thay đổi nhanh hoạt tính của con đường,
3. Số lượng các phân tử enzyme cũng cĩ thể được điều hồ. Các phân tử chất xúc tác cĩ mặt càng nhiều thì hoạt tính của con đường càng lớn. Ở vi khuẩn, việc điều
chỉnh thường chịu tác dụng ở mức độ phiên âm. Việc điều hồ tổng hợp mRNA chậm hơn việc điều chỉnh trực tiếp hoạt tính enzyme nhưng tiết kiệm được nhiều năng lượng và nguyên liệu vì các enzyme khơng được tơng hợp khi khơng cần thiệt.
Hai cơ chế 1 và 2 sẽ được trình bày ở đây, đĩ là: khu trú trao đổi chất và điều hồ hoạt tính enzyme.
“4 T Z2» bai 2P" ri pteni tui ty222 tui / “HH ệ phe “ L8 F-
_
̧,
Một trong các cơ chế khu trú trao đổi chât phố biến nhất là sự chia khoang
(compartmentation) nghĩa là sự phân bĩ biệt hố các enzyme và các chất trao đổi trong các
câu trúc tế bào tách biệt hoặc các bào quan cĩ màng bao bọc. Chăng hạn, sự oxy hố acid
béo gặp bên trong t¡ thể nhưng tơng hợp acid béo lại diễn ra trong tế bào chất. Chu chất ở
vi khuân cũng cĩ thể được xem là một ví dụ của sự chia khoang. Sự chia khoang tạo điều kiện cho việc hoạt động và điều chỉnh đồng thời nhưng tách biệt của các con đường cĩ thê
được phối hợp nhờ sự điều chỉnh việc vận chuyền các chất trao đổi và các coenzyme giữa các khoang của tê bào. Giả dụ, cĩ hai con đường tơn tại trong các khoang tế bào khác nhau nhưng đều cần NAD' cho hoạt động. Sự phân bố NAD' giữa hai khoang sẽ quyết định hoạt tính tương đối của các con đường cạnh tranh này và con đường nào chiếm dư thừa NAD'
sẽ cĩ lợi thê hơn.
Sự chia khoang cũng gặp bên trong các khoang như nên tế bào chất. Nền (matr1x) là vật thể đơng đặc, cĩ câu trúc gồm nhiều khoang nhỏ. Ở sinh vật nhân thật nên cũng được chia nhỏ bởi lưới nội chất (endoplasmic reticulum) và bộ khung tế bào (cytoskeleton). Trong một mơi trường như vậy các chất trao đổi và các coenzyme khơng khuếch tán nhanh và các
øradien chất trao đổi sẽ được thiết lập gần các enzyme hoặc các hệ thống enzyme cục bộ.
Điều này diễn ra vì các enzyme ở một vỊ trí đặc biệt chuyền hố các chất thành sản phẩm dẫn đến giảm nơng độ của một hoặc nhiều chất trao đổi này và tăng nơng độ của một hoặc nhiều chất trao đồi khác. Chăng hạn, nơng độ sản phẩm sẽ cao ở gần enzyme và thấp dần theo khoảng cách tăng lên tính từ enzyme.
Sự khu trú cĩ thể tạo ra những thay đồi rõ rệt trong nồng độ chất trao đi và vì vậy ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính enzyme. Nơng độ cơ chất, nĩi chung, thường ở vào khoảng 103 - 10°M/I, thậm chí thấp hơn, nghĩa là cĩ thể ở trong cùng phạm vi như nồng độ enzyme và băng hoặc nhỏ hơn hăng số Michaelis (K7) của nhiều enzyme. Dưới các điều
kiện như vậy nơng độ cơ chất của một enzyme cĩ thể điều hồ hoạt tính của chất xúc tác vì
nơng độ cơ chất là ở trong phần tăng lên của đường cong hyperbole của sự bão hồ cơ chât (Hình 16.20). ` nh - ` Weleeitg } T ị I I l Í đ | mm m mm 7c S=j = [äub:strate]
Hình 16.20: Điều hịa hoạt tính enzyme bởi nơng độ cơ chất
Trong hình là đường cong bão hịa enzyme-cơ chất với hằng số Michaelis (Km) và tốc độ tương đương với ⁄2 tốc độ cực đại (Vay). Tơ ốc độ ban đầu của phản ứng (v) được dựng đồ thị đối với nơng độ cơ chát. Tốc độ cực đại là tốc độ lớn nhất đạt được với một số lượng
CHZVIn€ CƠ ) định dưới những điễu kiện xác định. Khi nơng độ cơ chất bằng hoặc nhỏ hơn
Km hoạt tính enzyme sẽ thay đổi hầu như tuyển tính với nơng độ cơ chất. Giả dụ, nơng độ cơ chất tăng từ mức độ A tới mức độ B. Vì những nơng độ này đều ở trong phạm vi của
Km nên hoạt tính enzyme tăng lên rõ rệt. Sự giảm nơng độ từ B đến A sẽ hạ thấp tốc độ
tạo thành sản phẩm. (Theo Prescoft, Harley và Klein. 2003)
Khi nơng độ cơ chất tăng, cơ chất sẽ được chuyên thành sản phẩm nhanh hơn; nồng độ cơ chất giảm đương nhiên dẫn đến hoạt tính enzyme thấp hơn. Nếu 2 enzyme ở hai con đường khác nhau cùng sử dụng một chất trao đổi chúng cĩ thể trực tiếp cạnh tranh chất nảy, con đường thắng trong cuộc cạnh tranh này, nghĩa là con đường với enzyme cĩ giá trị
Km thấp nhất đơi với chất trao đơi, sẽ hoạt động gần như hồn tồn thống trị. Do đĩ sự khu
trú bên trong một khoang tế bảo cĩ thể điều chỉnh và phối hợp trao đổi chất thơng qua những biễn đổi trong nồng độ chất trao đổi và nơng độ coenzyme.
