Tài liệu Hóa sinh sách đào tạo hệ cử nhân kỹ thuật xét nghiệm y học

BỘ Y TẾ HÓA SINH (SÁCH ĐÀO TẠO HỆ c ử NHÂN KỸ TH U Ậ T XÉT NGHIỆM Y HỌC) Mã số: Đ K.01.Y.04 Chủ biên: PGS.TS. Tạ Thành Văn NHÀ XUẤT BẢN Y HỌC HÀ NỘI -2 0 1 1 CHỈ ĐẠO BIÊN SOẠN: Vụ Khoa học và Đ ào tạo, Bộ Y tế CHỦ BIÊN: P G S .T S . T ạ T hành Văn NHỮNG NGƯỜI BIÊN SOẠN: P G S .T S . N guyễn Thị Hà • P G S .T S . T ạ T hành Văn TS. Đ ặng Thị Ngọc Dung THƯ KÝ BIÊN SOẠN: TS. T rần Vân Khánh TỔ CHỨC BẢN THẢO: ThS. Phi Văn Thâm TS. N guyễn M ạnh Pha ThS. Phí N guyệt Thanh © B ả n q u y ề n th u ộ c Bộ Y t ế (V ụ K h o a học v à Đ à o tạ o ) 2 LỜI GIỚI THIỆU T h ự c h iệ n m ộ t số đ iề u l u ậ t c ủ a L u ậ t G iáo dục, Bộ G iá o d ụ c v à Đ ào tạ o v à Bộ Y tê đ ã b a n h à n h C h ư ơ n g tr ìn h k h u n g đào tạ o đ ạ i học n g à n h Y tế . Bộ Y t ế tô chức b iê n so ạ n tà i liệ u d ạ y - học các m ô n cơ sở, c h u y ê n m ô n v à cơ b ả n c h u y ê n ngành th e o k h u n g c h ư ơ n g tr ìn h tr ê n n h ằ m từ n g bước x â y d ự n g bộ s á c h c h u ẩ n ph ụ c v ụ ch o cô ng tá c đ à o tạ o n h â n lực y tế. S á c h H óa s in h được b iên so ạ n d ự a t r ê n c h ư ơ n g t r ì n h g iáo d ụ c c ủ a T rư ờ n g Đ ạ i học Y Hà N ội v à Bộ Y t ế tr ê n cơ sở c h ư ơ n g t r ì n h k h u n g d à n h ch o đối tư ợ n g C ử n h â n k ỹ t h u ậ t x é t n g h iệ m Y học đ ã được p h ê d u y ệ t. C u ố n s á c h g ồ m 3 p h á n c h ín h : C ấ u tạ o c h ấ t, C h u y ê n hó a c h ấ t, H óa s in h m ô v à cơ q u a n . P h ầ n C ấ u tạ o c h ấ t tr ìn h bày v ề cấu tạ o , tín h c h ấ t v à v a i tr ò c ủ a c á c c h ấ t h ữ u cơ cơ b ả n c ấ u tạ o n ê n cơ th ế số n g v à n h ữ n g k h á i n iệ m cơ b ả n v ề n ă n g lư ợ n g sin h học. P h ầ n C h u y ê n h ó a c h ấ t tr ìn h bày v ề q u á t r ì n h c h u y ế n h ó a c ủ a c á c c h ấ t c a r b o h y d r a t, lip id , a c id a m in v à p ro te in , acid n u c le ic v à s in h tô n g hợ p p ro te in , sự c h u y ế n h ó a v à cơ c h ê tá c d ụ n g c ủ a h o rm o n . P h ầ n H óa s in h m ô v à cơ q u a n tr ìn h b à y q u á t r ì n h c h u y ể n h ó a c h ấ t x ả y r a ỏ các m ô v à cơ q u a n c h ủ yếu c ủ a cơ th ể , th à n h p h ầ n h ó a học c ủ a m á u v à m ộ t s ố dịch s in h học k h á c . S á c h H óa s in h đ ã được H ội đ ồ n g c h u y ê n m ô n t h ẩ m đ ịn h s á c h v à t à i liệ u d ạ y học c ủ a Bộ Y t ế t h ẩ m đ ịn h n g à y 27/11/2010. Bộ Y t ế b a n h à n h là m t à i liệ u d ạ y học c h ín h th ứ c c ủ a n g à n h Y tế. T ro n g th ờ i g ia n từ 3 đ ế n 5 n ă m , s á c h p h ả i dược h iệ u c h ỉn h , bổ s u n g v à c ậ p n h ậ t. Bộ Y t ế x in c h â n th à n h c ả m ơn các tá c g iả đ ã d à n h n h iề u th ò i g ia n v à cô n g sử c đê h o à n t h à n h cu ố n sách n à y , cảm ơn PGS. TS. V ũ T h ị P h ư ơ n g v à PGS. TS. Đ ào K im C hi đ ã đọc v à cho ý k iế n p h ả n b iệ n đ ể c u ố n s á c h được h o à n c h ỉn h k ịp th ò i p h ụ c vụ ch o côn g tá c đào tạ o n h â n lực n g à n h Y tế. L ầ n đ ầ u x u ấ t b ả n , c h ú n g tô i m o n g n h ậ n được ý k iế n đ ó n g g ó p c ủ a đ ồ n g n g h iệ p , các b ạ n s in h v iê n v à độc g iả đ ê n h ữ n g lầ n x u ấ t b ả n s a u đ ư ợ c h o à n th iệ n h ơ n . VỤ KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ 3 LỜI NÓI ĐẦU H ó a sin h Y học là m ôn Y học cơ sở n g h iê n c ứ u b ả n c h ấ t c ủ a sự sông, bao gốm cấu tạ o v à c h u y ê n hó a c h ấ t tro n g tê bào sô n g ở đ iế u k iệ n b ìn h th ư ờ n g c ũ n g n h ư tìn h t r ạ n g b ệ n h lý. C u ố n g iáo tr ìn h H óa sin h n à y d ù n g cho đôl tư ợ n g sin h v iên đ ạ i học h ệ Cử