CƠ CHẾ TÁC DỤNG CỦA ENZYME
Theo quan điểm hiện nay, trong các phản ứng enzyme, sự hoạt hóa của cơ chất được thực hiện nhờ phức hợp enzyme cơ chất. Khi kết hợp với phân tử enzyme, do kết quả của sự cực hóa, sự dịch chuyển của các electron và sự biến dạng của các mối liên kết tham gia trực tiếp vào phản ứng dẫn tới làm thay đổi động năng cũng như thế năng, kết quả làm cho phân tử cơ chất trở nên hoạt động, nhờ đó tham gia vào phản ứng trở nên dễ dàng.
Có thể biểu diễn quá trình trên dưới dạng sơ đồ:
E + S → ES → E + P
Trong đó: E: enzyme ; S (substrate): cơ chất; ES: phức hợp trung gian
ES: enzyme – cơ chất ; P (product): sản phẩm phản ứng
Quá trình tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất và sự biến đổi phức hợp này thành sản phẩm, giải phóng enzyme tự do thường trải qua ba giai đoạn:
GĐ 1: E + S → ES
Giai đoạn này của phản ứng thường xảy ra rất nhanh, phức “E-S” được tạo thành nhờ các dạng liên kết không bền. Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành trong phức ES là tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Van der walls.
GĐ 2: Sự chuyển biến các phần tử cơ chất dẫn tới làm phá vỡ các mối liên kết đồng hóa trị tham gia vào phản ứng. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong phức “E-S” xảy ra đồng thời 2 quá trình:
- Thay đổi mật độ electron dẫn tới cực hóa của mối liên kết tham gia vào phản ứng.
- Biến dạng hóa học (sự căng) của các mối liên kết trong phân tử cơ chất cũng như trong trung tâm hoạt động của E.
GĐ 3: Giai đoạn tạo thành sản phẩm: Điều kiện cần thiết để enzyme tác dụng được với cơ chất là trung tâm hoạt động của enzyme phải có cấu trúc tương ứng với dạng cấu trúc của cơ chất.
* Về quan hệ giữa trung tâm hoạt động và cơ chất, có hai giả thuyết được đưa ra:
Thuyết “Ổ khóa và chìa khóa”’. Fisher E (1890) đã đưa ra thuyết “ổ khóa và chìa khóa” (“lock and key”) về tác động của enzym, theo thuyết này, tương tác giữa enzyme E và cơ chất S, nghĩa là sự gắn giữa enzyme và cơ chất để tạo thành phức hợp enzyme – cơ chất ES cũng giống như quan hệ giữa “ổ khóa” và “chìa khóa”, nghĩa là enzyme nào thì chỉ xúc tác cho đúng cơ chất đó. Thuyết này chỉ giải thích được tính đặc hiệu tuyệt đối của enzyme nhưng không giải thích được tính đặc hiệu tương đối của enzyme.
Thuyết “mô hình cảm ứng không gian”: để giải thích tính đặc hiệu tương đối của enzyme, Koshland D (1958) đã đưa ra thuyết “mô hình cảm ứng không gian” (“induced fit model”). Theo thuyết này, trung tâm hoạt động của enzyme E có tính mềm dẻo và linh hoạt, có thể biến đổi về cấu hình không gian trong quá trình tương tác với cơ chất S sao cho phù hợp với cấu hình không gian của cơ chất, để có thể tạo thành phức hợp enzyme — cơ chất (ES).