Michaelis (Kzn) là nơng độ cơ chất cần cho một enzyme hoạt động ở tốc độ băng nửa tốc
độ cực đại. Hăng số này chỉ ứng dụng cho các đường cong bão hồ cơ chất hyperbole mà khơng cho các đường cong xích-ma thường gặp với các enzyme dị lập thể (Hình 16.23).
Nơng độ cơ chất cần cho một nửa tốc độ cực đại với các enzyme dị lập thể cĩ đường cong
cơ chất xích-ma được gọi là giá trị [S]os hoặc Kaz.
Một trong các enzyme điều chỉnh dị lập thể được nghiên cứu kỹ nhất đĩ là Aspartafe- carbamoyltransferase (AC Tase) ở È. coi. Enzyme xúc tác sự ngưng tụ của
cacbamoylphosphate với aspartate tạo thành cacbamoylaspartate (Hình 16.22).
ACTase xúc tác phản ứng quyết định tốc độ của con đường sinh tổng hợp pyrimidine ở È. coii. Đường cong cơ chất bão hồ là xích-ma khi nồng độ của một trong hai cơ chất thay đơi (Hình 1ĩ. 23)
si” ` _— ~ Án... ° ể" Cơ chất
Hình 16.23: Động học của ẢÁspartate carbamoyliransJerase ở È. coli CTP là ] ejjector âm làm tăng giá trị Ku›, cịn ATP là l e[Jector dương, hạ thấp Kas. vân là hăng số. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2003)
Enzyme cĩ trên một vỊ trí hoạt động và sự liên kết của một phân tử cơ chất vào một vị trí hoạt động sẽ kích thích sự liên kết của cơ chất vào các vị trí khác. Hơn nữa, cytidine
triphosphate (CTP), một sản phẩm cuối cùng của sinh tổng hợp pyrimidine, kìm hãm enzyme, trái lại ATP (purine) lại hoạt hố enzyme. Cả hai effector thay đổi giá trị K¿; của enzyme nhưng khơng thay đồi tốc độ cực đại của enzyme. GTP kìm hãm băng cách nâng cao K¿› hoặc chuyền dịch đường cong bão hồ cơ chất lên các giá trị cao hơn. Điều này cho phép enzyme hoạt động chậm hơn ở một nơng độ cơ chất đặc biệt khi CTP cĩ mặt. ATTP hoạt hố băng cách chuyển đường cong tới các giá trị nơng độ cơ chất thấp hơn khiến cho enzyme hoạt động cực đại qua một phạm vi nơng độ cơ chất rộng lớn. Do đĩ, khi con đường hoạt động tới mức nồng độ CTP tăng quá cao hoạt tính ACTase sẽ giảm và tốc độ tạo thành sản phẩm cuối cùng bị chậm lại. Trái lại, khi nồng độ sản phẩm cuối cùng ATP tăng lên so với CTP, ATP sẽ kích thích tổng hợp CTP thơng qua tác dụng lên ACTase.
Aspartate carbamoyltransferase ở È. coi cung cấp một ví dụ rõ rệt về các vị trí điều
chỉnh và vị trí xúc tác riêng rẽ trong các enzyme dị lập thê. Enzyme là một protein lớn gồm 2 dưới đơn vị xúc tác và 3 dưới đơn vị điều chỉnh (Hình 16.24a). Các dưới đơn vị xúc tác chỉ chứa các vỊ trí xúc tác và khơng chịu ảnh hưởng bởi CTP và ATP. Các dưới đơn vị điều chỉnh khơng xúc tác phản ứng nhưng cĩ các vị trí điều chỉnh liên kết CTP và ATP. Khi liên kết vào enzyme hồn tồn các effector này gây ra những thay đơi về hình thể trong
các dưới-đơn vị điều chỉnh, sau đĩ trong các dưới đơn vị xúc tác và các vị trí xúc tác. Enzyme cĩ thê thay đổi thuận nghịch giữa một dạng T ít hoạt động và một dạng R hoạt
động hơn (Hình 16.24 b, c). Do đĩ vị trí điều chỉnh ảnh hưởng đến vị trí xúc tác ở khoảng cách khoảng 6,0 nm.