16.5. ĐIỀU HỊA HOẠT TÍNH ENZYME
Hoạt động của nhiều con đường trao đổi chất cĩ thể được điều hồ nhờ việc điều chỉnh
hoạt tính của các enzyme điêu chỉnh. Mục này mơ tả các enzyme nĩi trên và đê cập vai trị của chúng trong việc điêu chỉnh hoạt tính của con đường.
16.5.1. Điều chỉnh dị lập thể
Các enzyme điều chỉnh thường là các enzyme dị lập thê (allosteric enzymes). Hoạt tính của một enzyme dị lập thể bị thay đổi bởi một phân tử nhỏ gọi là effector (effector, chất tác động) hoặc modulator (modulator, chất điều biến). Effector liên kết thuận nghịch nhờ lực khơng - cộng hố trị vào một vị trí điều chỉnh (regulatory site) tách biệt khỏi vị trí xúc tác (catalytic site) và gây ra sự thay đổi trong hình dạng hoặc hình thể của enzyme (Hình
16.21). Hoạt tính của vỊ trí xúc tác do đĩ bị thay đổi. Một effector dương làm tăng hoạt tính enzyme, một effector âm, trái lại, làm giảm hoạt tính hoặc kìm hãm enzyme. Những
thay đơi như vậy trong hoạt tính thường bắt nguơn từ những biến đổi trong ái lực biểu kiến của enzyme đối với cơ chất, tuy nhiên những thay đổi trong tốc độ cực đại cũng cĩ thể điện ra.
Hình 16.21: Điễều chỉnh dị lập thể
Cấu trúc và chức năng của 1 enzyme dị lập thể. Trong hình bên effector hoặc modulator (chất điễu biến) trước hét gắn vào 1 vị trí điều hịa tách biệt và làm thay đổi hình thể
CHZVyIne dân đến sự thay đổi hình dạng của vị trí hoạt động. V} trí hoạt động giờ cĩ thể liên
kết cơ chất hiệu quả hơn. Ở đây efEctor là dương tính vì nĩ kích thích sự liên kết cơ chất và hoạt tính xúc tác. (Theo Prescott, Harley và Kiein, 2005)
Các enzyme điều chỉnh thường là các enzyme dị lập thê (allosteric enzymes). Hoạt tính
của một enzyme dị lập thê bị thay đơi bởi một phân tử nhỏ gọi là effector (effector, chất tác
động) hoặc modulator (modulator, chât điêu biên). Effector liên kêt thuận nghịch nhờ lực
khơng - cộng hố trị vào một vị trí điều chỉnh (regulatory site) tách biệt khỏi vị trí xúc tác (catalytic site) và gây ra sự thay đổi trong hình dạng hoặc hình thể của enzyme (Hình
16.21). Hoạt tính của vỊ trí xúc tác do đĩ bị thay đổi. Một effector dương làm tăng hoạt tính enzyme, một effector âm, trái lại, làm giảm hoạt tính hoặc kìm hãm enzyme. Những
thay đổi như vậy trong hoạt tính thường bắt nguơn từ những biến đổi trong ái lực biểu kiến của enzyme đối với cơ chất, tuy nhiên những thay đổi trong tốc độ cực đại cũng cĩ thể điện ra.
ư ũ
| |
ME, „6 ..
Carbarnayl | "8" *e Ä8ärtiie 7H ~
plhasphate . H, Đaf baiftOyf frart5ferisa NH, GHỊ
- synthp1ase | * | —¬. _ L + L-Glutarninw « HŒ ` « 8ATP (=) — ạũ | CH SN “NG 1 I1 8” “H# Ẻ CH - “a—-E=a HN coqd- : h KG | 0" e . Carbamail Asenrtate i 9/58/n63/25p4/0818 phas phate ! T ATP = ” T T T
TP =+—— “=—— Llridine mơnophasphaie [UMPI
ÍENN HN INH HH HN HN HN HN HN INH HN INNH HN CN: HN HN INNH HN HN HN INN HNN HNN HN HNN HN HNN HN HNN THNN HN HNN HN HN HN HN HH
Hình 16.22: Sự điều chỉnh ACTase
Phản ứng Aspartate.carbamoyliransferase và vai trị của enzyme này trong việc điễu chỉnh sinh tơng hợp pyrimidine. Sản phẩm cuối cùng CTP kìm hãm hoạt tính của ACTase (-) cịn ATFP lại hoạt hĩa enzyme (+). Cacbamoyl Phosphate symthetase cũng bị kừn hãm bởi các sản phẩm cuối cùng của con đường như UMP. (Theo Prescodl. Harley và Klei, 2003)