Thay đổi quan điểm về nguồn gốc của sức mạnh xúc tác của enzym

Các enzym được tìm thấy trong cơ thể sống có sức mạnh xúc tác ấn tượng. Nhờ có enzym, các phản ứng hóa học duy trì sự sống diễn ra nhanh hơn hàng triệu lần so với khi không có chúng. Enzym tăng tốc độ phản ứng bằng cách giúp giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết để bắt đầu chúng, nhưng trong hơn 70 năm, làm thế nào enzym đạt được điều này đã là chủ đề của cuộc tranh luận gay gắt.

Tiến sĩ Tor Savidge, giáo sư bệnh lý học và miễn dịch học tại Đại học Y Baylor và Trung tâm Vi sinh vật trẻ em Texas, và các đồng nghiệp của ông đang thay đổi cách nhìn về lập luận cũ này. Trong công trình được công bố trên Tạp chí Chemical Science , họ đã nghiên cứu sự giống và khác nhau giữa hai cơ chế hiện đang được tranh luận bằng cách mô tả các phản ứng xúc tác ở cấp độ phân tử chi tiết.

Savidge nói: “Hiện tại, hai cơ chế phản ứng khác nhau chính được đề xuất để giải thích sức mạnh xúc tác của enzym. "Một đề xuất rằng các enzym làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng thông qua việc ổn định các trạng thái chuyển tiếp (TS) và một đề xuất khác là họ làm điều đó bằng cách làm mất ổn định trạng thái cơ bản (GS) của các enzym. Ý tưởng hiện tại là các cơ chế này loại trừ lẫn nhau."

Tác giả đầu tiên, Tiến sĩ Deliang Chen tại Đại học Sư phạm Gannan, Trung Quốc và các đồng nghiệp của ông đã thực hiện một cách tiếp cận lý thuyết, xem xét các phát hiện trước đó từ phòng thí nghiệm Savidge cho thấy rằng các tương tác không cộng hóa trị của cơ chất và enzym với nước là quan trọng về mặt cơ chế của enzym. các phản ứng.

"Trong môi trường sinh học, bạn phải xem xét nước - nước sẽ cản trở các tương tác nguyên tử rất phức tạp xảy ra trong vị trí hoạt động của enzyme. Chúng ta cần xem xét tất cả chúng để hiểu chính xác nơi bạn cần có các tương tác tĩnh điện. Savidge nói. "Khi bạn xem xét điều đó, bạn có thể hiểu cách các cơ chế này đang hoạt động."

Các phân tích của họ đã khiến nhóm nghiên cứu đề xuất một điều gì đó mới mẻ, rằng xét cho cùng thì TS và GS không khác nhau như vậy. Chúng sử dụng một cơ chế nguyên tử tương tự để thúc đẩy phản ứng enzym diễn ra. Cơ chế liên quan đến nước trong việc thay đổi điện tích của các chất cặn quan trọng bên trong vị trí xúc tác theo cách tạo điều kiện cho sự hình thành trạng thái thuận lợi về mặt năng lượng thúc đẩy phản ứng enzym xảy ra.

Savidge nói: “Điểm mới, quan trọng ở đây không phải là làm thế nào mà đạt được điều này mà là khi nào thì đạt được. "Chúng tôi đã chỉ ra rằng trong sự ổn định của các trạng thái chuyển tiếp, các điện tích thúc đẩy phản ứng tiến lên được hình thành trước khi chất nền đi vào vị trí hoạt động. Trong khi ở trạng thái cơ bản mất ổn định, điều này cũng xảy ra nhưng sau khi chất nền đi vào vị trí hoạt động."

Các nhà nghiên cứu cũng đề xuất rằng cơ chế chung giữa TS và GS là phổ biến, nó có thể được áp dụng cho nhiều phản ứng enzym.

"Phát hiện của chúng tôi có ý nghĩa quan trọng không chỉ để hiểu rõ hơn về sức mạnh xúc tác của enzyme mà còn cho các ứng dụng thiết kế thuốc trong thực tế."

Nguồn Baylor College of Medicine