Enzyme
-
19
-
V. ỨC CHẾ ENZYME
Tốc độ của các phản ứng enzyme bò giảm bởi tác dụng của các chất ức
chế đặc hiệu, tức những chất kết hợp với enzyme và ngăn cản enzyme kết
hợp một cách bình thường với cơ chất. Tính độc của nhiều chất như HCN và
H
2
S là do tác dụng của chúng như một chất ức chế enzyme. Nhiều loại thuốc
cũng có tác dụng ức chế các enzyme đặc hiệu. Do đó, hiểu biết các chất ức
chế enzyme là một điều rất quan trọng để hiểu tác dụng của thuốc và các
chất độc. Hơn nữa thông tin về bản thân enzyme cũng thu được bằng cách
nghiên cứu các chất ức chế enzyme.
Có ba kiểu ức chế thuận nghòch mang các đặc điểm động học khác
nhau. Đó là một kiểu ức chế cạnh tranh (competitive inhibition) và hai kiểu
ức chế không cạnh tranh (noncompetitive và uncompetitive inhibition).
1. Ức chế cạnh tranh (competitive inhibition).

Các chất ức chế cạnh tranh có thể kết hợp thuận nghòch với trung tâm
hoạt động của enzyme và cạnh tranh với cơ chất để giành lấy trung tâm hoạt
động. Khi trung tâm hoạt động đã bò chất ức chế chiếm giữ, nó không thể kết
hợp với cơ chất. Sự kết hợp của chất ức chế cạnh tranh I với enzyme E có
thể được mô tả giống như sự kết hợp giữa enzyme và cơ chất, mặc dù chất ức
chế không chuyển hóa thành sản phẩm:

E + I ↔ EI
Hằng số phâ.n ly K
i
của phức hệ EI là:

-
COO
-
Succinate Chất nhận Fumarate Chất nhận ở dạng khử
Nhiều hợp chất với cấu trúc giống với acid succinic là những chất ức
chế cạnh tranh của loại enzyme dehydrogenase này, bao gồm:

COOH
COOH CH
2

COOH
CH
2
COOH CH
2
CH
2

C = O
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2

CH

Đặc điểm của ức chế competitive là có cùng điểm cắt trục tung
(1/V
max
) như phản ứng không ức chế nhưng độ nghiêng thì khác với phản
ứng không ức chế bởi giá trò 1 + [I]/K
i
. Đồ thò trong hình 6a cho thấy rõ khi
nồng độ của S cao thì phản ứng ít bò ức chế, ngược lại khi nồng độ của S
giảm thì mức độ ức chế tăng lên cùng với các giá trò [I]/[S] và K
i
.

GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
21
-
Hình 6
. Đồ thò đảo ngược kép mô tả các kiểu ức chế phản ứng enzyme:
(a): ức chế competivive, (b): ức chế noncompetitive, (c): ức chế
uncompetitive. K
m
và V
max
được xác đònh từ độ dốc và các điểm cắt của các
phản ứng không ức chế, còn K
i

[ESI]
Phương trình đảo ngược kép đối với kiểu ức chế không cạnh tranh này
là:
1 K
m
[I] 1 1 [I]
⎯⎯ = ⎯⎯ 1 + ⎯⎯ ⎯ + ⎯⎯ 1 + ⎯⎯
V V
max
[K
i
] [S] V
max
K
i
Phương trình ức chế cạnh tranh kiểu thứ nhất trên đây và đường biểu
diễn của nó trình bày trong hình 6b. Cả độ nghiêng và điểm cắt đều khác với
trường hợp không ức chế bởi giá trò 1+[I]/K
i
. Các chất ức chế
noncompetitive không phản ứng tại trung tâm hoạt động mà tại một nơi nào
đó trên phân tử enzyme dẫn đến sự biến đổi đáng kể hình dạng của enzyme
để ngăn cản trung tâm hoạt động kết hợp một cách bình thường với cơ
chất.Ví dụ về ức chế noncompetitive là các kim loại nặng như Ag
+
, Hg
2+
,
Pb
2+

Và phương trình đảo ngược kép sẽ là
1 K
m
1 1 [I]
⎯ = ⎯⎯⎯ x ⎯ + ⎯⎯ 1 + ⎯⎯
V V
max
[S] V
max
K
i

Đồ thò của phương trình này (hình 6c) cho thấy kiểu ức chế này dẫn
đến sự thay đổi đặc trưng điểm cắt trục tung nhưng không thay đổi độ
nghiêng của đồ thò so với trường hợp không ức chế. Cũng như ức chế
noncompetitive, kiểu ức chế uncompetitive không thể đảo ngược bằng cách
tăng nồng độ cơ chất. Kiểu ức chế này thường tìm thấy trong các phản ứng
enzyme với hai cơ chất trở lên.
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
24
-
VI. CÁC CHẤT ỨC CHẾ TRAO ĐỔI CHẤT- ANTIMETABOLITE
Chất trao đổi (metabolite) là những hợp chất hình thành trong các quá
trình trao đổi chất bình thường của cơ thể, còn các chất chống trao đổi
(antimetabolite) là những chất có cấu trúc giống với một chất trao đổi nào đó
và, khi có mặt trong cơ thể, chúng ức chế việc sử dụng chất trao đổi đó. Các
chất antimetabolite ức chế sinh trưởng và đôi khi có thể giết chết cơ thể,
mặc dù tác dụng ức chế sinh trưởng có thể được khắc phục bằng cách cung