n h â n Kỹ t h u ậ t x é t n g h iệ m Y học được b iên so ạ n d ự a t r ê n ch ư ơ n g tr ìn h k h u n g do Bộ G iáo d ụ c v à Đào tạ o b a n h à n h , bao gồm 3 p h ầ n : C ấ u tạ o c h ấ t, C h u y ê n h ỏ a c h ấ t, H óa s in h m ô v à cơ q u a n . P h ầ n C ấ u tạ o c h ấ t tr ìn h bày về c ấ u tạo , tín h c h ấ t v à v a i tr ò c ủ a các c h ấ t h ữ u cơ cơ b á n c ấ u tạ o n ê n cơ th ể số n g n h ư c a rb o n h y d ra t, lip id , acid a m in và p ro te in , acid nucleic, c âu tr ú c v à chức n ă n g c ủ a en zy m , n h ữ n g k h á i n iệ m cơ b ả n về n â n g lư ợ ng s in h học. P h ầ n C h u y ề n h ó a c h ấ t tr ìn h bày v ề q u á t r ìn h c h u y ể n h ó a c ủ a các c h ấ t c a iliư lm lr a l , lipid, acid a m in v à p ro te in , acid n u c le ic v à sin h tổ n g hợp p ro te in , Mi c h u y ế n h ó a v à cơ c h ê t á c d ụ n g c ủ a h o r m o n . P h ầ n H óa s in h m ô v à cơ q u a n tr ìn h bày q u á tr ìn h c h u y ể n h ó a c h ấ t x ả y r a ỏ các 1Ĩ1 Ô v à cơ q u a n c h ủ y ế u c ủ a cơ th ế , th à n h p h ầ n hó a học c ủ a m á u v à m ộ t số d ịch sin h học k hác. Hy vọng cuốn sá c h đ á p ứ n g được n h u c ầ u học tậ p v ề H ó a s in h c ủ a sin h v iên hệ Cử n h â n Kỹ t h u ậ t Y học tạ i các T rư ờ n g Đ ại học Y v à Dược, T rư ờ n g Đ ại học Kỹ t h u ậ t Y tê c ũ n g n h ư n h u cầu th a m k h ả o c ủ a các độc g iả q u a n tâ m đ ên m ôn k h o a học này. T ro n g lầ n x u ấ t b ả n n ày , cuốn sá c h có th ế có n h ữ n g k h iế m k h u y ế t, t ậ p th ế tá c g iả m o n g n h ậ n được n h ữ n g ý k iến n h ậ n x é t v à góp ý c ủ a b ạ n đọc đ ê lầ n x u ấ t b ả n sa u c ủ a cuốn sá c h sẽ được h o à n th iệ n hơn. T h a y m ả t c á c tá c g iả PGS.TS. T ạ T h à n h V ă n 5 MỤC LỤC ■ ■ Lời giớ i th iệ u 3 Lời nói đẩu 5 C h ư ơ n g I. E n z y m N g u yễn T h ị H à 11 D a n h p h á p v à p h â n loại enzym 11 C ấ u t r ú c p h â n tử e n zy m 14 C ấ u trú c v à ch ứ c n ă n g c ủ a các co en zy m 17 Cơ ch ê xúc tá c c ủ a e n zy m 19 Đ ộng học e n zy m 21 C ác y ế u t ố ả n h h ư ở n g đ ế n h o ạ t đ ộ n g c ủ a e n zy m 23 C h ư ơ n g II. H ó a s i n h H o r m o n Nguyễn Thị Hà 26 Phân loại hormon 27 Cơ c h ế tá c d ụ n g c ủ a h o rm o n 28 H o rm o n p ro te in , p o ly p e p tid 29 H o rm o n là d ẫ n x u ấ t acid a m in 35 Hormon steroid 39 H o rm o n eico sa n o id 44 C h ư ơ n g III. N ă n g lư ợ n g s i n h h ọ c Tạ T hành Văn 45 B ả n c h ấ t s ự h ô h ấ p t ế bào 45 Sự phosphoryl oxy hóa 48 C h u tr ìn h acid c itric 50 C h ư ơ n g IV. C a r b o h y d r a t Tạ Thành Văn P h ầ n 1: H ó a h o c C a r b o h y d r a t 53 53 M o n o sac ca rid 53 O lig o saccarid 56 P o ly sac ca rid 57 P h ầ n 2: C h u y ể n h ó a C a r b o h y d r a t 60 S ự th o á i hó a c ủ a c a rb o h y d ra t 60 Sự tổ n g hợp g lu co se (con đư ờ ng t â n tạ o glucose) 66 7 T ổ n g hợp la c to se 68 C h u y ê n h ó a glycogen 68 C h ư ơ n g V. L ip i d T ạ T h à n h V ăn P h ầ n 1: H óa học L ip id 72 T h à n h 'P h ấ n c ấ u tạ o c ủ a lip id 72 L ip id t h u ầ n 76 L ip id tạ p 77 P h ầ n 2: C h u y ế n h ó a L i p i d v à L ip o p r o te in 83 T h o ái h ó a c ủ a lip id ở t ế bào 83 T ố n g hợp lip id ở tê bào 93 C h u y ể n h ó a c h o le ste ro l 99 L ip o p ro te in - d ạ n g v ậ n c h u y ể n lip iđ tro n g m á u 99 C h ư ơ n g VI, A c id a m i n , p r o t e i n v à h e m o g l o b i n T ạ T h à n h V ăn P h ầ n 1: H ó a h o c a c id a m in , p r o t e i n v à h e m o g lo b in 102 102 Acid a m in 102 P e p tid 104 P ro te in 105 H em o g lo b in 108 P h ầ n 2: C h u y ế n h ó a a c i d a m ỉ n v à h e m o g