Tự học Tiếng Anh chuyên ngành sinh học thông qua dịch tài liệu.

[Ho Huu Tho]

#8.3
All enzymes are characterized by having a high degree of specificity for their substrates, and they accelerate the rate of chemical reactions tremendously, often by a factor of a million times or more. Most enzymes function in the cellular environment at mild conditions of temperature, pH, and salt. There are few nonbiological catalysts that can be so efficient in this type of environment.

Mọi enzym đều được đặc trưng bởi tính đặc hiệu cao đối với các cơ chất của chúng và làm tăng tốc độ các phản ứng hoá học một cách dữ dội, thường tăng khoảng 1 triệu lần hoặc hơn. Hầu hết các enzym hoạt động trong môi trường nội bào với nhiệt độ, pH và nồng độ muối vừa phải. Chỉ có một số ít các chất xúc tác không phải sinh học lại có thể hoạt động hiệu quả trong kiểu môi trường như vậy.

 

[Ho Huu Tho]

#8.4
Enzymes play a critical role in everyday life. Many heritable genetic disorders (diabetes, Tay-Sachs disease) occur because there is a deficiency or total absence of one or more enzymes. Other disease conditions (cancer) result because there is an excessive activity of one or more enzymes. Routine medical tests monitor the activity of enzymes in the blood, and many of the prescription drugs (penicillin, methotrexate) exert their effects through interactions with enzymes. Enzymes and their inhibitors can be important tools in medicine, agriculture, and food science.

 

[Ho Huu Tho]

#8.4
Enzymes play a critical role in everyday life. Many heritable genetic disorders (diabetes, Tay-Sachs disease) occur because there is a deficiency or total absence of one or more enzymes. Other disease conditions (cancer) result because there is an excessive activity of one or more enzymes. Routine medical tests monitor the activity of enzymes in the blood, and many of the prescription drugs (penicillin, methotrexate) exert their effects through interactions with enzymes. Enzymes and their inhibitors can be important tools in medicine, agriculture, and food science.

Các enzym giữ vai trò thiết yếu trong đời sống hàng ngày. Nhiều bệnh lý di truyền (đái tháo đường, bệnh Tay-Sachs) xảy ra do có một khiếm khuyết hay mất toàn bộ một hoặc nhiều enzym. Các tình trạng bệnh lý khác (ung thư) xảy ra lại do hoạt tính quá mạnh của một hay nhiều enzym. Các xét nghiệm lâm sàng thường quy giám sát hoạt tính của các enzym trong máu và nhiều loại thuốc trong đơn điều trị (penicillin, methotrexate) phát huy hiệu quả của chúng thông qua tương tác với các enzym. Các enzym và những yếu tố ức chế của chúng có thể là một công cụ quan trọng trong y học, nông nghiệp và trong khoa học thực phẩm.

 

[Ho Huu Tho]

#8.5
Four Common Features of Enzymes
Enzymes exhibit four fundamental characteristics. First, enzymes do not make a reaction occur that would not occur on its own, they just make it happen much faster. Second, the enzyme molecule is not permanently altered by the reaction. It may be changed transiently, but the enzyme at the end of the reaction is the same molecule it was at the beginning. Therefore, a single enzyme molecule can be used over and over to catalyze the same reaction. Third, an enzyme can catalyze both the forward and the reverse reaction. One direction may be more favorable than the other, but the unfavorable direction of the reaction can occur. Fourth, enzymes are highly specific for the substrates they bind, meaning they catalyze only one reaction.

 

[Ho Huu Tho]

#8.5
Four Common Features of Enzymes
Enzymes exhibit four fundamental characteristics. First, enzymes do not make a reaction occur that would not occur on its own, they just make it happen much faster. Second, the enzyme molecule is not permanently altered by the reaction. It may be changed transiently, but the enzyme at the end of the reaction is the same molecule it was at the beginning. Therefore, a single enzyme molecule can be used over and over to catalyze the same reaction. Third, an enzyme can catalyze both the forward and the reverse reaction. One direction may be more favorable than the other, but the unfavorable direction of the reaction can occur. Fourth, enzymes are highly specific for the substrates they bind, meaning they catalyze only one reaction.

