Enzyme đóng một vai trò rất lớn trong hoạt động sống hàng ngày của cơ thể con người. Bằng cách liên kết và thay đổi các hợp chất, chúng giúp duy trì tốt hoạt động tại hệ tiêu hóa, hệ thần kinh, cơ bắp và các cơ quan khác.

VẬY ENZYME LÀ GÌ?

Enzyme (còn được gọi thông thường là men) là tên gọi chung cho các chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein, được tạo thành từ các tế bào sinh vật. Trong cơ thể con người, động vật và cả thực vật, hay bất cứ nơi nào tồn tại sự sống thì đều tồn tại enzyme.

Enzyme cấu trúc bởi các phân tử protein, có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng hóa học trong cơ thể. Chúng liên kết và biến đổi cấu trúc của các phân tử nhằm phục vụ cho nhiều hoạt động khác nhau như hô hấp, tiêu hóa, chức năng cơ và thần kinh, trong đó tiêu biểu là:

Hệ tiêu hóa: Enzym giúp cơ thể phá vỡ các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản hơn như glucose, để sử dụng làm năng lượng.

Sao chép DNA: Mỗi tế bào trong cơ thể đều chứa DNA. Mỗi lần tế bào phân chia, DNA cần được sao chép. Enzyme trợ giúp trong quá trình này bằng cách tháo cuộn DNA và sao chép thông tin.

Men gan: Gan phân hủy các chất độc trong cơ thể. Để làm điều này, nó cần sự hỗ trợ của nhiều loại enzym khác nhau.

ENZYME HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

Enzyme tiếp xúc với các phân tử theo mô hình “khóa và chìa khóa” (Lock and Key Model). Mô hình này được giới thiệu lần đầu năm 1894 và cập nhật với tên gọi mô hình khớp cảm ứng (induced fit model)

Ban đầu, theo mô hình “khóa và chìa khóa” (Lock and Key Model), một enzyme chỉ có thể liên kết với một cơ chất phù hợp, tương ứng “ổ khóa” và “chìa khóa”.

Tuy nhiên, theo mô hình khớp cảm ứng (induced fit model), enzyme khi tiếp xúc với cơ chất có thể biến đổi để phù hợp với cơ chất. Nghĩa là một enzyme có thể liên kết với nhiều loại cơ chất khác nhau. Sau khi cơ chất được khóa hoàn toàn và ở đúng vị trí thì quá trình xúc tác bắt đầu.

Enzyme hoạt động theo hai cơ chế chính:

• Cơ chế khuôn: Enzyme hoạt động như một cái khuôn, định hướng các phân tử chất nền theo một cách cụ thể, giúp phản ứng diễn ra dễ dàng hơn.
• Cơ chế thay đổi trạng thái chuyển tiếp: Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, giúp phản ứng diễn ra nhanh hơn.

Cụ thể, enzyme hoạt động theo các bước sau:

1. Chất nền liên kết với miền hoạt động của enzyme. Miền hoạt động của enzyme là khu vực có cấu trúc phù hợp để liên kết với chất nền. Sự liên kết giữa chất nền và enzyme là một tương tác không gian, được tạo thành bởi các lực hút tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Van der Waals,…
2. Enzyme làm biến đổi cấu trúc của chất nền. Sự liên kết giữa chất nền và enzyme có thể làm thay đổi cấu trúc của chất nền, khiến nó dễ dàng bị phân hủy hơn.
3. Chất nền bị phân hủy thành sản phẩm. Sự phân hủy của chất nền diễn ra dưới tác động của enzyme.
4. Sản phẩm rời khỏi miền hoạt động của enzyme. Sau khi chất nền bị phân hủy thành sản phẩm, sản phẩm sẽ rời khỏi miền hoạt động của enzyme.

ĐIỀU KIỆN THUẬN LỢI CHO HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME

Enzyme chỉ có thể hoạt động trong những điều kiện nhất định. Để enzyme hoạt động hiệu quả, cần có các điều kiện thuận lợi sau:

• Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp sẽ giúp enzyme hoạt động hiệu quả nhất. Hầu hết các enzyme trong cơ thể hoạt động tốt nhất ở khoảng 37°C. Ở nhiệt độ thấp hơn, enzyme vẫn hoạt động nhưng sẽ chậm hơn nhiều. Ở nhiệt độ quá cao, enzyme có thể bị biến tính và mất hoạt tính.
• pH: pH thích hợp cũng sẽ giúp enzyme hoạt động hiệu quả nhất. pH quá cao hoặc quá thấp sẽ làm giảm hoạt tính của enzyme. Ví dụ, enzyme pepsin trong dạ dày hoạt động tốt nhất ở pH 2, trong khi enzyme trypsin trong ruột hoạt động tốt nhất ở pH 7.
• Chất nền: Chất nền là các phân tử mà enzyme xúc tác. Mỗi enzyme chỉ có thể xúc tác một loại chất nền cụ thể.
• Chất ức chế: Một số chất có thể ức chế hoạt động của enzyme. Chất ức chế có thể cạnh tranh với chất nền để liên kết với miền hoạt động của enzyme, hoặc có thể làm biến tính enzyme.
• Chất kích thích: Một số chất có thể kích thích hoạt động của enzyme. Chất kích thích có thể làm thay đổi cấu trúc của enzyme, giúp enzyme hoạt động hiệu quả hơn.

Ngoài ra, một số yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme, bao gồm:

• Môi trường: Độ ẩm, nồng độ chất điện giải,… có thể ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme.
• Trạng thái của tế bào: Sự hoạt động của các tế bào khác trong cơ thể cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme.

Khi các điều kiện thuận lợi cho hoạt động của enzyme được đáp ứng, enzyme sẽ hoạt động hiệu quả và giúp các quá trình sinh hóa trong tế bào diễn ra bình thường. Nếu nhiệt độ quá cao / môi trường quá axit / môi trường quá kiềm, enzyme sẽ thay đổi hình dạng gây khó khăn trong việc liên kết với cơ chất.

MỘT SỐ LOẠI ENZYME TRONG CƠ THỂ CON NGƯỜI?

Có hàng ngàn loại enzyme trong cơ thể con người, các loại enzyme dưới đây chỉ là một vài ví dụ điển hình:

Enzyme tiêu hóa: Các enzyme tiêu hóa giúp phân hủy thức ăn thành các chất dinh dưỡng nhỏ hơn, dễ hấp thụ. Các enzyme tiêu hóa bao gồm amylase, protease, lipase,…

• Amylase: Là một enzyme tiêu hóa, được tìm thấy trong nước bọt và tuyến tụy. Amylase xúc tác phản ứng thủy phân tinh bột thành đường đơn.
• Protease: Là một enzyme tiêu hóa, được tìm thấy trong dạ dày và ruột non. Protease xúc tác phản ứng thủy phân protein thành các axit amin.
• Lipase: Là một enzyme tiêu hóa, được tìm thấy trong tuyến tụy và ruột non. Lipase xúc tác phản ứng thủy phân chất béo thành các axit béo và glycerol.

Enzyme chuyển hóa: Các enzyme chuyển hóa tham gia vào các quá trình chuyển hóa trong tế bào, chẳng hạn như tổng hợp protein, phân giải năng lượng,… Các enzyme chuyển hóa bao gồm dehydrogenase, kinase, phosphatase,…

• Dehydrogenase: Là một enzyme chuyển hóa, xúc tác phản ứng oxi hóa-khử. Dehydrogenase giúp cơ thể chuyển hóa thức ăn thành năng lượng.
• Kinase: Là một enzyme chuyển hóa, xúc tác phản ứng chuyển nhóm phosphate. Kinase giúp cơ thể điều chỉnh các quá trình sinh hóa khác nhau.
• Phosphatase: Là một enzyme chuyển hóa, xúc tác phản ứng loại bỏ nhóm phosphate. Phosphatase giúp cơ thể điều chỉnh các quá trình sinh hóa khác nhau.

Enzyme hô hấp: Các enzyme hô hấp giúp cơ thể chuyển hóa oxy thành năng lượng. Các enzyme hô hấp bao gồm cytochrome c oxidase, succinate dehydrogenase,…

• Cytochrome c oxidase: Là một enzyme hô hấp, xúc tác phản ứng cuối cùng của quá trình hô hấp tế bào. Cytochrome c oxidase giúp cơ thể chuyển hóa oxy thành năng lượng.
• Succinate dehydrogenase: Là một enzyme hô hấp, xúc tác phản ứng trong quá trình hô hấp tế bào. Succinate dehydrogenase giúp cơ thể chuyển hóa năng lượng từ thức ăn.

Enzyme miễn dịch: Các enzyme miễn dịch giúp cơ thể chống lại nhiễm trùng. Các enzyme miễn dịch bao gồm lysozyme, interferon,…

• Lysozyme: Là một enzyme miễn dịch, có trong nước bọt và dịch nhầy. Lysozyme giúp cơ thể tiêu diệt vi khuẩn.
• Interferon: Là một enzyme miễn dịch, được sản xuất bởi các tế bào bị nhiễm virus. Interferon giúp cơ thể chống lại nhiễm trùng.