Cao Đăng Nguyên, Hồ Trung Thông 1 Protein và vai trò sinh học của chúng

Chất này làm tăng hoạt độ xúc tác của enzyme. Các chất này có bản chất hóa học khác nhau, có thể là các anion, các ion kim loại hoặc các chất hữu cơ có cấu tạo phức tạp hơn. Ví dụ, tác dụng của anion chloride, brom, iode đến hoạt độ của -amylase động vật; tác dụng của một số ion kim loại như Mn⁺⁺, Zn⁺⁺, ... đối với hoạt độ của các protease ... Tuy nhiên tác dụng kích hoạt chỉ giới hạn ở những nồng độ xác định, vượt quá giới hạn này có thể làm giảm hoạt độ enzyme. Gluthation dạng khử (Glu-Cys-Gly) có tác dụng khử liên kết disulfide thành nhóm sulhydryl tự do (-SH) cho nên cũng có tác dụng hoạt hóa nhiều enzyme. Các chất đã nêu thường kết hợp trực tiếp với phân tử enzyme, làm thay đổi cấu tạo không gian của nó theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác của enzyme. Một số chất khác có thể tác dụng theo cách gián tiếp, ví dụ loại trừ các yếu tố kìm hãm khỏi môi trường phản ứng.

Vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác chỉ tăng theo nhiệt độ trong một giới hạn xác định mà ở đó phân tử enzyme vẫn còn bền chưa bị biến tính. Đại lượng đặc trưng cho ảnh hưởng nhiệt độ đến vận tốc phản ứng hóa học cũng như phản ứng enzyme là hệ số nhiệt Q₁₀. Đó là tỉ lệ giữa hằng số vận tốc phản ứng ở nhiệt độ nào đó so với hằng số vận tốc phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn 10^oC. Hệ số này càng lớn, phản ứng càng khó xảy ra ở nhiệt độ bình thường. Hệ số Q­₁₀ của phản ứng enzyme là từ 1 đến 2 (của phản ứng hóa học bằng 2 đến 3). Từ hệ số Q₁₀ có thể tính được năng lượng hoạt hóa  của phản ứng enzyme, đánh giá quá trình xúc tác.

Đường biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng của nhiều enzyme có dạng như ở hình 6.6. Nhiệt độ ứng với hoạt độ enzyme cao nhất gọi là nhiệt độ tối thích của enzyme (t_opt). Đa số enzyme có t_opt vào khoảng 40-50^oC. Tuy nhiên T_opt của 1 enzyme không cố định mà có thể thay đổi tùy cơ chất, pH môi trường, thời gian phản ứng, ... Nhiệt độ mà enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính xúc tác gọi là nhiệt độ tới hạn, thường vào khoảng trên 70^oC. Ở nhiệt độ tới hạn, enzyme bị biến tính, ít khi có khả năng được hồi phục lại hoạt độ. Ngược lại, ở nhiệt độ dưới 0^oC, hoạt độ enzyme tuy bị giảm nhưng lại có thể tăng lên khi đưa về nhiệt độ bình thường. Độ bền của phân tử enzyme tăng khi có cơ chất, coenzym, Ca²⁺, ...

pH môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến phản ứng enzyme vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzyme và ảnh hưởng đến độ bền của protein enzyme. Đa số enzyme bền trong giới hạn pH giữa 5 và 9, độ bền của enzyme có thể tăng lên khi có cơ chất, coenzyme, Ca²⁺ , ...

Đường biểu diễn ảnh hưởng pH đến vận tốc phản ứng của nhiều enzyme có dạng như ở hình 6.7. pH tối thích (pH_opt) cho hoạt động của nhiều enzyme vào khoảng 7. Tuy nhiên, cũng có một số enzyme có pH_opt rất thấp (pepsin, protease acid của vi sinh vật, ...) hoặc khá cao (subtilysine, pHopt > 10). pH­_opt của enzyme cũng không cố định mà phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác như cơ chất, tính chất dung dịch đệm, nhiệt độ, ...

pH

Từ lâu người ta đã nhận thấy có hiện tượng cạnh tranh giữa những chất chuyển hóa và những chất có liên quan về mặt cấu trúc đối với chúng. Những chất này được gọi là các chất chống chuyển hóa. Trên thực tế, có nhiều chất có hoạt tính sinh lý bị cạnh tranh bởi những chất có liên quan về mặt cấu trúc, và nhiều chất có hoạt tính dược lý có khả năng làm biến đổi quá trình chuyển hóa nhờ tác dụng của chúng đối với các enzyme và các hệ enzyme có liên quan. Tất cả động vật bậc cao và nhiều vi sinh vật không có khả năng tự tổng hợp một số hợp chất hữu cơ vốn rất cần thiết cho sự sống còn và phát triển của cơ thể, các chất này thường phải được đưa từ bên ngoài vào. Tùy theo giống, loài, nhu cầu đòi hỏi các chất này có khác nhau. Các chất này thường bao gồm một số loại amino acid, một số acid béo, các vitamin, một số purine và pyrimidine, ... và thường được cơ thể sử dụng để tổng hợp protein,  nucleic acid, ... hoặc được biến đổi thành các chất cần thiết khác của tế bào. Việc sử dụng các chất này phải nhờ vào tác dụng của enzyme  và những enzyme này có thể bị ức chế bởi những chất có cấu trúc liên quan với các chất ấy. Những chất có tác dụng ức chế như vậy được gọi là chất chống chuyển hóa.

