prôtêin còn có một số chất khác tham gia. Đó là côfactơ (một số ion, vitamin...).

Người ta thường phân loại enzim theo phản ứng mà chúng xúc tác, ví dụ các enzim xúc tác phản ứng thủy phân (có sự tham gia của nước) là enzim thủy phân (hiđrolaza), hoặc theo cơ chất mà chúng xúc tác (xenlulaza phân giải xenlulôzơ, lipaza phân giải lipit, prôtêaza phân giải prôtêin).

b) Cơ chế tác động của enzim

Enzim có vai trò giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá bằng cách tạo ra các phản ứng trung gian. Như ở sơ đồ hình 7, ta thấy enzim E liên kết với cơ chất S1 chất tạo thành phức hệ E + S1 theo kiểu phù hợp hình thù như chìa khoá và ổ khoá, sau khi phản ứng được hoàn thành enzim được giải phóng không thay đổi và có thể tiếp tục tham gia phản ứng.

c) Tính chất của enzim

- Hoạt tính mạnh: Ta hãy xem xét hoạt tính của enzim catalaza và hoạt tính của sắt xúc tác phân giải $H_{2}O_{2}$ để thấy rõ hoạt tính mạnh của enzim so với chất xúc tác vô cơ. Một phân tử catalaza chỉ cần một giây đã phân giải được một lượng $H_{2}O_{2}$ mà một phân tử sắt phải phân giải trong thời gian 300 năm.

- Tính chuyên hoá cao: Các enzim có tính chuyên hoá cao và khác nhau (hình 7). Đa số enzim có tính chuyên hoá tuyệt đối, một số enzim có tính chuyên hoá tương đối.

- Sự phối hợp hoạt động giữa các enzim: Trong tế bào các enzim hoạt động theo kiểu dây chuyền nghĩa là sản phẩm của phản ứng do enzim trước đó xúc tác sẽ là cơ chất cho phản ứng do enzim sau tác động.

e) Các nhân tố ảnh hưởng tới hoạt động của enzim

- Nhiệt độ: Mỗi enzim có nhiệt độ tối ưu (tại nhiệt độ này enzim có hoạt tính cao nhất). Khi chưa đạt đến nhiệt độ tối ưu của enzim thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng enzim. Tuy nhiên, khi đã qua nhiệt độ tối ưu của enzim thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ phản ứng và có thể enzim bị mất hoàn toàn hoạt tính.

- Độ pH: Mỗi enzim có pH tối ưu riêng. Đa phần enzim có pH tối ưu từ 6 đến 8. Có enzim hoạt động tối ưu trong môi trường axit như pepsin (enzim có trong dạ dày) hoạt động tối ưu ở 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.

- Nồng độ enzim: Với một lượng cơ chất xác định, nồng độ enzim càng cao thì tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh. Tế bào có thể điều hoà tốc độ chuyển hoá vật chất bằng việc tăng giảm nồng độ enzim trong tế bào.

- Chất ức chế enzim: Một số chất hoá học có thể ức chế sự hoạt động của enzim, nên tế bào khi cần ức chế enzim nào đó cũng có thể tạo ra các chất ức chế đặc hiệu cho enzim ấy. Một số chất độc hại từ môi trường như thuốc trừ sâu DDT là những chất ức chế các enzim quan trọng của hệ thần kinh người và động vật.

2. Vai trò của enzim trong quá trình chuyển hoá vật chất

Tốc độ phản ứng có thể tăng gấp triệu lần khi có enzim xúc tác. Nếu không có các enzim thì các hoạt động sống không duy trì được vì 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 loại enzim. Một trong các cách điều chỉnh hoạt tính của enzim khá hiệu quả và nhanh chóng là sử dụng các chất ức chế hoặc hoạt hoá enzim. 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.

Khi một enzim nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc bị bất hoạt thì không những sản phẩm không được tạo thành mà cơ chất của enzim đó cũng sẽ bị tích tụ lại gây độc hại cho tế bào hoặc có thể được chuyển hoá theo con đường phụ thành các chất độc gây nên các triệu chứng bệnh lí (bệnh rối loạn chuyển hoá).