Enzyme Peroxidase là gì? Vai trò, Cơ chế hoạt động và Ứng dụng

Chu Văn An

Enzym peroxidase là enzyme xúc tác quan trọng trong các phản ứng oxy hóa khử ở sinh vật. Với khả năng phân hủy hydrogen peroxide và các hợp chất peroxide khác, peroxidase đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tế bào và môi trường.

1. Enzym Peroxidase là gì?

Enzym peroxidase thuộc nhóm enzyme oxy hóa khử (oxidoreductase), có tác dụng xúc tác cho phản ứng khử của các gốc peroxide như H₂O₂ (hydro peroxide).

Phản ứng chính mà peroxidase thực hiện:

H2O2+AH2→2H2O+A

Trong đó:

• H₂O₂ là chất nền (hydro peroxide), có đặc tính oxy hóa mạnh.
• AH₂ là chất cho điện tử (có thể là các hợp chất hữu cơ như guaiacol hoặc các phân tử khác).

Peroxidase có mặt rộng rãi trong thực vật, động vật và vi sinh vật và chức năng chính của nó là bảo vệ tế bào khỏi tổn thương oxy hóa.

Cấu trúc enzyme peroxidase

2. Cấu trúc của enzym Peroxidase

Các thành phần cấu trúc chính

Peroxidase là một protein có chứa heme, có tác dụng:

• Heme (nhóm ngoài có nguyên tử sắt Fe2⁺/Fe³⁺): Trung tâm hoạt động của enzyme, giúp nhận và chuyển electron trong các phản ứng oxy hóa – khử.
• Chuỗi polypeptide: Bao gồm các axit amin tạo nên cấu trúc không gian của enzyme.

Các loại enzyme peroxidase phổ biến

(1) Peroxidase cải ngựa (HRP):

Được tìm thấy trong cải ngựa.

Nó là một enzyme ổn định, hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ và pH rộng.

Được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu sinh học và thử nghiệm y tế.

(2) Glutathione Peroxidase (GPx):

Xuất hiện ở động vật và con người.

Chứa selen tại vị trí hoạt động, giúp giảm H₂O₂ và lipid peroxid, bảo vệ màng tế bào khỏi bị hư hại.

(3) Lignin Peroxidase (LiP):

Được tìm thấy trong nấm và vi khuẩn, nó xúc tác cho quá trình phân hủy lignin – thành phần chính của thành tế bào thực vật.

(4) Mangan Peroxidase (MnP):

Phân hủy lignin và các hợp chất hữu cơ khác trong môi trường.

Cấu trúc phân cấp của enzyme peroxidase

Cấu trúc bậc 1: Chuỗi axit amin dài.

Cấu trúc bậc hai: Gấp ở dạng xoắn α và tấm β.

Cấu trúc bậc ba: Chuỗi polypeptide được gấp lại thành khối ba chiều chứa nhóm heme.

3. Vai trò của enzym Peroxidase

Enzym peroxidase có nhiều vai trò quan trọng trong tự nhiên và y học:

Bảo vệ tế bào khỏi tác hại của quá trình oxy hóa: Peroxidase phân hủy H₂O₂ – hợp chất có đặc tính oxy hóa mạnh, giúp tế bào tránh được tổn thương do các gốc tự do gây ra.

Chuyển hóa các hợp chất độc hại: Tham gia vào quá trình phân hủy các chất độc môi trường, chẳng hạn như phenol và các chất ô nhiễm khác.

Tham gia vào quá trình sinh trưởng của thực vật: Peroxidase trong thực vật xúc tác quá trình tổng hợp lignin – thành phần chính tạo nên thành tế bào thực vật.

Hỗ trợ đáp ứng miễn dịch: Trong cơ thể động vật, peroxidase tham gia phản ứng bảo vệ chống lại vi khuẩn và virus thông qua các sản phẩm oxy hóa.

Ứng dụng trong công nghệ sinh học: Enzym HRP được dùng làm chất đánh dấu trong các xét nghiệm miễn dịch (ELISA, Western blot).

Phản ứng Western blot

4. Cơ chế hoạt động của Enzym Peroxidase

Cơ chế hoạt động của peroxidase bao gồm các bước sau:

Bước 1: Tạo phức chất trung gian

Peroxidase kết hợp với H₂O₂, oxy hóa nguyên tử Fe²⁺ trong nhóm heme thành Fe³⁺.

Bước 2: Chuyển electron từ chất nền

Enzim này nhận các electron từ chất cho điện tử (AH₂) và chuyển chúng thành H₂O₂, khiến H₂O₂ bị khử thành nước.

Bước 3: Tái tạo enzyme

Enzym quay trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục xúc tác cho các phản ứng khác.

Phản ứng chung:

Peroxidase-Fe3++H2O2→Peroxidase-Fe4++2H2O

5. Ứng dụng Enzyme Peroxidase trong thực tế

Enzym Peroxidase được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

Y học và sinh học phân tử: Horseradish peroxidase (HRP) được sử dụng trong các xét nghiệm miễn dịch như:

ELISA: Phát hiện kháng nguyên/kháng thể trong bệnh lý.

Western blot: Xác định các protein cụ thể.

Xử lý môi trường: Peroxidase tham gia xử lý các chất ô nhiễm như phenol và thuốc nhuộm, giúp làm sạch môi trường nước và đất.

Công nghiệp thực phẩm: Enzym Peroxidase được dùng làm chất chỉ thị chất lượng thực phẩm, đặc biệt trong quá trình thanh trùng sữa.

Y học: Glutathione peroxidase trong cơ thể có vai trò chống oxy hóa, giúp ngăn ngừa các bệnh như ung thư, lão hóa và các bệnh thoái hóa thần kinh.

Công nghệ sinh học: Sử dụng peroxidase trong nghiên cứu di truyền và phát triển hệ thống cảm biến sinh học.

Enzym peroxidase là một enzyme quan trọng có chức năng chính là phân hủy các gốc peroxide và bảo vệ tế bào khỏi tổn thương oxy hóa. Với cấu trúc đặc biệt và khả năng xúc tác mạnh, peroxidase không chỉ đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên mà còn có ứng dụng rộng rãi trong y học, công nghiệp và bảo vệ môi trường.