Bài 14: Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất – Sinh học 10

Để hiểu sâu hơn về enzim, trong bài học này chúng tôi sẽ đưa ra những lý thuyết cơ bản của nó thông qua khái niệm, vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất.

A: Tóm tắt lý thuyết và những vấn đề cần lưu ý trong quá trình chuyển hóa vật chất

I. Enzim

  1. Khái niệm enzim

Enzim  là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống. Enzim làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.

   2. Cấu trúc

Enzim có thể là prôtêin hoặc prôtêin kết hợp với một số chất khác như các ion kim loại: sắt, đồng, kẽm…

Enzim có cấu trúc phức tạp. Đặc biệt là vùng trung tâm hoạt động  – là nơi chuyên lên kết với cơ chất.

Cấu hình không gian của tâm hoạt động tương thích với cấu hình không gian của cơ chất. Cơ chất liên kết tạm thời với enzim, nhờ đó phản ứng được xúc tác.

Tên enzim  = tên cơ chất + aza

VD: enzim phân giải tinh bột: amilaza, enzim phân giải kitin: kitinaza…

    3. Cơ chế tác động

– Enzim liên kết với cơ chất tại trung tâm hoạt động à phức hợp enzim cơ chất à enzim tương tác với cơ chất à sản phẩm.

– Liên kết enzim cơ chất mang tính đặc thù. Mỗi enzim thường chỉ xúc tác cho một phản ứng.

   4. Các yếu tố 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.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim:

+ Nhiệt độ: Mỗi enzim phản ứng tối ưu ở một nhiệt độ nhất định.

+ Độ pH: Mỗi enzim có một độ pH thích hợp. VD: enzim pepsin cần pH = 2.

+ Nồng độ cơ chất

+ Chất ức chế hoặc hoạt hóa enzim

+ Nồng độ enzim

II. Vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất

Làm tăng tốc độ của các phản ứng trong cơ thể à duy trì hoạt động sống của cơ thể.

Sử dụng các chất ức chế hoặc chất hoạt hóa để điều chỉnh hoạt tính của enzim.

Ức chế ngược: là kiểu điều hòa trong đó sản phẩm của con đường chuyển hóa quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt enzim à phản ứng ngừng lại.

Bệnh rối loạn chuyển hóa:  là bệnh cho enzim xúc tác cho một cơ chất nào đó không được tổng hợp hay tổng hợp quá ít làm cho cơ chất không được chuyển hóa hay chuyển hóa theo một con đường khác gây bệnh cho cơ thể.

B: Bài tập:

Câu 1. Nêu cấu trúc và cơ chế tác động của enzim.

Câu 2. Tại sao khi tăng nhiệt độ lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu có một enzim thì hoạt tính của enzim đó lại bị giảm thậm chí bị mất hoàn toàn?

Câu 3. Tế bào nhân thực có các bào quan có màng bao bọc cũng như có lưới nội chất chia chất tế bào thành những xoang tương đối cách biệt có lợi gì cho sự hoạt động của enzim? Giải thích?

Câu 4. Tế bào có thể tự điều chỉnh quá trình chuyển hóa vật chất bằng cách nào?

Trả lời:

Câu 1. Cấu trúc của enzim: Thành phần của enzim 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 (cơ chất là chất chịu sự tác động của enzim) được gọi là trung tâm hoạt động. Thực chất đây là một chỗ lõm hoặc khe nhỏ trên bề mặt enzim. Cấu hình không gian này tương thích với cấu hình không gian của cơ chất. Tại đây, các cơ chất sẽ được liên kết tạm thời với enzim và nhờ đó phản ứng được xúc tác.

Cơ chế hoạt động của enzim: Enzim thoạt đầu 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. Việc liên kết enzim – cơ chất mang tính đặc thù. Vì thế mỗi enzim thường chỉ xúc tác cho một vài phản ứng.

Câu 2. Khi nhiệt độ tăng lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzim thì hoạt tính của enzim đó bị giảm hoặc bị mất hoàn toàn là do: Enzim có cấu tạo từ prôtêin kết hợp với các chất khác, mà prôtêin là hợp chất dễ bị biến tính dưới tác động của nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng quá cao, prôtêin sẽ bị biến tính (nên giảm hoặc mất hoạt tính).

Câu 3. Tế bào nhân thực có các bào quan có màng bao bọc cũng như có lưới nội chất chia tế bào chất thành những ngăn tương đối cách biệt.

Cấu trúc như vậy có lợi cho hoạt động của enzim: tạo điều kiện cho sự phối hợp hoạt động của các enzim. Vì trong tế bào enzim hoạt động theo kiểu dây chuyền, sản phẩm của phản ứng do enzim trước đó xúc tác sẽ là cơ chất cho phản ứng do enzim sau tác dụng. Ví dụ, trong hạt lúa mạch đang nảy mầm amilaza phân giải tinh bột thành mantôzơ và mantaza sẽ phân giải mantôzơ thành glucôzơ.

Câu 4. Tế bào có thể tự điều chỉnh quá trình chuyển hóa 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 hóa 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 hòa trong đó sản phẩm của con đường chuyên hóa quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt enzim xúc tác cho phản ứng ở đầu của con đường chuyển hóa.

Khi một enzim nào đó của tế bào không được tổng hợp hoặc quá ít hoặc bị bất hoạt thì không những sản phẩm không được tạo thành mà cơ chất của enzim đó cũng bị tích lũy và gây độc, gây bệnh rối loạn chuyển hóa.

Bài viết trên đã đề cập cho các bạn những kiến thức cơ bản của enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất cùng với  một số bài tập áp dụng. Mong rằng sẽ là tài liệu hữu ích cho bạn!. Chúc bạn học tập hiệu quả.