lo b in 112 S ự th ủ y p h â n p ro te in t h à n h acid a m in 112 S ự th o á i h ó a a cid a m in 113 S ự tổ n g hợp các acid a m in 119 C h u y ế n h ó a hem o g lo b in 120 C h ư ơ n g VII. A c id n u c l e i c v à s i n h t ổ n g h ơ p p r o t e i n P h ầ n 1: A c id n u c le ic 8 72 Tạ T h à n h V ăn 12 4 124 T h à n h p h ầ n h ó a học c ủ a acid n u c le ic 124 D eo x y rib o n u cleic acid (DNA) 127 R ib o n u cleic a cid (RNA) 128 C h u y ể n h ó a n u c le o tid 128 C h u y ể n h ó a acid n u c le ic 131 P h ầ n 2: S i n h tổ n g h ợ p p r o te in 140 S in h tố n g hợp p ro te in ở tê bào k h ô n g n h â n 140 S in h tổ n g hợp p ro te in ở t ế bào n h â n t h ậ t 147 N g u yễn Thị Hà C h ư ơ n g VIII. S ự t r a o đ ồ i m u ố i n ư ớ c 148 Nước tro n g cơ th ể 148 Các c h ấ t vô cơ 150 S ự tra o đôi m uối nưốc 154 RỐI lo ạn nước v à đ iện g iải . Đặng T h ị N gọc D u n g C h ư ơ n g IX. H ó a s i n h g a n 157 159 T h à n h p h ầ n h ó a học c ủ a n h u m ô g a n 159 C hức n ă n g c h u y ể n hó a c a rb o h y d ra t, lip id v à p ro te in c ủ a g a n 160 C húc n à n g tạ o m ậ t 162 C hức n ă n g k h ử độc 163 M ột s ố x é t n g h iệ m h ó a sin h th ô n g th ư ờ n g đ á n h g iá tìn h tr ạ n g b ệ n h lý c ủ a g a n C h ư ơ n g X. H ó a s i n h t h ậ n v à n ư ớ c tiể u 163 Đặng T h ị Ngọc D u n g 166 T hận 166 Nưóc tiể u 171 C h ư ơ n g XI. H ó a s i n h m á u v à d ị c h s i n h h ọ c D ặng Thị Ngọc D u n g 175 H óa sin h m á u 175 H óa sin h dịch não tủ y 180 H óa sin h sữ a 182 H óa sin h dịch vị 184 H ó a sin h b ạch h u y ế t 185 T à i liệu th a m khảo 186 9 Chương I ENZYM MỤC TIÊU j r a r t j g /. Trình bày được cách gọ. 2. Trình bày được thank pị enzym. Ä M p f l H j 3. Trình bàv ầ im c fâ W Ê i Enzym là những chất xúc tác sinh học đặc biệt của cơ thể sống, có bản chất là protein, có tác dụng xúc tác cho hầu hết các phàn ứng hoá sinh xảy ra trong cơ thề sống. Enzym có m ột số tính chất giống các chất x ú c tác hoá học thông thường: - Các enzym không bị tiêu hao và không được sinh ra thêm trong quá trình phản úng. - Các enzym không tạo ra phản ứng, nhưng chúng làm tăng đáng kể tốc độ phán ứng; tuy nhiên enzym không làm thay đổi hằng số cân bằng của phản ứng mà nó xúc tác. Enzym có n h ữ n g tinh chất khác với các chất x ú c tác hoá học thông thường: - Enzym có bàn chất là protein. - Các enzym có tính đặc hiệu cao (đặc hiệu tuyệt đối) đối với m ột cơ chất, nhưng cùng có thê có tính đặc hiệu rộng rãi hơn (đặc hiệu tưcmg đổi) đối với m ột vài cơ chất có cấu trúc gần giống nhau. - Các enzym thường hoạt động ờ vùng nhiệt độ và vùng pH nhất định. 1. DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI ENZYM 1.1. Danh pháp C ó 4 cách gọi tên enzym. /. /. /. Tên cơ chất và thêm tiếp vĩ n g ữ ase Ví dụ: cơ chất là urê, tên enzym là urease; cơ chất là protein, tên enzym là proteinase.. 1.1.2. Tên tác dụng và thêm tiếp v ĩ n g ữ ase Ví dụ: tác dụng oxy hoá, tên enzym là oxidase; tác dụng trao đổi am in, tên enzym là am ino transferase; tác dụng khử nhóm C O 2 , tên enzym là decarboxylase;... 11 /. 1.3. Tên cơ chất, tác dụng và thêm tiếp vĩ n g ữ ase Ví dụ: cơ chất là lactat, tác dụng khừ hydro, tên enzym là lactat dehydrogenase; cư chất là tyrosin, tác dụng khừ nhóm C Ơ 2, tên enzym là tyrosir) decarboxylase; ... 1.1.4. Tên thường gọi: cách gọi tên này không có tiêp vĩ ngữ ase. Ví dụ: pepsin, trvpsin, chvm otrypsin, ... 