Monthly Archives: October 2013

Phức hợp phản ứng Enzyme – Cơ chất hình thành như thế nào?

Đại cương

Enzyme thực hiện vai trò xúc tác bằng cách làm cho năng lượng hoạt hóa của phản ứng sinh hóa xảy ra trong cơ thể thấp hơn so với bình thường. Cơ chế của quá trình này thường rất phức tạp, bao gồm nhiều tương tác hai chiều và các điều kiện nghiêm ngặt. Các tác giả tiên phong cũng đã nhận ra được tầm quan trọng của yếu tố lập thể giữa enzyme và cơ chất của nó, từ đó hình thành nên học thuyết “chìa khóa & ổ khóa” – mô hình được chấp nhận rộng rãi từ khi được giới thiệu lần đầu tiên bởi E. FISCHER. Tuy vậy, cần phải luôn nhớ rằng enzyme và cơ chất luôn luôn vận động, do vậy ta cũng phải dùng quan điểm động để hiểu đúng mô hình học thuyết trên.

Tính chất linh động (flexibility) và dễ biến đổi (mobility) của vùng hoạt động trên enzyme chính là mục tiêu nghiên cứu hàng đầu để có thể hiểu được đầy đủ tiến trình xúc tác. Ái lực của enzyme quyết định số gia các trạng thái chuyển đổi của cơ chất so với bản thân cơ chất và do vậy nó là một yếu tố nhiệt động lực học quan trọng.

Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu từng thành phần một trong cơ chế xúc tác của enzyme. Từ quá trình hình thành phức hợp enzyme – cơ chất đến cơ chế phản ứng xảy ra và sản phẩm tạo thành.

Các lực tự nhiên hình thành nên phức hợp Enzyme – cơ chất

Các lực tạo nên sự liên kết giữa enzyme và cơ chất của nó cùng bản chất với các lực hiện diện trong bất kì một phân tử cơ bản nào trong tự nhiên. Tuy nhiên, sự phức tạp của cấu trúc enzyme với nhiều nhóm hóa học khác nhau dẫn đến sự hiện diện của nhiều loại lực cùng thực hiện tương tác. Hơn nữa, do enzyme hoạt động trong môi trường sinh vật, nghĩa là luôn có dung môi (như dung dịch nước chẳng hạn) do vậy, kết lại ta có các loại lực cơ bản sau:

–          Lực tĩnh điện được tạo ra giữa nguyên tố hay nhóm nguyên tố có sự hiện diện thường trực (permanent) của điện thế. Nó bao gồm tương tác giữa 2 ion, giữa ion và một lưỡng cực hay thậm chí giữa 2 lưỡng cực với nhau.

  • Tương tác giữa 2 ion (tương tác Coulomb).
  • Lực tĩnh điện của một ion được xác định theo phương trình sau:

rong đó q là điện tích, r là khoảng cách từ điện tích đến điểm tính lực, Z là hóa trị của ion và e là điện tích của electron. Trong nước hằng số điện môi (D) vào khoảng 74.1 ở 37.5oC.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

Google

Đại cương về nucleic acid – Nucleotide

Đại cương

Các Nu có thể được xem như một trong những sản phẩm chuyển hóa quan trọng của tế bào. Nu được tìm thấy chủ yếu như các đơn vị đơn thể bao gồm các acid nucleic chủ chốt của tế bào, RNA và DNA. Tuy nhiên, chúng được đòi hỏi cho nhiều hoạt động chức năng khác của tế bào. Ví dụ:

1.Dự trữ năng lượng để sử dụng cho phản ứng vận chuyển phosphate trong tương lai. Các phản ứng này được thực hiện chủ yếu bởi ATP.

2.Hình thành bộ phận của vài coenzym quan trọng như NAD+, NADP+, FAD và coenzym A.

3.Là yếu tố dàn xếp của nhiều quá trình nội bào quan trọng như chất truyền tin thứ 2 trong các hiện tượng chuyển nạp.Chất truyền tin thứ hai chiếm ưu thế là AMP vòng (cAMP), một dẫn xuất dạng vòng của AMP hình thành từ ATP.

4.Điều khiển nhiều phản ứng thuộc enzym qua những tác động dị lập thể trên hoạt động enzym.

5.Là trung gian hoạt hóa trong nhiều phản ứng sinh tổng hợp bao gồm  S-adenosylmethionine (S-AdoMet or SAM) liên quan đến phản ứng vận chuyển methyl cũng  như các Nu được ghép cặp với đường liên quan đến tổng hợpprotein và glycoprotein.

Cấu trúc và danh pháp Nucleoside and Nucleotide

Các Nu được tìm thấy trong tế bào là các dẫn xuất dị vòng của các hợp chất cơ bản bậc cao , purine và pyrimidine.

Bản chất kiềm hóa học của các nucleotide đã cho chúng một thuật ngữ phổ biến “base” khi chúng kết hợp với các nucleotide hiện diện trong DNA và RNA. Có năm base chủ yếu được tìm thấy trong các tế bào. Các dẫn xuất của purine được gọi là adenine và guanine, và các dẫn xuất của pyrimidine được gọi là thymine, cytosine và uracil. Các chữ viết tắt thường được sử dụng cho các base là, A, G, T, C và U.

Các base purine và pyrimidine trong các tế bào được liên kết với carbohydrate và theo hình thức này được gọi là nucleoside. Các nucleoside gắn với D-ribose hoặc 2′-deoxy-D-ribose thông qua một liên kết β-N-glycosidic giữa cacbon anomeric của ribose và N9 của purine hoặc N1 của pyrimidine.

