Enzyme là ai? Nêu cấu trúc, cơ chế hoạt động và vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hoá năng lượng.

- Khái niệm:Enzyme là chất xúc tác sinh học có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị biến đổi sau phản ứng.

- Cấu trúc: Enzyme được cấu tạo chủ yếu từ protein, một số có thể là RNA. Ngoài protein, enzyme còn có thể được cấu tạo từ các thành phần khác được gọi là cofactor (là những ion kim loại hoặc các chất vô cơ) hoặc coenzyme (những chất hữu cơ không có bản chất là protein). Enzyme có cấu hình không gian ba chiều đặc trưng, trong đó, có vị trí có thể liên kết đặc hiệu với cơ chất (gọi là trung tâm hoạt động) và vị trí liên kết với chất điều hoà hoạt động của enzyme (nơi liên kết với chất hoạt hoá hoặc chất ức chế).

- Cơ chế hoạt động:

+ Enzyme kết hợp với cơ chất sự liên kết đặc hiệu (trung tâm hoạt động của enzyme có cấu hình không gian phù hợp với cơ chất) tạo nên phức hợp enzyme – cơ chất. Khi liên kết xảy ra thì cả hai đều biến đổi cấu hình làm cho liên kết chặt chẽ hơn. Sau đó, cơ chất bị biến đổi để tạo thành sản phẩm dưới sự xúc tác của enzyme. Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành sẽ có cấu hình không gian thay đổi và rời khỏi enzyme, enzyme trở lại hình dạng ban đầu.

+ Enzyme có thể làm tăng tốc độ phản ứng vì có thể làm giảm năng lượng hoạt hoá các chất tham gia phản ứng, khiến cho phản ứng hoá học dễ xảy ra hơn. Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hoá bằng cách vặn xoắn, kéo căng cơ chất khiến cho liên kết hoá học dễ bị đứt gãy. Enzyme cũng có thể cung cấp vị trí giúp các cơ chất dễ dàng định hướng để hình thành các liên kết hoá học với nhau tạo ra sản phẩm. Các cofactor, coenzyme cũng có thể lấy hoặc truyền điện tử hay các nhóm chức nhất định từ cơ chất, làm cho cơ chất thay đổi điện tích, thay đồi đặc tính dẫn đến dễ liên kết với chất khác hoặc bị phân giải.

- Vai trò: Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hoá cần thiết cho các phản ứng, nhờ đó làm tăng tốc độ của phản ứng lên nhiều lần ngay trong điều kiện bình thường của cơ thể. Nếu không có enzyme xúc tác, ở điều kiện nhiệt độ của cơ thể, các phản ứng hoá sinh sẽ xảy ra không đủ nhanh để duy trì các hoạt động sống của tế bào. Enzyme xúc tác đặc hiệu cho từng phản ứng và có cơ chế điều chỉnh hoạt tính (bằng các chất hoạt hoá hoặc ức chế) nên tế bào có thề dễ dàng điều khiển các hoạt động chuyển hoá vật chất và năng lượng đáp ứng nhu cầu của tế bào. Ví dụ: Khi sản phẩm cuối cùng của một con đường chuyển hoá được tạo ra quá nhiều thì chính sản phẩm này lại là chất ức chế enzyme xúc tác cho phản ứng đầu tiên của chuỗi phản ứng chuyển hoá dẫn đến làm ngừng việc sản xuất ra sản phẩm cuối cùng. Như vậy, tế bào sẽ tiết kiệm được năng lượng, không tạo ra các chất trung gian cũng như không tạo ra các sản phẩm khi không có nhu cầu.