1.2. Phân ỉoại enzym Để chuấn hoá cách gọi tên và phân loại enzym , tiểu ban enzym (Enzym e Com m ission: EC) thuộc Hội Hoá sinh quốc tế (International Union o f Biochem istry UIB) đặt tên riêng và hệ thống cho từng enzym . Tên hệ thống mô tả bản chất của phản ứng mà enzym xúc tác và liên quan với sự mã hoá bằng chừ số. Tên riêng hay tên thực hành có thế giống như tên hệ thống nhưng thường đơn giản hơn đê phù hợp với việc sứ dụ nu hàng ngày. Enzym được phân chia thành 6 loại hay 6 lóp (class), mồi lớp được chia thành các phân lớp (subclass), mỗi phân lớp được chia thành các dưới phân lớp (sub-subclass), mồi dưới phân lớp gồm một số enzym . Tên mã hoá cho mỗi enzym gồm 4 chữ số cách biệt nhau bới dấu chấm , phía Inrức 4 chữ số là chữ cái EC: chừ số thứ nhất chỉ loại (hay lớp) enzym , chữ số thứ hai chi phàn lớp, chữ số thứ ba chỉ dưới phân lớp và chừ số thứ tư là chừ số dành cho từng enzym trong dưới phân lớp. Vi dụ: enzym creatin kinase (CK.) xúc tác phàn úng: ATP + creatin —*• ADP + creatin phosphat Ký liiệu của enzym CK: EC 2. Enzyme com m ission ------------ Class (transferase) -------------------------- 7. 3. 2. Subclass (Phosphotransferase)------------------------------Sub-subclass (Nhóm nhận là nhóm có Ni-tơ) Số thứ tự chữ so enzym trong sub-subclass Sáu loại enzym được sắp xếp theo thứ tự sau: 1. Enzym oxy hoá k h ử ịoxidoreductase): là loại enzym xúc tác cho phản ứng oxy hoá và phàn ứng khử: AH 2 + B -> A + BH 2 12 Ví dụ: các peroxidase xúc tác phàn ứng: H 2O 2 + AH 2 —►A + 2H 20 2. E n iym vận chuyến n h ó m (transferase): là loại enzym xúc tác cho phàn ứng vận chuyên m ột nhóm hoá học (không phải hydro) giữa hai cơ chất theo phán ứng tỏng quát sau: Ví dụ: các am inotransferase chuyển nhóm -N H 2 từ acid amin vào acid cetonic (aspartat transam inase, alanin transferase, ...) 3. Enzym íhuỷ phân (hydrolase): là loại enzym xúc tác cho phản .ứng cắt đứt liên kèt cua chất hoá học bàng cách thuỷ phân, nghĩa là phàn ứng có sự tham gia cùa phân tử nước theo phản ứng tổng quát sau: AB + H 2O -> AH + BOH Vi dụ: Esterase thuỳ phân liên kết este. Glucosidase thuỳ phân liên kết glycosid. Protease thuỷ phân liên kết peptid trong phân tử protein. 4. Enzym phân cắt (lyase): còn gọi là enzym tách nhóm, là loại enzym xúc tác phan ứng chuyển một nhóm hoá học khỏi m ột cơ chất m à không có sự tham gia cùa phàn tứ nước. Phản ứng tổng quát: AB -> A + B Ví dụ: decarboxylase tách phân tử CO 2 từ cơ chất. 5. Enzyni đồng pliân (isomerase): là loại enzym xúc tác cho phàn ứng biến đổi giữa các dạng đồng phân của chất hoá học. Phán ứng tống quát: ABC -> ACB Ví dụ : - Racemase: chuyến dạng đồng phân giữa dãy D và dãy L. - Epimerase: chuyển dạng đồng phân epi. - Isomerase: chuyển dạng giữa nhóm ceton và nhóm aldehyd. - Mutase: chuyến nhóm hoá học giữa các nguyên từ trong một phân từ. 6. Enzym tổng họp (ỉigase hoặc synthetase): là loại enzym xúc tác cho phản ứng gán hai phân tử với nhau thành một phân tử lớn hơn và sử dụng ATP, phản ứng tổng quát như sau: ATP ADP + Pi 13 2. CẢU TRÚC PHÂN T Ử ENZYM 2.1. T h à n h p h ầ n cấu tạ o c ü a enzym 2.1.1. Thành phần cấu tạo của enzynt Enzym là các protein có khối lượng phân tử từ 12.000 đến hàng triệu đơn vị Dalton (Da). Enzym được chia thành hai loại: enzym thuần và enzym tạp. Enivm thuần (enzym một thành phần) là những enzym mà phân tử chi do các gốc acid amin cấu tạo nên và không đòi hói các nhóm hoá học khác cho hoạt động xúc tác cua chúng. Enzym lạp (enzym hai thành phần) là những enzym mà ngoài thành phần protein, phân tử enzym còn có chất cộng tác gồm các ion kim loại như Fe2+, M g2\ M n2+, Z n2\ ... hoặc phân từ chất hữu cơ hoặc phức hợp chất hữu cơ và kim loại cấu tạo nên; nói cách khác, đó là những enzym đòi hỏi chất cộng tác trong hoạt động xúc tác của chúng. Trong phân từ enzym