6. Ligase (synthetase)
5.1.Điều hòa hoạt tính enzyme
Điều hòa hoạt tính enzyme chính là sự điều hòa bởi các chất kìm hãm và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme.
Trong cơ chế điều hòa enzyme thường nói đến hiện tượng ức chế ngược chính là một loại cơ chế điều hòa dị lập thể mà thông thường sản phẩm cuối cùng của quá trình phản ứng là chất điều hòa dị lập thể âm. Do đó hiện tượng ức chế ngược được gọi là ức chế dị lập thể. Khi enzyme cần có tác dụng hoạt hóa của một chất điều hòa dương để chuyển thành dạng enzyme hoạt động thì hiện tượng đó được gọi là sự hoạt hóa dị lập thể.
Ức chế dị lập thể là nguyên tắc rất phổ biến đối với các quá trình chuyển hóa và có các đặc điểm sau đây:
- Cơ chế ức chế ngược xảy ra ở các chuỗi phản ứng dẫn đến sự tổng hợp một chất nào đó (chất này được dùng để tổng hợp các đại phân tử như các amino axit isoleucine và histidine được dùng để tổng hợp protein, nucleotide)
- Sản phẩm cuối cùng có tác dụng ức chế dị lập thể.
- Sản phẩm cuối cùng thường chỉ tác dụng đặc hiệu và trực tiếp lên enzyme đầu tiên là enzyme dị lập thể.
- Sản phẩm cuối cùng (chất ức chế ngược) có cấu trúc hóa học khác với cơ chất của phản ứng mà nó ức chế, vì vậy tác dụng ức chế của nó không phải do cạnh
tranh với cơ chất đó, mà do nó làm thay đổi cấu dạng không gian của enzyme khiến enzyme không tiếp nhận được cơ chất. (Hình 5.1)
Hình 5.1. Hiệu ứng dị lập thể âm
Trong đó:
+ a. Enzyme (E) tiếp nhận cơ chất (S)
+ b. Yếu tố dị lập thể A gắn vào trung tâm dị lập thể, cấu trúc enzyme (trung tâm hoạt động của enzyme) thay đổi và không tiếp nhận được cơ chất; hoạt độ giảm.
Cơ chế ức chế ngược có thể được biểu thị theo sơ đồ sau:
Như vậy, mỗi khi sản phẩm cuối cùng Z được tổng hợp tăng lên vượt quá nhu cầu của tế bào thì nó ức chế enzyme đầu tiên E1 khiến cho phản ứng đầu tiên A → B giảm đi và do đó, mặc dù các enzyme sau là E2, E3... không bị ức chế (vẫn có khả năng hoạt động bình thường), nhưng chúng không có các cơ chất B, C... để chuyển hóa, kết quả là toàn chuỗi phản ứng bị giảm sút, sự tổng hợp sản phẩm cuối cùng Z giảm đi. Khi tế bào thiếu chất Z, enzyme E1 không bị ức chế nên phản ứng đầu tiên và cả chuỗi phản ứng lại xảy ra, kết quả là sự tổng hợp các chất Z tăng lên đáp ứng nhu cầu của tế bào.
Ví dụ, ở E.Coli isoleucine là sản phẩm chuyển hóa cuối cùng của chuỗi phản ứng chuyển hóa của threonine; phản ứng đầu tiên của chuỗi phản ứng do enzyme dị lập thể threonine dehydratase xúc tác, khi lượng isoleucine tăng cao (do được tổng hợp nhiều) thì nó ức chế enzyme của phản ứng đầu tiên đó theo cơ chế dị lập thể (hình 5.2)
Hình 5.2. Sự ức chế threonine dehydratase bởi Isoleucine theo cơ chế ức chế ngược, (-): ức chế.