Quâ trình đồng hóa thức ăn từ môi trường lă một quâ trình phức tạp, phải trải qua nhiều giai đoạn biến đổi vă mỗi giai đoạn lại được đặc trưng bởi câc phản ứng sinh hóa. Quâ trình biến đổi từ chất A thănh chất K để cho tế băo có thể đồng hóa được, gọi lă quâ trình chuyển hóa. Ví dụ: Quâ trình chuyển hóa từ Protein thănh axit amin, từ Lipit thănh axit bĩo vă glixerin, từ Gluxit thănh glucose v.v... Trong cơ thể sống, quâ trình chuyển hóa không diễn ra một câch đơn lẻ mă giữa câc chất tham gia văo quâ trình chuyển hóa chúng còn có mối liín hệ với nhau, thể hiện trín hai mặt cơ bản lă: nguyín liệu vă năng lượng. Mối liín quan về mặt nguyín liệu lă khả năng chuyển hóa một chất năy thănh chất kia thông qua một số sản phẩm trung gian chung. Ví dụ saccharide dễ dăng chuyển thănh Lipit (lipide) thông qua hợp chất trung gian lă axetil Coenzym A. Mối liín quan về mặt năng lượng thể hiện khi phđn giải một hợp chất năo đó, giải phóng ra năng lượng vă được tích lũy văo ATP. Nguồn ATP được dùng để hoạt hóa phđn tử (đối với phản ứng thu năng lượng), câc quâ trình sinh tổng hợp câc chất trong cơ thể như sự hoạt hóa câc axit amin trong tổng hợp Protein vă thực hiện công như quâ trình co cơ v.v... Cơ chế điều hòa giữa quâ trình oxy hóa (giải phóng ra năng lượng) vă quâ trình photphorin hóa (tích lũy năng lượng) được xâc định qua tỉ số nồng độ ADP vă photpho vô cơ trín nồng độ ATP. [ ] [ ] [ATP] P ADP K= + (2.56)
Trong cơ thể sống, không có một chất năo lă không tham gia văo mạng lưới của câc phản ứng hóa sinh. Cơ thể sống lă một hệ mở nín mạng lưới câc phản ứng hóa sinh cũng lă một hệ thống mở, luôn có sự xđm nhập của câc chất từ môi trường bín ngoăi văo qua con đường thức ăn, tiếp đến lă quâ trình chuyển hóa chất dinh dưỡng vă sản phẩm cuối cùng của quâ trình trao đổi chất sẽ được thải hồi ra môi trường bín ngoăi. Trong cơ thể, sự chuyển hóa của một chất năo đó có thểđược thực hiện bằng nhiều con đường khâc nhau. Hinhenvut đê đưa ra nguyín lí: "Trong cùng một điều kiện, con đường chuyển hóa năo có tốc độ phản ứng lớn hơn thì con đường đó có ý nghĩa quan trọng hơn".
Ví dụ: glucose-6-photphat chuyển thănh 3 photpho-glyxerin aldehit có thể được thực hiện qua con đường glicoliz hoặc qua chu trình pentozo photphat, tùy thuộc văo hiệu suất của quâ trình chuyển hóa. Con đường năo ít tiíu tốn năng lượng vă có tốc độ phản ứng diễn ra nhanh hơn sẽ quyết định hướng chuyển hóa của vật chất. Đối với hệ kín, quâ trình diễn ra theo một chuỗi câc phản ứng nối tiếp:
A⎯⎯→K1 B⎯⎯→K2 C...⎯⎯→Kn P
Phản ứng năo có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định tốc độ của toăn bộ quâ trình chuyển hóa.