Lrới-đem vị Điễm gân vị trỉ xúc tác xúc Eắc ——— Duớt- | : đøm Yị
điều chinl clunh
fị
Hình 16.24: Cấu trúc và điểu chỉnh của Aspartate carbamoyltranstrase ở E. coli. (Theo Prescott, Harley và Kilein, 2009)
16.5.2. Cải biến cộng hố trị các enzyme
Các enzyme cũng cĩ thể được kích thích hoặc bị kìm hãm thơng qua sự cải biễn cộng
hố trị thuận nghịch. Thơng thường điều này diễn ra do việc thêm và loại bỏ một nhĩm đặc biệt, nghĩa là một dạng của enzyme được hoạt động hơn một dạng khác. Chăng hạn,
ølycogen phosphorylase của mốc bánh mì Nerospora crassa được gọi là phosphorylase a khi ở dạng phosphoryl hố và phosphorylase b khi ở dạng bị loại bỏ Phosphate (Hình 16.25). Phosphorylase b là bất hoạt vì chất hoạt hố AMP mà nĩ cần thường khơng cĩ mặt ở mức độ đủ cao. Dạng phosphoryl hố của phosphorylase a hoạt động ngay khi khơng cĩ mặt AMP. Glycogen phosphorylase được kích thích thơng qua việc phosphoryl hĩa phosphorylase b thành phosphorylase a. Việc găn nhánh Phosphafe làm thay đổi hình thể của enzyme chuyển nĩ thành dạng hoạt động. Phản ứng phosphoryl hố và loại bỏ
Phosphate được xúc tác bởi các enzyme riêng rẽ và các enzyme này cũng được điêu chỉnh.
Phaspharylase b [naetlve] Ì .” HD - ÀDE Phasphorylase a : (aetive) [Glueose] (Glueose] + + z P Glusose=1~(P}
Hình 16.25: Sự cải biến cộng hĩa trị thuận nghịch của glycogen phosphorylase. Phosphorylase a là dạng hoạt động được tổng hợp bởi phosphoryl hĩa và bị bất hoạt khi Phosphate bị loại bỏ do thủy phân để tạo thành phosphorylase b bắt hoạt. (Theo Prescott, Hariey và Klein, 2005)
Các enzyme cũng cĩ thê được điều chỉnh nhờ liên kết với các nhĩm khác Phosphate. Một trong các enzyme được nghiên cứu chỉ tiết nhất đĩ là Glutamine synthetase ở Z. cọi. Đây là một enzyme lớn, phức tạp tơn tại ở hai dạng. Khi một nhánh acid adenylic liên kết với một trong 12 dưới-đơn vị của enzyme tạo thành một enzyme adenyl hố, ølutamine synthetase hoạt động yếu. Việc loại bỏ các nhĩm AMP tạo ra glutamine synthetase đã mật adenyl hoạt động hơn và glutamine được tơng hợp. Hệ thống glutamine synthetase khác hệ thơng phosphorylase ở hai điểm: 1) AMP được dùng như tác nhân cải biến; 2) Dạng cải biến của Glutamine synthetase kém hoạt động. Glutamine synthetase cũng được điều chỉnh
đị lập thể.
Việc sử dụng cải biến cộng hố trỊ để điều chỉnh hoạt tính enzyme cĩ một số ưu điểm.