 

Các base có thể tồn tại trong 2 định hướng riêng biệt về cầu N-glycosidic. Những cấu tạo được xác định là syn hay anti. Các cấu trúc anti chiếm ưu thế hơn trong tự nhiên.

Nucleoside được tìm thấy trong các tế bào chủ yếu ở dạng phosphoryl hóa của chúng. Chúng được gọi là nucleotide. Các vị trí phổ biến nhất của sự phosphoryl hóa các nucleotide được tìm thấy trong các tế bào là các nhóm hydroxyl thuộc carbon 5’của ribose. Các nguyên tử carbon của ribose hiện diện ở nucleotide được thiết kế với một  dấu (‘)  để phân biệt với số khung cacbon trong các base. Nucleotides có thể tồn tại ở dạng mono-, di-, tri-phosphoryl hóa .

 

Nucleotides có những chữ viết tắt khác nhau cho phép xác định dễ dàng cấu trúc và tình trạng  phosphoryl hóa. Dạng  monophosphoryl hóa của adenosine (adenosine-5′-monophosphate) được viết là AMP. Di-và tri-phosphoryl hóa tương ứng được viết là ADP và ATP, tương ứng. Việc sử dụng các chữ viết tắt chỉ ra rằng nucleotide đang trong các dạng nào của phosphoryl hóa đầu 5’. Di và tri-phosphate của nucleotide được liên kết bởi các cầu anhydric acid. Cầu nối Acid anhydrit có một ΔG0 cao cho sự thủy phân nhằm tạo điện thế cao để vận chuyển các phosphatetới các phân tử khác. Đó là thuộc tính của các nucleotide màdẫn đến sự tham gia của chúng trong các phản ứng chuyển nhóm trong tế bào.

Các nucleotide được tìm thấy trong DNA là duy nhất từ những RNA trong đó ribose tồn tại trong các hình thức 2′-deoxy và các chữ viết tắt của nucleotide có chứa một “d” . Dạng  monophosphoryl hóa của adenosine tìm thấy trong DNA (deoxyadenosine-5’-monophosphate) được viết là damp.

Uridine nucleotide không bao giờ được tìm thấy trong DNA và thymine thì hầu như chỉ tìm thấy trong DNA. Thymine được tìm thấy trong RNA vận chuyển  nhưng không có trong rRNAs và mRNA. Có một số base ít phổ biến được tìm thấy trong DNA và RNA. Base sửa đổi chính trong DNA là 5-methylcytosine. Một loạt các base sửa đổi xuất hiện trong RNA vận chuyển . Nhiều uncleotide sửa đổi được bắt gặp ở bên ngoài nội dung của DNA và RNA phục vụ các chức năng sinh học quan trọng.

 

Dẫn xuất adenosine

 

Dẫn xuất adenosine phổ biến nhất là hình thức  dạng vòng, 3′-5′-cyclic adenosine monophosphate, cAMP. Hợp chất này là một chất truyền tin thứ hai liên quan đến các hiện tượng chuyển nạp  từ bề mặt tế bào đến các protein bên trong, ví dụ protein kinase phụ thuộc cAMP-, pKa (xem hình dưới đây). PKA phosphoryl một số protein, do đó, ảnh hưởng đến hoạt động của chúng có thể tích cực hoặc tiêu cực. Cyclic-AMP cũng tham gia vào quy định các kênh ion bằng cách tương tác trực tiếp với các protein kênh, ví dụ như kích hoạt các thụ thể mùi bởi các phân tử thơm.

 

Sự hình thành cAMP xảy ra trong phản ứng để kích hoạt các thụ thể bắt cặp với adenylate cyclase. Các thụ thể này có thể có nhiều loại, ví dụ: thụ thể hormon hoặc các thụ thể mùi.

Hình 12.1: Minh họa lộ trình cAMP/PKA

Hình 12.2: Cơ chế tác dụng và vai trò của PKA.

Lộ trình đại diện cho sự kích hoạt của cAMP phụ thuộc protein kinase, PKA. Trong ví dụ này, glucagon liên kết với các thụ thể của nó trên bề mặt tế bào, do đó kích hoạt các thụ thể. Sự kích hoạt các thụ thể thì bắt cặp với sự kích hoạt của một thụ thể proteinG bắt cặp (nối GTPvà protein thủy phân ) bao gồm 3 tiểu đơn vị. Sau khi kích hoạt tiểu đơn vị α  phân ly và liên kết và kích hoạt adenylate cyclase. Adenylate cylcase sau đó chuyển đổi ATP thành AMP vòng (cAMP). cAMP do đó sản xuất sau đó liên kết với các tiểu đơn vị quản lý PKA dẫn đến phân ly của các tiểu đơn vị xúc tác liên quan. Các tiểu đơn vị xúc tác không hoạt động cho đến khi không còn phân ly các tiểu đơn vị quy định. Sau khi giải phóng tiểu đơn vị xúc tác của nhiều cơ chất phosphoryl hóa PKA bằng cách sử dụng ATP là nhà cung cấp phosphate.

 

S-adenosylmethionine là một dạng kích hoạt methionine phục vụ như là một nhà cung cấp methyl trong các phản ứng methyl hóa và là một nguồn propylamine trong quá trình tổng hợp polyamines.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

Short amazing GPCR video

GPCR, một trong những họ thụ thể quan trọng nhất của cơ thể sinh vật nói chung và con người nói riêng. Hy vọng video này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về lịch sử cũng như những khía cạnh khác của nó!