Enzim

NH ₂– CO – NH ₂+ H _2­O®2NH ₃+ CO ₂

Ureaza

Summer đã chứng minh rằng ureaza là một protein. Ban đầu quan điểm cho rằng một protein là một chất xúc tác đã được các nhà khoa học tranh cãi. Tuy nhiên, sau này khi hàng trăm enzim đã được tách ra, người ta đã xác định được cấu trúc của chúng và chứng minh chúng là các protein thì người ta bắt đầu nghiên cứu cơ chế xúc tác cho các phản ứng sinh hoá của chúng.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, ngoài khả năng tăng tốc độ của phản ứng, các enzim có 2 tính chất rất quan trọng của chất xúc tác. Đó là chúng không bị biến đổi trong phản ứng mà chúng đóng vai trò chất xúc tác và chúng không hề làm thay đổi vị trí của cân bằng hoá học mà chúng xúc tác. Một phản ứng dù không có enzim xúc tác xảy ra nhanh tuy nhiên cuối cùng đều thu được cùng một lượng sản phẩm như nhau. Một số ít phản ứng xảy ra trong tế bào là các cân bằng hoá học, sau khi tới cân bằng các sản phẩm, chúng nhanh chóng hoá hợp với nhau tạo thành các chất khác nhau trong một phản ứng tiếp theo do enzim xúc tác. Các nhà khoa học thấy rằng đại đa số các phản ứng xảy ra trong các tế bào sống là phản ứng xúc tác bởi các enzim và đã nghiên cứu để biết cơ chế chung cho các sản phản ứng xúc tác enzim đó. Người ta gọi cơ chất (substrate) là những phân tử trên đó các enzim hoạt động đóng vai trò xúc tác. Trong phản ứng xúc tác enzim các cơ chất chuyển thành sản phẩm bằng quá trình tạo thành liên kết (bond – making) và quá trình phá vỡi liên kết (bond – breaking) để tạo ra sản phẩm. Trong phản ứng xúc tác enzim, cơ chất tương tác với một vị trí của sườn phân tử protein gọi là vị trí hoạt động (active site) và sự tương tác đó tạo thành liên kết chứa sản phẩm và phá vỡ liên kết tạo thành sản phẩm. Cơ chế đó được mô tả bằng hình sau (hình 1):

Trong phản ứng xúc tác enzim, phân tử của cơ chất phải tiếp xúc với một phân tử enzim trước khi nó có thể chuyển thành sản phẩm. Chỉ một cơ chất khi tiếp xúc với enzim có thể gắn được với enzim đó. Vị trí hoạt động là vị trí tại đó phân tử enzim gắn với cơ chất để tạo thành sản phẩm của phản ứng. Vị trí đó tương tự như “chiếc túi” hoặc một “khe hở” được tạo thành bởi những khe gấp trong chuỗi peptit của protein. Vị trí hoạt động của một enzim có hình dạng rất nghiêm ngặt, chỉ một loại phân tử cơ chất nhất định, duy nhất mới gắn vừa vào vị trí hoạt động đó, tựa như một ổ khoá chỉ có một chìa khoá duy nhất có thể cho vào để mở ổ khoá đó. Phân tử cơ chất gắn vào phân tử enzim tạo thành phân tử phức chất enzim (hình giữa). Do đó, mỗi một enzim chỉ có khả năng xúc tác cho một phản ứng bằng một cơ chất xác định. Phản ứng xúc tác enzim vì thế là phản ứng rất chọn lọc. Một số xúc tác enzim có thể đóng vai trò xúc tác trong phản ứng sinh hoá mà không cần sự trợ giúp nào. Tuy nhiên, có một số enzim chỉ có tác dụng xúc tác cần sự trợ giúp của các tác nhân không phải là protein gọi là coenzim. Các coenzim thường là một số ion kim loại như các cation magie, kali, sắt và kẽm hoặc các phân tử hữu cơ có kích thước nhỏ. Ngày nay các nhà hoá học đã điều chế được một số enzim để tiến hành các phản ứng trong phòng thí nghiệm của các cơ sở nghiên cứu, thậm chí trong các nhà máy hoá chất để điều chế hoặc sản xuất một số sản phẩm nhất định phục vụ cuộc sống của con người.