Bốn đặc điểm phổ biến của các Enzym
Các enzym thể hiện bốn đặc điểm cơ bản. Thứ nhất, các enzym không làm cho các phản ứng xảy ra nếu tự phản ứng đó không xảy ra, chúng chỉ làm cho phản ứng xảy ra nhanh hơn mà thôi. Thứ hai, phân tử enzym không bị biến đổi vĩnh viễn bởi phản ứng. Nó có thể bị biến đổi tạm thời, nhưng khi kết thúc phản ứng enzym vẫn là phân tử giống với nó khi bắt đầu phản ứng. Bởi thế, một phân tử enzym đơn lẻ có thể được dùng đi dùng lại để xúc tác cùng phản ứng giống nhau. Thứ ba, một enzym có thể xúc tác cả chiều thuận và chiều nghịch của phản ứng. Một chiều có thể ưu thế hơn chiều còn lại, nhưng chiều phản ứng không ưu thế có thể xảy ra. Thứ tư, các enzym có tính đặc hiệu cao với các cơ chất mà chúng gắn, có nghĩa là chúng chỉ xúc tác một phản ứng.

 

[Ho Huu Tho]

#8.6
How Enzymes Work
Take a look at Figure 2 (file attached). Note that glucose (C6 H12 O6) in the presence of oxygen (6 O2) will generate carbon dioxide (6 CO2) and water (6 H2O). The forward reaction from glucose to the top of the energy hill to carbon dioxide and water at the base is energetically favorable, as indicated by the “downhill” position of the products. Because energy is released, the forward reaction sequence is called exergonic. Conversely, to synthesize glucose from CO2 and H2O requires energy input to surmount the energy hill and drive the reaction in reverse; therefore, glucose synthesis is called endergonic.

 

[Ho Huu Tho]

#8.6
How Enzymes Work
Take a look at Figure 2 (file attached). Note that glucose (C6 H12 O6) in the presence of oxygen (6 O2) will generate carbon dioxide (6 CO2) and water (6 H2O). The forward reaction from glucose to the top of the energy hill to carbon dioxide and water at the base is energetically favorable, as indicated by the “downhill” position of the products. Because energy is released, the forward reaction sequence is called exergonic. Conversely, to synthesize glucose from CO2 and H2O requires energy input to surmount the energy hill and drive the reaction in reverse; therefore, glucose synthesis is called endergonic.

Các enzym làm việc như thế nào
Hãy nhìn qua hình 2. Lưu ý rằng, glucose (C6H12O6) khi có mặt Oxi (6O2) sẽ tạo thành cacbon đi oxit (6CO2) và nước (6H2O). Chiều thuận của phản ứng từ glucose lên đỉnh của đồi năng lượng rồi thành các bon đi oxit và nước ở vị trí sàn là thuận lợi về năng lượng, như được biểu diễn trên hình bởi vị trí thấp hơn của các sản phẩm so với cơ chất. Do năng lượng được giải phóng nên chiều thuận của phản ứng được gọi là toả nhiệt. Ngược lại, để tổng hợp glucose từ CO2 và H2O đòi hỏi tiêu hao năng lượng nhằm vượt qua được đồi năng lượng và thúc đẩy phản ứng theo chiều nghịch; bởi thế, tổng hợp glucose được gọi là thu nhiệt.

 

[Ho Huu Tho]

#8.7
Every biochemical reaction involves both bond breaking and bond forming. The reactant molecules or substrates must absorb enough energy from their surroundings to start the reaction by breaking bonds in the reactant molecules. This initial energy investment is called the activation energy. The activation energy is represented by the uphill portion of the graph with the energy content of the reactants increasing. It is the height of this hilltop that is lowered by enzymes. At the top of the energetic hill, the reactants are in an unstable condition known as the transition state. At this fleeting moment, the molecules are energized and poised for the reaction to occur. As the molecules settle into their new bonding arrangements, energy is released to the surroundings (the downhill portion of the curve). At the summit of the energy hill, the reaction can occur in either the forward or the reverse direction.