Các chất chống chuyển hóa cũng có thể làm trở ngại cho việc sử dụng các chất chuyển hóa do chính cơ thể tổng hợp nên. Trong khi nghiên cứu các con đường chuyển hóa, người ta có thể dùng các chất chống chuyển hóa để ức chế quá trình chuyển hóa và ngược lại, người ta có thể khắc phục hiện tượng ức chế sự phát triển của cơ thể bằng cách cho thêm những chất chuyển hóa cần thiết. Như vậy, sự nghiên cứu những chất chống chuyển hóa sẽ giúp ta phát hiện được những chất chuyển hóa quan trọng và những yếu tố phát triển cần thiết cho các chủng loại khác nhau và đồng thời giúp ta tìm kiếm những chất ức chế hiệu nghiệm đối với sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh và các u độc. Các chất chống chuyển hóa lấy được từ các cơ thể sống như vi khuẩn, nấm actinomyces, v.v... thường được gọi là chất kháng sinh.

Một hiện tượng ức chế cạnh tranh quen thuộc giữa chất chuyển hóa và chất chống chuyển hóa là sự cạnh tranh giữa paraaminobenzoic acid (viết tắt là PABA) và các chất sulfonamid có cấu trúc tổng quát là NH₂-C₆-H₄-SO₂NHR như sulfanilamid, sulfaguanidin, sulfiazol, sulfadiazin.

- Paraaminobenzoic acid là một trong những tiền chất quan trọng để tổng hợp folic acid. Acid này là một coenzyme quan trọng trong các phản ứng hóa sinh vận chuyển và sử dụng các mảnh có một carbon.

Những phản ứng này có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của cơ thể. Vai trò của các chất sulfonamid là ở chỗ ức chế (cạnh tranh với paraaminobenzoic acid) enzyme có liên quan trong quá trình tổng hợp folic acid từ tiền chất paraaminobenzoic acid và những chất có liên quan khác, làm cho quá trình tổng hợp này không thực hiện được.

- Những vi khuẩn đòi hỏi paraaminobenzoic acid làm yếu tố phát triển là những vi khuẩn có khả năng dùng paraaminobenzoic acid làm tiền chất để tự tổng hợp folic acid, sự phát triển của những vi khuẩn này thường bị ức chế bởi sulfonamid và ngược lại, có thể khắc phục hiện tượng ức chế này bằng cách cho thêm paraaminobenzoic acid. Những cơ thể không có khả năng tự tổng hợp folic acid, thường đòi hỏi phải đưa chất này từ ngoài vào làm yếu tố phát triển vì không đòi hỏi paraaminobenzoic acid  để tổng hợp folic acid cho nên sự phát triển của những loại cơ thể này không chịu tác dụng ức chế của sulfonamid. Cơ thể người không đòi hỏi paraaminobenzoic acid làm yếu tố phát triển (mà dùng trực tiếp folic acid), do đó khi dùng sulfonamid, chất này sẽ ức chế cạnh tranh với paraaminobenzoic acid của vi khuẩn trong cơ thể, làm cho vi khuẩn không phát triển được, nhưng không ảnh hưởng đến sự phát triển của người mang vi khuẩn.

 

Tài liệu tham khảo

Phạm Thi Trân Châu, Trần Thị Áng, 1999. Hóa sinh học. NXB Giáo dục, trang 62-76.

Nguyễn Xuân Thắng (chủ biên), Đào Kim Chi, Phạm Quang Tùng, Nguyễn Văn Đồng, 2004. Hóa sinh học.  NXB Y học, Hà Nội.

Đỗ Đình Hồ (chủ biên), Đông Thị Hoài An, Nguyễn Thị Hảo, Đỗ Đình Hồ, Phạm Thị Mai, Trần Thanh Lan Phương, Đỗ Thị Thanh Thủy, Lê Xuân Trường, 2005. Hóa sinh y học. NXB Y học, tp. Hồ Chí Minh.

Hoàng Quang (chủ biên), Nguyễn Đình Độ, Trương Thị Minh Đức, Bạch Vọng Hải, Phan Hải Nam, Đoàn Trọng Phụ, 2000. Hóa sinh y học. NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội.

Nelson D. L., Cox M. M., 2005. Lehninger Principles of Biochemistry, Fourth Edition. Freeman and Company, New York, USA.