Các enzyme cĩ thể chuyên hố qua lại thường cũng là các enzyme dị lập thể. Vì mỗi dạng cĩ thể đáp ứng khác nhau với các effector dị lập thê nên các hệ thống enzyme cải biến cộng hố trị cĩ khả năng đáp ứng với nhiều chất kích thích hơn trong các con đường thay đổi và phức tạp. Cũng cĩ thê được điều chỉnh là các enzyme xúc tác những cải biến cộng
hố trị, bổ sung vào hệ thống một mức độ điều chỉnh thứ hai. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
16.5.3. Kìm hãm phản hồi hoặc kìm hãm bởi sản phẩm cuối cùng
(Feedback inhibition)
Như đã nĩi ở phân trên, tốc độ của nhiều con đường trao đối chất được điều chỉnh thơng qua sự điều khiến hoạt tính của các enzyme điều chỉnh. Mỗi con đường cĩ ít nhật
một enzyme dẫn-tốc độ (pacemaker) xúc tác phản ứng chậm nhất hoặc hạn chế tốc độ
trong con đường. Vì các phản ứng khác diễn ra nhanh hơn phản ứng dẫn-tốc độ do đĩ những thay đồi trong hoạt tính của enzyme này trực tiếp ảnh hưởng đến tốc độ của con đường. Thơng thường, bước thứ nhất trong một con đường là một phản ứng dẫn tốc độ xúc tác bởi một enzyme điều chỉnh. Sản phẩm cuối cùng của con đường thường kìm hãm enzyme điều chỉnh này. Quá trình nĩi trên được gọi là sự kìm hãm bởi sản phẩm cuối cùng. Kiểu kìm hãm này bảo đảm cho sự tạo thành cân băng của sản phẩm cuối cùng của một con đường. Nếu tích luỹ với nơng độ quá cao sản phẩm cuối cùng sẽ kìm hãm enzyme điều chỉnh và làm giảm tốc độ tổng hợp của chính sản phẩm này. Khi nơng độ của sản phẩm cuối cùng giảm, hoạt tính của con đường lại tăng và nhiều sản phẩm hơn được tạo thành. Sự kìm hãm bởi sản phẩm cuối cùng, nhờ vậy, đã tự động phối hợp việc cung cấp theo nhu cầu của sản phẩm này. Aspartate carbamoyltransferase là một ví dụ điển hình của sự kìm hầm bởi sản phẩm một con đường sinh tổng hợp thường phân nhánh tạo thành trên một sản phẩm cuối cùng. Trong tình hình như vậy việc tổng hợp các sản phẩm cuối cùng của con đường phải được phối hợp một cách chính xác. Khơng thê để một sản phẩm cuối cùng nảy cĩ mặt dư thừa trong khi một sản phẩm cuối cùng khác lại thiếu. Sự phân nhánh các con đường sinh tổng hợp thường tạo nên sự cân băng giữa các sản phẩm cuối cùng qua việc sử dụng các enzyme điều chỉnh ở các điểm phân nhánh (/inh 76.26).
Khi cĩ mặt ở nồng độ dư thừa một sản phẩm cuối cùng thường kìm hãm enzyme ở điểm phân nhánh trên chuỗi dẫn đến tạo thành sản phẩm này, nhờ vậy mà điều chỉnh việc tơng hợp của chính sản phẩm đĩ nhưng khơng ảnh hưởng đến tổng hợp các sản phẩm khác. Hình 16.26 cũng cho thây cả 2 sản phẩm cũng kìm hãm enzyme mở đâu trong con đường.
Sự dư thừa của một sản phẩm làm chậm dịng C đi vào cả con đường trong khi kìm hãm
enzyme thích hợp ở điểm phân nhánh. Vì sự phân nhánh khơng hoạt động cần ít C do đĩ sự kìm hãm bởi sản phẩm cuối cùng của enzyme dẫn tốc độ ban đâu giúp cho sự điều hồ giữa cung và cầu ở các con đường phân nhánh. Việc điều chỉnh ở các con đường phân
nhánh nhiều thường được thực hiện phức tạp hơn do sự cĩ mặt của các 1zoenzyme tức là
những enzyme khác nhau nhưng xúc tác cùng một phản ứng. Bước đầu dẫn tốc độ ban đầu
cĩ thể do một số 1zoenzyme xúc tác, mỗi izoenzyme chịu sự điều hồ riêng rẽ và độc lập.
Trong tình hình như vậy, sự dư thừa của một sản phẩm cuối cùng sẽ làm giảm hoạt tính của con đường nhưng khơng hồn tồn kìm hãm chức năng của con đường vì một số 1zoenzyme vẫn cịn hoạt động. In Ấ ng Ẩ bản pm hản phầm cuưi củng P. * cuối củng Ợ i „ 5 B ữ ^o ©+ Chất A Hình 16.26: Kìm hãm phản hơi
Trên hình là sự kìm hãm phản hồi trong 1 con đường phân nhánh với 2 sản phẩm cuối cùng. Các enzyme ở điểm phân nhánh xúc tác sự chuyển hĩa chất trung gian E thành F và G được điều chỉnh bởi kìm hãm phản hơi. Các sản phẩm P và Ơ cũng kìm hãm phản ứng mở đầu trong con đường. Tín hiệu ® chỉ ra rằng P hoặc Q kìm hãm enzyme xúc tác bước tiếp theo tín hiệu. (Theo Prescot, Harley và Klein, 2005)