tạp (còn gọi là holoenzym), phần protein được gọi là apoenzym, phan chất cộng tác được gọi là cofactor: H oloenzym = A poenzym + cofactor Phan apoenzym m ang những đặc tính cơ bản của enzym ; phần cofactor là chất phối hợp cùa enzym , có vai trò bổ sung khả năng phản ứng và khả năng xúc tác cho phân tứ enzym. Những cofactor dễ dàng tách ra khỏi phần apoenzvm được gọi là coenzym. Coenzym thường có trong thành phần các enzym thuộc loại oxy hoá khử và loại vận chuyến nhóm. Một so cofactor gắn chặt vào phân từ enzym và không thể tách ra, được gợi là nhóm phụ (prosthetic group). N hũng cnzym chứa kim loại hoặc đòi hỏi kim loại cho hoạt động cùa chúng dược gọi là enzym kim loại (metalloenzyme). 2.1.2. Trung tâm hoạt động cứa enzym Trung tâm hoạt động hoặc vị trí hoạt động (activc site) của enzym là m ột vùng dặc biệt của enzym , có tác dụng gắn với cơ chất đế xúc tác cho phản ứng làm biến đôi cư chât thành sản phấm. Mồi enzym có thể có một, hai hoặc vài trung tâm hoạt động. T rung tâm hoạt động của enzym gồm những nhóm hoá học và những liên kếl tiếp xúc trực tiếp với cơ chất hoặc không tiếp xúc trực tiếp với cơ chất nhưng có chức năng trực tiếp trong quá trình xúc tác. v ề thành phần cấu tạo, trung tâm hoạt động thường bao gồm các acid am in có các nhóm hoá học có hoạt tính cao [ví dụ như serin (có nhóm -O H ), cystein (có nhóm SH), acid glutam ic (có nhóm y-COO'), lysin (có nhóm 8-N H 3+)...] - là những nhóm phân cực hoặc ion hoá, có khả năng tạo liên kết hydro hoặc liên kết ion với cơ chất. Hai giả thuyết được đưa ra để giải thích mối quan hệ giữa trung tâm hoạt động của enzym và cơ chất: (1) G iả thuyết “ớ khoá và chìa khoá" (“ lock and key”) cùa Fisher E. (1890) cho ràng tương tác giữa enzym (E) và cơ chất (S = subtrate) đc tạo thành phức hợp enzym - cơ chất (ES) giống như quan hệ giữa “ổ khoá” và “chia khoá” , nghĩa là 14 một enzym chi xúc tác m ột cơ chất thích họp. thuyết này giải thích về tính đặc hiệu tuyệt đối cùa enzym nhưng không giải thích được tính đặc hiệu tương đối cùa enzym; (2) Gia thuyết "mô hình cam ứng không gian'" (“ induced fit model") cùa Koshland D. E. (1958) cho ràng trung tâm hoại động của enzym có tính mềm dẻo và linh hoạt, nó có thê biến đồi cấu hình không gian trong quá trình tương tác với cơ chất sao cho phù hợp với cấu hình không gian cùa cơ chất để có thể tạo thành phức hợp enzym - cơ chất. a b 1.1. Mô hình "ổ khoả và chia khoả" của Fischer E. (a) và mô hinh "cảm ứng không gian” của Kosland D.E. (b). Hình 2.2. Các dạng cấu trúc của phân tử enzym 2.2. I. Enzym đơn chuỗi và enzynt đa chuỗi Enzym dơn chuồi (m onom er) là enzym do m ột chuồi polypcptid câu tạo nên, ví dụ: lipase, pepsin, C h y m o t r y p s i n , ... Enzym đa chuồi (oligom er hoặc polym er) là enzym do hai hoặc nhiều chuồi polypeplid cấu tạo nên, ví dụ: asparlat transam inase (A ST) gồm 2 chuỗi, alkalin phosphatase (ALP): 2 chuỗi, creatin kinase (CK): 2 chuồi, lactat dehydrogenase (LDH): 4 chuồi, ATP synthetase: 12 chuỗi, glutam at dehydrogenase (GLDH): 40 chuồi. 2.2.2. Enzym dị lập thế (allosteric enzyme) Enzym dị lập the là loại enzym mà phân từ của chúng ngoài trung tâm hoạt động còn có một hoặc vài vị tri dị lập thể; trung tâm hoạt động tiếp nhận c ơ chất đê xúc tác cho phán ứng enzym , trong khi vị trí dị lập thể tiếp nhận yếu tố dị lập thê đê điêu chinh hoạt dộng xúc tác của enzym. v ề cấu lạo phân từ, enzym dị lập thể có thê là loại enzym d an chuồi hoặc loại enzym đa chuỗi. Phân tử enzym dị lập thê có thê có vị trí dị lập thê đuưng hoặc vị trí dị lập thề âm hoặc cả hai. Khi vị trí dị lập thề dương tiếp nhận yếu tố dị lập