Đối với hệ thống sống (hệ mở), quâ trình chuyển hóa sẽ không phụ thuộc văo tốc độ phản ứng của một giai đoạn năo mă phụ thuộc văo sự tương quan giữa câc hằng số tốc độ phản ứng. Một đặc tính quan trọng của cơ thể sống lă khả năng duy trì trạng thâi cđn bằng dừng. Khi cơ thể ở trạng thâi cđn bằng dừng thì tất cả câc quâ trình thẩm thấu, chuyển hóa vă thải hồi sẽ bổ chính cho nhau để duy trì nồng độ chất không đổi theo thời gian. Sau đđy lă mô hình đơn giản đặc trưng cho hệ mở nói chung vă hệ thống sống nói riíng:
Môi trường Măng Tế băo Măng Môi trường S ⎯⎯→K1 A⎯⎯→K2 K ⎯⎯→K3 Z
Nguồn ←⎯⎯⎯K−1 ←⎯ ⎯K⎯−3 Sản phẩm dị hóa dinh dưỡng
Khi tế băo ở trạng thâi cđn bằng dừng thì nồng độ chất A (Ca) vă chất K(Ck) sẽ không đổi. Do vậy, nồng độ chất A vă chất K phải thỏa mên phương trình: 0 dt dCa = vă 0 dt dCk = (2.57)
Dưới tâc động của yếu tố môi trường (chẳng hạn khi tăng nhiệt độ) sẽ lăm cho hằng số tốc độ phản ứng K2 tăng lín dẫn tới nồng độ chất A giảm xuống còn nồng độ chất K tăng lín. Để duy trì nồng độ chất A vă chất K không đổi thì quâ trình vận chuyển chất A văo trong tế băo phải tăng lín (tức K1 tăng) vă quâ trình thải hồi chất K ra khỏi tế băo cũng phải tăng lín (tức K3 tăng). Khi chấm dứt tăng nhiệt độ thì tế băo không chuyển ngay về nhiệt độ ban đầu mă quâ trình hạ nhiệt diễn ra từ từ nín câc hằng số tốc độ phản ứng K1, K2, K3 cũng giảm từ từ. Do vậy, nồng độ chất A vẫn còn cao vă nồng độ chất K vẫn còn thấp hơn so với ở trạng thâi dừng ban đầu. Để chuyển nhanh về trạng thâi cđn bằng dừng, bắt buộc quâ trình vận chuyển chất A ra khỏi tế băo vă quâ trình vận chuyển chất K văo trong tế băo phải tăng lín (tức cả K-1 vă K-3 đều phải tăng). Để duy trì trạng thâi cđn bằng dừng (tức duy trì Ca vă Ck không đổi) thì quâ trình vận chuyển chất A văo trong tế băo vă vận chuyển chất A ra khỏi tế băo cũng như quâ trình vận chuyển chất K văo trong tế băo vă vận chuyển chất K ra khỏi tế băo phải bổ chính cho nhau như đê giải thích ở trín. Mô hình trín thuộc phạm vi nguyín lí Lostalie, đặc trưng cho hệ mở: "Khi một hệ đang ở trạng thâi cđn bằng, nếu ta thay đổi một trong ba yếu tố (nồng độ; âp suất; thể tích) thì cđn bằng sẽ chuyển dịch theo chiều có tâc dụng ngược lại sự thay đổi đó".
Trong ví dụ trín, khi tăng nhiệt độ tức lă đê thay đổi yếu tố nồng độ A vă chất K. Nếu nồng độ chất A giảm xuống thì sự vận chuyển chất A văo trong tế băo phải tăng lín, nhằm duy trì nồng độ chất A ổn định còn nồng độ chất K tăng lín thì sự thải hồi chất K ra khỏi tế băo phải tăng lín cũng nhằm duy trì nồng độ chất K ổn định. Một ví dụ điển hình về sự duy trì nồng độ glucose trong mâu ở cơ thể người sẽ minh chứng cho nguyín lí Lostalie. Cơ thể người khỏe mạnh (tức duy trì trạng thâi cđn bằng dừng) thì hăm lượng glucose trong mâu luôn có một giâ trị ổn định. Nếu cơ thể thực hiện công (như chạy điền kinh) hay bị đói thì hăm lượng glucose trong mâu sẽ giảm xuống. Để duy trì trạng thâi dừng, lập tức glucogen tích lũy ở gan sẽ chuyển hóa thănh glucoza-1-photphat glucoza - 6 - photphat glucose vă thấm văo trong mâu để bù văo lượng glucose đê sử dụng. Hoặc cơ thể thực hiện công nhưng không sử dụng glucose trong mâu mă sử dụng glucogen. Nhờ enzym photphorilaza xúc tâc mă glucogen chuyển thănh glucoza - 6 - photphat vă tiếp tục bị oxy hóa ởđiều kiện yếm khí để giải phóng ra năng lượng, cung cấp cho cơ thể thực hiện công. Ngược lại, nếu cơ thể ít thực hiện công hay dùng nhiều đường dẫn tới lăm tăng hăm lượng đường trong mâu thì lập tức xảy ra câc phản ứng: glucose → glucoza - 6 - photphat → glucoza - 1 - photphat, sau
⎯ ⎯ → ⎯enzym ⎯ ⎯ → ⎯enzym
đó trùng hợp thănh glucogen vă được tích lũy ở gan. Ở đđy nồng độ glucoza - 6 - photphat giữ vai trò điều khiển tốc độ của quâ trình chuyển hóa thănh glucogen để tích lũy ở gan hay thănh glucose để thấm văo trong mâu. Quâ trình chuyển từ trạng thâi cđn bằng dừng năy sang trạng thâi cđn bằng dừng khâc lă một quâ trình bất thuận nghịch. Đó lă sự giă. Không ai chống lại được sự giă. Sự phât triển của cơ thể chỉ diễn ra theo chiều thuận từ trẻ → giă mă không diễn ra theo chiều nghịch từ giă → trẻ. Một số thông số trạng thâi của cơ thể như nhiệt độ, độ pH của mâu, hăm lượng đường, muối khoâng trong mâu thì hầu như không thay đổi trong suốt thời gian sống. Người ta gọi đó lă tính chất cđn bằng nội tĩnh của cơ thể sống (hay gọi lă cđn bằng dừng bền).
Chương 3
TÍNH THẤM CỦA TẾ BĂO VĂ MÔ