 

[Ho Huu Tho]

#8.7
Every biochemical reaction involves both bond breaking and bond forming. The reactant molecules or substrates must absorb enough energy from their surroundings to start the reaction by breaking bonds in the reactant molecules. This initial energy investment is called the activation energy. The activation energy is represented by the uphill portion of the graph with the energy content of the reactants increasing. It is the height of this hilltop that is lowered by enzymes. At the top of the energetic hill, the reactants are in an unstable condition known as the transition state. At this fleeting moment, the molecules are energized and poised for the reaction to occur. As the molecules settle into their new bonding arrangements, energy is released to the surroundings (the downhill portion of the curve). At the summit of the energy hill, the reaction can occur in either the forward or the reverse direction.

Mọi phản ứng sinh hoá đều bao gồm cả phá vỡ liên kết và hình thành liên kết. Các chất tham gia phản ứng hay các cơ chất phải hấp thụ đủ phần năng lượng từ xung quanh để bắt đầu phản ứng bằng cách phá vỡ các liên kết trong phân tử chất tham gia phản ứng. Phần năng lượng đầu tư ban đầu (làm mồi?) này được gọi là năng lượng hoạt hoá. Phần năng lượng hoạt hoá này được biểu diễn bởi phần đi lên của đồ thị tương ứng với tổng năng lượng của các chất tham gia phản ứng tăng lên. Chính chiều cao của đỉnh đồi này bị hạ thấp bởi các enzym. Tại đỉnh của đồi năng lượng này, các chất tham gia phản ứng ở trạng thái không ổn định gọi là trạng thái tới hạn (?) Tại khoảnh khắc thoáng qua đó, các phân tử được tiếp thêm năng lượng và sẵn sàng cho phản ứng xảy ra. Khi các phân tử ổn định trở lại với những sự sắp xếp liên kết mới thì năng lượng được giải phóng ra xung quanh (phần xuống dốc của đường cong). Tại đỉnh của đồi năng lượng, phản ứng có thể xảy ra theo chiều thuận hay chiều nghịch.

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic

 

[Ho Huu Tho]

#8.8
Look again at Figure 2. The products CO2 and H2O can form spontaneously or through a series of enzyme-catalyzed reactions in the cell. What enzymes do to accelerate reactions is to lower the energy activation barrier (green) to allow the transition state to be reached more rapidly. What is so special about the active site that allows it to accomplish this goal? Several mechanisms are involved.

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic

 

[Ho Huu Tho]

#8.8
Look again at Figure 2. The products CO2 and H2O can form spontaneously or through a series of enzyme-catalyzed reactions in the cell. What enzymes do to accelerate reactions is to lower the energy activation barrier (green) to allow the transition state to be reached more rapidly. What is so special about the active site that allows it to accomplish this goal? Several mechanisms are involved.

Nhìn lại hình 2 một lần nữa. Các sản phẩm CO2 và H2O có thể tạo thành một cách tự nhiên hoặc thông qua các phản ứng được xúc tác bởi enzym trong tế bào. Nhiệm vụ mà các enzym thực hiện để gia tăng tốc độ phản ứng là làm giảm mức năng lượng hoạt hoá (màu xanh lá cây) để nhanh chóng đạt đến trạng thái giới hạn. Vùng hoạt động có gì đặc biệt đảm bảo cho nó thực hiện được nhiệm vụ này? Vài cơ chế tham gia vào nhiệm vụ đó.

 

[Ho Huu Tho]

#8.9
Proximity Effect. Substrate molecules collide infrequently when their concentrations are low. The active site brings the reactants together for collision. The effective concentration of the reactants is increased significantly at the active site and favors transition state formation.
Orientation Effect. Substrate collisions in solution are random and are less likely to be the specific orientation that promotes the approach to the transition state. The amino acids that form the active site play a significant role in orienting the substrate. Substrate interaction with these specific amino acid side chains promotes strain such that some of the bonds are easier to break and thus the new bonds can form.
Promotion of Acid-Base Reactions. For many enzymes, the amino acids that form the active site have functional side chains that are poised to donate or accept hydrogen ions from the substrate. The loss or the addition of a portion (H+) can destabilize the covalent bonds in the substrate to make it easier for the bonds to break. Hydrolysis and electron transfers also work by this mechanism.