thể dương A (chất hoạt hoá) thì cấu hình enzym thay đổi theo hướng có lợi, enzym được hoạt hoá, ái lực enzym với cơ chấi tăng lên, enzym gấn với cơ chất để tạo thành phức hợp enzym - cơ chất tốt hơn và tốc độ phàn ứng tăng lên. Khi vị trí dị lập thể âm tiếp nhận yếu tố dị lập thể âm 1 (chất ức chế) thì cấu hình enzym thay đối theo hướng có hại, enzym bị ức chế, ái lực enzym với cơ chấl giám đi và tốc độ phản ứng sẽ giảm. 15 © ♦A = a - t ♦I -0 0 - (H Hình 1.2. Tác dụng cùa yếu tố dị lập thẻ dương (A) và yếu tố dị lập thẻ âm (I) trên enzym dị lập thẻ đơn chuỗi (a) vá tác dụng của yếu tố dị lâp thẻ dương (A) trên enzym d| lập thể đa chuỗi với sự hoạt hoá lan truyền từ chuỗi thử nhất sang chuỗi tiếp theo (b) 2.2.3. Các dạng phân từ cüa enzyitt ( isoenzym hoặc isozynt) Trong cùng một loài hoặc cùng mội cơ thê, có những enzym cùng xúc tác một loại phan ứng hoá học nhưng tồn tại dưói những dạng phân từ khác nhau và có những tính chât vật lý - hoá học khác nhau. Các dạng phân từ khác nhau cùa m ột loại enzym được gọi là isoenzym hoặc isozym. Phân tứ enzym lactat dehydrogenase (LD H ) có bốn tiểu đơn vị, mỗi tiếu đơn vị dược cấu tạo bới một chuồi polypeptid. Các chuỗi polypeptid này gồm 2 loại, do hai gen khác nhau tong hợp nên: chuỗi nguồn gốc tim (H ) và chuồi nguồn gốc cơ (M). Enzym LDH là loại enzym tetram er do bốn chuỗi polypeptid cấu tạo nên, bởi vậy sự tổ hợp giữa hai loại chuỗi polypcptid H và M đã tạo thành năm dạng phân tử (isoenzym ) của LDH khác nhau. LDH| do 4 chuỗi ll tạo thành: HHHH LDH ị do 3 chuỗi H và 1 chuỗi M tạo thành: HHHM LDH_! do 2 chuỗi H và 2 chuỗi M tạo thành: HHMM LDH 4 do 1 chuỗi H và 3 chuỗi M tạo thành: HMMM LDH.S do 4 chuỗi M tạo thành: MMMM LDHi được gọi là isoenzym kiểu tim và LDH 5 được gọi là isoenzym kiếu gan. Các isoenzym này có hằng số M ichaelis (Km) và tốc độ phản ứng tối đa (Vm ax) khác nhau. 2.2.4. Các tiến chất của enzynt Một số enzym được tồng hợp ò dạng chưa có hoạt tính (dạng không hoạt động) và được gọi là các tiền enzym (proenzym hoặc zymogen). Các tiền chất này khi được bài liết vào môi trường cùa cơ thể, chịu tác dụng thuỷ phân cùa môi trường, bị cất đi một doạn polypeptid vốn che lấp trung tâm hoạt động nhàm bảo vệ trung tâm hoạt động, làm cho enzym được hoạt hoá và trờ thành dạng enzym có hoạt tính. 16 Các tiền enzym có tên tiếp vĩ ngữ là “ogen” . Ví dụ: những tiền enzym của đường liêu lioá clura có hoạt tính là pepsinogen, trypsinogen và chymotrypsinogen,... ; sau khi dược hài tièl vào dường tiêu hoá những enzym này sẽ bị thuý phân thành các enzyni có hoạt tinh tương ứng là pepsin, trypsin và Chymotrypsin. Tiên enzym có thê có tiếp đâu ngữ "pro", vi dụ: tiên enzvm cùa thrombin là prothrombin. 2.2.5. Phức líựp da enzym Phức hợp đa enzym (m ultienzym ) là một phức hợp gồm nhiều phân từ enzym khác nhau nhưng có liên quan với nhau trong một quá trình chuyền hoá nhất định và kết tụ thành một klioi. Các erizym trong phức hợp đa ẹnzym không thể tách rời nhau bởi vì khi cluing ton tại riêng biệt sẽ hị biển tính và mầt hoạt tính. Sự kêt tụ các enzym tạo iliành pliírc hợp da enzym có tác dụng tăng cường sự cộng tác của chúng với nhau trong m ột quá trình hoặc một chuồi chuyen hoá gồm nhiều phán ứng, làm tăng hiệu lực và hiệu qua xúc tác cúa chúng. Ví dụ: Chuỗi phản ứng chuyển pyruvat thành acetyl CoA gồm bốn phản ứng nối tièp nhau dược xúc tác bới phức hợp đa enzym pyruvat dehydrogenase gồm ba enzym: pyruvat dehydrogenase, dihydrolipoyl transacetylase và đihyđrolipoyl dehydrogenase vói hôn coen/.vm là thiamin pyrophosphat (TPP), acid lipoic, coenzym A và NAD . 3. C ẢU T R Ú C VÀ C H Ứ C NẢNG CỦA C Á C C O E N Z Y M Các coenzym có chức năng là tham gia cùng cnzym trong quá Irình xúc tác. Coenzym thường có ái lực với enzym tương tự như ái lực của enzym với cơ chất; vì v ậ \ , cocn/ym có thế được coi như một c ơ chất thứ hai trong phán ứng enzym . Một số co cn /y m dược gắn đồng hoá trị với enzym và đám nhiệm chức năng như hoặc gần như \ ị ui hoạt dộng cùa enzym trong quá trình xúc tác. 3.1. Các coenzym oxy hoá khứ Coenzym Niacin (nicotinic acid hay vitamin B j): N A D + và N AD P * Hai coenzym này lànicotinam idadenin dinuclotid (NAD*) và nicotinam id adenin dinuclcolid phosphat (NA DP ). c ấ u trúc của coenzym NADP* khác với coenzym N A D ’ là có thêm một gốc phosphat ớ vị trí 2’ của ribose trong phân tử adenosin monophosphal. Chức năng của hai coenzym này là vận chuyển 2 điện từ và 1 proton H* giữa chất cho và chất nhận hydro trong phàn ứng oxy hoá khứ xúc tác bởi enzym dehydrogenase. H adenine tibòse p — p— ribose NAD+ (D ạng oxy hóiệ ri bose H H H p —p— ìibose NADH (D ạng khiỊl NADH Hinh 1.3. Công thửc chữ và cơ chế hoạt động của coenzym NAD*. H S -T 2 ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘ[ TRUNG TẦM THÔNGTIN THƯ VIỆN ---iBPlW ■ * £ ¡ 0 0 3 0 o o q ú o 17 adenine adenine I I rib ito l------p — p ----- ribose C'llj 0 rib ito l------p — p ----- ribosc CH3 + 11 + 2e II < II3 CII3 o F A I) (I)ụ n tf oxy hóiậ Hinh 1.4. Công thức chữ và cơ chế hoạt động của Coenzym FAD Hai dạng coenzym cùa riboflavin là flavin m ononucleotid (FM N ) và flavin adenin dinucleotid (FAD). Chức năng cùa FMN và FAD là tham gia vào phản ứng oxy hoá khừ bả nu cách trao đồi 2 điện từ và 2H~. Porphyrin Fe2* (coenzym hem) Coenzym hem là coenzym cùa hệ thống cytochrom và Coenzym cùa các enzym: catalase, peroxidase, m onooxygenase và dioxygenase. Vai trò của coenzym hem là vận chuyển điện từ nhờ khá năng biến đoi thuận nehịch giữa Fe2+ và F e,+: Fe2+ - e Fe3+ A cid lipoic Acid lipoic là một acid héo chứa 2 nhóm sulfur (-SH). Acid lipoic có phổ biến trong các chất tự nhiên. Nó tham gia vào phức hợp đa enzym xúc tác quá trình khử carboxyl oxy hoá cúa pyruvat và a -ceto glutarat. 3.2. Các coenzym vận chuyên nhóm Thiamin pyrophosphat (TPP) vận chuyển nhóm COĩ Thành phẩn cùa TPP có thiam in (vitam in B |). TPP là coenzyni cùa các enzym xúc tác phàn ứng tách nhóm C O 2 của các acid a-cetonic (pyruvat hoặc a-cetoglutarat). Sự thiếu hụt thiamin ánh hường chù yếu đến hệ thần kinh ngoại biên, đường tiêu hoá và hệ thống tim mạch. Thiam in có giá trị trong điều trị bệnh Beri-Beri, viêm thần kinh do rượu, viêm thần kinh do thai n g h é n ,... Coenzym A vận chuyển nhóm acyỉ Coenzym A (viết tất là CoA-SH) có chứa acid pantotenic (vitam in B5) trong thành phần hoả học. Coenzym A giữ vai trò trong chuyển hoá acid béo, thể cetonic, ạcetat và acid amin. Ví dụ: coenzym A kết hợp với acetat để tạo nên “acetat hoạt động” là acetyl CoA, chất này có thế kết hợp với oxaloacetat đê tạo thành citrat - phản ứng m ở đâu cho chu trinh acid citric; coenzym A có thể% iam gia vào quá trình sinh tông họp acid béo, sinh tống hợp cholesterol và các horm on ste ro id ,... 