COOH
SO
2
NH
2

Acid p-aminobenzoic Sulfanilamide
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
25
-
Thực vậy, acid p-aminobenzoic có thể khắc phục mang tính cạnh
tranh tác dụng ức chế của tất cả các sulfonamide có cấu trúc NH
2
-C
6
H
4
-
SO
2
NHR, ví dụ sylfaguanidine, sulfathiazol, sulfapyridine và sulfadiazine.
Những cơ thể vốn cần acid p-aminobenzoic (PABA) cho sinh trưởng
sử dụng nó để tổng hợp acid folic. Sinh trưởng của những cơ thể này bò ức
chế bởi các loại sulfonamide và sự ức chế này có thể bò đảo ngược bởi
PABA. Những cơ thể vốn cần acid folic để sinh trưởng và không thể sử dụng
PABA thì không bò ức chế bởi sulfonamide. Như vậy, sulfonamide ức chế
(các) phản ứng enzyme dẫn đến dẫn đến tổng hợp acid folic từ acid p-
aminobenzoic và các chất tiền thân khác. Có lẽ sử dụng các loại sulfonamide

Hệ thống này gồm 7 enzyme kết hợp chặt chẽ với nhau. Nếu tách rời nhau,
tất cả đều bò mất hoạt tính;
3/ Có mức độ tổ chức cao nhất là những hệ thống enzyme liên kết với
các cấu trúc trên phân tử của tế bào. Đó là trường hợp đối với hệ enzyme
của chuỗi vận chuyển điện tử trong ti thể.

Hình 7. Các kiểu tổ chức của he
ä
thốn
g

Mỗi enzyme cá biệt
gắn vào lớp màng trong
của ti thể, vừa làm nhiệm
vụ xúc tác, vừa đóng vai
trò như một yếu tố cấu trúc
của màng.
Trong những hệ
thống multienzyme này tốc
độ của một phản ứng nào
đó thường xác đònh tốc
độ của toàn bộ
hệ thống, trong đó yếu tố hạn chế có thể là nồng độ enzyme hoặc nồng độ
cơ chất.
Hoạt tính của enzyme điều hòa được điều chỉnh thông qua thông qua
các kiểu phân tử tín hiệu khác nhau vốn là các chất trao đổi phân tử nhỏ hoặc
các cofactor. Có hai loại enzyme điều hòa tham gia trong các con đường trao
dổi chất khác nhau. Loại thứ nhất là các enzyme allosteric hay dò lập thể.
Chúng hoạt động thông qua các liên kết không đồng hóa trò với các chất trao
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học

đôï hoạt động do cơ chất của chúng
bò giảm, do đó làm giảm số lượng
sản phẩm của toàn bộ hệ thống
multienzyme. Kiểu điều hòa này
được gọi là điều hòa theo nguyên
tắc liên hệ ngược.
Ví dụ điển hình về kiểu điều hòa này là điều hoà hoạt động của hệ
thống multienzyme, trong đó L-threonine chuyển hóa thành L-isoleucine bao
gồm 5 phản ứng (hình 8).
Enzyme E
1
(threonine desaminase) bò ức chế bởi sản phẩm cuối cùng
L-isileucine, mặc dù nó không phải là chất cạnh tranh với L-threonine. Tất
cả những aminoacid giống nó đều không gây hiệu ứng này. Rõ ràng là khi
trong hệ thống tích lũy quá nhiều L-isoleucine, vượt quá mức cho phép nào
đó, thì enzyme đầu tiên của hệ thống sẽ bò ức chế.
Chất trao đổi gây tác dụng ức chế enzyme điều hòa được gọi là effector
âm tính, hay modulator âm tính. Cũng có trường hợp enzyme điều hòa nằm ở
điểm phân nhánh của các dãy phản ứng. Enzyme điều hòa có thể là đơn trò,
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
28
-
nếu chỉ chòu tác dụng của một effector, hoặc đa trò nếu chòu tác dụng của từ
hai effector trở lên. Các effector có thể là các sản phẩm cuối cùng của những
trật tự phản ứng liên quan nhau. Nhờ đặc điểm này một số hệ thống
multienzyme có thể có chung một hệ thống điều hòa.
Enzyme điều hòa có thể chòu tác dụng của effector dương tính. Thông
thường, effector dương tính là cơ chất của chính enzyme điều hòa.