 

[Ho Huu Tho]

#8.9
Proximity Effect. Substrate molecules collide infrequently when their concentrations are low. The active site brings the reactants together for collision. The effective concentration of the reactants is increased significantly at the active site and favors transition state formation.
Orientation Effect. Substrate collisions in solution are random and are less likely to be the specific orientation that promotes the approach to the transition state. The amino acids that form the active site play a significant role in orienting the substrate. Substrate interaction with these specific amino acid side chains promotes strain such that some of the bonds are easier to break and thus the new bonds can form.
Promotion of Acid-Base Reactions. For many enzymes, the amino acids that form the active site have functional side chains that are poised to donate or accept hydrogen ions from the substrate. The loss or the addition of a portion (H+) can destabilize the covalent bonds in the substrate to make it easier for the bonds to break. Hydrolysis and electron transfers also work by this mechanism.

Hiệu ứng thu hẹp không gian: Các phân tử cơ chất va chạm nhau không thường xuyên khi nồng độ của chúng thấp. Vùng hoạt động mang các chất phản ứng lại với nhau để va chạm xảy ra. Nồng độ hiệu lực của các chất phản ứng tăng lên đáng kể tại vùng hoạt động và giúp hình thành trạng thái tới hạn.
Hiệu ứng phương hướng: Sự va chạm của các cơ chất trong dung dịch là ngẫu nhiên và ít có xu hướng đặc hiệu về phương hướng để thúc đẩy quá trình đạt tới trạng thái tới hạn. Các axit amin cấu thành vùng hoạt động giữ vai trò đáng kể trong việc định hướng cơ chất. Sự tương tác của cơ chất với những mạch nhánh axit amin đặc hiệu này tăng cường áp lực để một số liên kết dễ dàng bị phá vỡ hơn và do đó các liên kết mới có thể hình thành.
Thúc đẩy của các phản ứng axit-base: Đối với nhiều enzym, các axit amin cấu thành vùng hoạt động có các mạch nhánh chức năng sẵn sàng để cho hay nhận các ion hydro từ cơ chất. Sự mất đi hay thêm vào một H+ có thể làm bất ổn các liên kết cộng hoá trị trong cơ chất và làm cho các liên kết bị phá vỡ dễ dàng hơn. Sự thuỷ phân và chuyển điện tử cũng hoạt động theo cơ chế này.

 

[Ho Huu Tho]

#8.10
Exclusion of Water. Most active sites are sequestered and somewhat hydrophobic to exclude water. This nonpolar environment can lower the activation energy for certain reactions. In addition, substrate binding to the enzyme is mediated by many weak noncovalent interactions. The presence of water with the substrate can actually disrupt these interactions in many cases.

 

[Ho Huu Tho]

#8.10
Exclusion of Water. Most active sites are sequestered and somewhat hydrophobic to exclude water. This nonpolar environment can lower the activation energy for certain reactions. In addition, substrate binding to the enzyme is mediated by many weak noncovalent interactions. The presence of water with the substrate can actually disrupt these interactions in many cases.

Loại nước: Hầu hết các vùng hoạt động đều được che dấu và phần nào kỵ nước để loại nước. Môi trường không phân cực này có thể làm giảm năng lượng hoạt hoá của những phản ứng nhất định. Bên cạnh đó, cơ chất gắn vào enzyme được thực hiện thông qua các tương tác yếu không phải là liên kết cộng hoá trị. Sự có mặt của nước trong cơ chất có thể thực sự phá vỡ những tương tác này trong nhiều trường hợp.

 

[Ho Huu Tho]

#8.11
Enzymes can use one or more of these mechanisms to produce the strain that is required to convert substrates to their transition state. Enzymes speed the rate of a reaction by lowering the amount of activation energy required to reach the transition state, which is always the most difficult step in a reaction.