18 S-adenosyl-m ethionin S-adcnosyl-m ethionin có tác dụng vận chuyến nhóm m ethyl-C H 3 . Biotill Biotin là coen/.ym cứa enzym carboxylase, enzym này xúc tác phàn ứng gắn CO 2 (sự carboxyl hoá). Pyridoxal phosphat Pyridoxal phosphat là dần xuất cùa pyridoxin (vitam in B 6 ). Pyridoxal phosphat là cocnzym của enzym trao đôi amin (vận chuyên nhóm am in của acid a -a m in 1 cho acid u -cetonic 2 đê tạo thành acid a-cetonic 1 và acid a-am in 2 ), là coenzym của enzym khử carboxyl (khứ C 0 2 cùa một số acid amin như tyrosin, arginin, glutam at,...) R j-C H -C O Q H R i— C -C O O H ĩ Ji nh2 0 Acidam in2 Hinh 1.5. Acid a - cetonk 2 Cơ chế hoạt động của pyridoxal phosphat 4. CO C H É XÚC TÁ C CỦA ENZYM 4.1. S ự bicn thiên năng lượng tự do (AG < 0) N ăng lượng tự do của một hệ thống phản ứng là năng lượng có thể tạo ra công có ích. N ăng lượng tự do được ký hiệu là G. M ột phàn ứng hoá học chi có thể xảy ra theo chiều năng lượng tự do giảm , biên chât có năng lượng tự do cao thành chât có mức năng lượng tự do thâp hơn. Đ iều này có nghĩa: điều kiện cần của một phàn ứng hoá học có thê xay ra là biên thiên năng lượng (ự do phải âm (AG < 0): A +B =c+D G | > G 2 —> AG = G ỉ —G i < 0 19 Tuy nhiên, do vật chất có sức ỳ về mặt hoả học ncn một phản ứng dù có AG < 0, vần chưa thế tự xảy ra được. 4.2. Sức ỳ về mặt hoá học của vật chất Vật chât thường có sức ỳ về mặt hoá học. Sức ỳ hoá học cùa vật chất do các yếu tỏ sau tạo nên: - Yeu tố về entropy (sự chuyền động hồn loạn cùa các phân từ vật chất). - Lớp áo nước cản trớ và có thể làm m ất hoạt tính cùa cơ chất. - Hình thế không gian cồng kềnh của cơ chất. - Sự săp xêp chưa định hướng của các nhóm chức năng trên phân tử enzym. Vi vậy. một số phán ứng hoá học mặc dù có điều kiện cần để xày ra (AG < 0), nhưng phán ứng không xảy ra được. Phản ứng xảy ra khi có thêm điều kiện đù, nghĩa là phái cung câp cho hệ thông phàn ứng một năng lượng dể tháng sức ỳ hoá học cùa vật cliât. Năng lượng cần cung cấp ấy gọi là năng lượng hoại hoá. 4.3. Năng luọng hoạt hoá Năng lượng hoạt hoá là năng lượng cần thiết dế nâng tất cả các phân từ của 1 mol cơ chât ớ nhiệt độ nhất định lên trạng thái chuyên liếp ờ đinh cùa hàng rào năng lượng, làm cho phán ứng enzym có thê xảy ra. Ỏ trạng thái chuyền tiếp, mồi phân tứ cơ chất có thè sẵn sảng tham gia vào sự tạo thành sản phẩm phản ứng. 4.4. Co- chế tác dụng của enzym 1 -nzym lìnn giam năng lượng hoại htìá cùa phán ứng dê các cơ chất dề dàng dạt dược mức năng lượng dưa phàn ứng vào trạng thái chuyến tiếp, từ dó phản ứng có thế xảy ra. rốc dộ của phàn ứng phụ thuộc vào số các phân tứ cơ chất vượt qua hàng rào năng luụng tlira phàn ứng vào trạng thái chuyển tiếp. Enzym làm giam năng lượng hoạt hoá cùa phán ứng bang cách két họp với cơ chất tạo thành phức hợp en/ym - cơ chất (E-S) và phan ứng enzym xúc tác qua 2 bước sau: E + S<-»ES->E+P (a) (b) E là enzym. s là cơ chất, F.S là phức họp enzym -cơ chất và p là sàn phẩm của phản ứng. N hư vậy, enzym có tác dụng biến một phàn ứng hoá học đ E S -> E + P k -, Hình 1.7. Đồ thị Michaelis-Menten về sự phụ thuộc cùa tốc độ phản ứng với nồng độ cơ chất - K m là hang so M ichaelis cùa enzym đối với cơ chất. K m có giá trị băng nồng dộ cơ chất cần thiết đề tốc độ phản ứng (v) đạt bằng 1/2 lốc độ tối đa (Vma<). K m được tính băng mol/L. - Mỗi enzym có một hang số Km, nó thể hiện ái lực của enzym đối với cơ chât: Km càng nhò, ái lực cùa enzym đối với cơ chất càng lớn, bời vì chỉ cần m ột lượng cơ chất rất nhó, tốc độ phán ứng đã đạt 1/2 tốc độ tối đa. - Phản ứng enzym muốn đạt được Vm ax thì nồng dộ cư chai phải > 100 lân K m- Phương trình và đỏ thị Lineweaver - Burk: Vmax rất khó có thể được xác định m ột cách chính xác từ đồ thị hyperbol cùa Michaelis - Menten. V vậy, Lineweaver-Burk đã cài tiến phương trinh M echaelis Menten băng cách nghịch dào phương trình này và từ dó thu được đô thị sau: 1 V KM 1 Ị 1 v _ [S] VmI Hinh 1.8. Đồ thị Lineweaver-Burk Ý nghĩa của đồ thị Linevveaver-Burk: Đ ồ thị này đã biến đồ thị hyperbol thành đồ thị tuyến tính (dạng thẳng) và từ đó có thể tìm KM và v max m ột cách dễ dàng. 22