 

[Ho Huu Tho]

#8.11
Enzymes can use one or more of these mechanisms to produce the strain that is required to convert substrates to their transition state. Enzymes speed the rate of a reaction by lowering the amount of activation energy required to reach the transition state, which is always the most difficult step in a reaction.

Enzym có thể sử dụng một hay nhiều những cơ chế này để tạo ra áp lực cần thiết để chuyển các cơ chất sang trạng thái tới hạn. Các enzym gia tăng tốc độ phản ứng bằng cách làm giảm mức năng lượng hoạt hoá cần thiết để đạt đến trạng thái tới hạn. Đây thường xuyên là quá trình khó khăn nhất của một phản ứng.

 

[Ho Huu Tho]

#8.12
Lock and Key or Induced Fit Model
The first ideas about substrate binding to the active site of an enzyme were based on a lock and key model, with the active site being the keyhole and the substrate being the key. When the right substrate entered the active site, catalysis occurred because the substrate was perfectly complementary to the active site. This model described some enzymes, but not all. For others, binding leads to conformational, or shape changes, in the enzyme active site to enhance the bond breakage and formation required to reach the transition state. In both models, the active site provides the tightest fit for the transition state, and the substrate is drawn into the transition state configuration as a result.

 

[Ho Huu Tho]

#8.12
Lock and Key or Induced Fit Model
The first ideas about substrate binding to the active site of an enzyme were based on a lock and key model, with the active site being the keyhole and the substrate being the key. When the right substrate entered the active site, catalysis occurred because the substrate was perfectly complementary to the active site. This model described some enzymes, but not all. For others, binding leads to conformational, or shape changes, in the enzyme active site to enhance the bond breakage and formation required to reach the transition state. In both models, the active site provides the tightest fit for the transition state, and the substrate is drawn into the transition state configuration as a result.

Mô hình ổ khoá và chìa khoá hay mô hình lắp khít cảm ứng.
Ý tưởng đầu tiên về việc gắn của cơ chất lên vùng hoạt động của một enzym dựa trên mô hình ổ khoá và chìa khoá mà vùng hoạt động là lỗ của ổ khoá và cơ chất là chìa khoá. Khi cơ chất phù hợp xâm nhập vào vùng hoạt động thì hoạt động xúc tác xảy ra vì cơ chất bổ sung hoàn hảo với vùng hoạt động. Mô hình này đã mô tả một số enzym nhưng không phải tất cả. Với những enzym khác, sự gắn của cơ chất dẫn đến thay đổi cấu hình không gian hay hình dạng ở vùng hoạt động của enzym để tăng cường phá vỡ và tạo thành liên kết cần thiết để đạt tới trạng thái tới hạn. Trong cả hai mô hình thì vùng hoạt động đều tạo thành sự lắp khít chặt chẽ nhất phục vụ cho trạng thái tới hạn (???) và kết quả là cơ chất được chuyển thành cấu hình của trạng thái tới hạn.

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic

 

[Ho Huu Tho]

#8.13
The Cellular Environment Affects Enzyme Activity
Temperature and pH. Enzymes are sensitive to their environmental conditions. Up to a point, the rate of the reaction will increase as a function of temperature because the substrates will collide more frequently with the enzyme active site. At extremes of pH or temperature, either high or low, the native structure of the enzyme will be compromised, and the molecule will become inactive (see Figure 3). Note that there is a sharp decrease in the temperature optimum for typical human enzymes at approximately 40 degrees Celsius (104 degrees Fahrenheit). At temperatures greater than 40 degrees Celsius, the enzyme degrades because the noncovalent interactions that stabilize the native conformation of the enzyme are disrupted. The enzyme in essence falls apart, and the active site is no longer able to function. In contrast, the optimal temperature for enzymes of the thermophilic bacteria (extremophiles) that live in hot springs is quite high at 70 degrees Celsius (158 degrees Fahrenheit), a temperature that would instantly scald skin.

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic