năng lượng, enzyme và quá trình chuyển hóa pptx

Vào năm 1829, các nhà hóa học người Đức đã tách được thành phần có hoạt tính trong vỏ cây liễu, và sau này trong thế kỷ đó các nhà hóa học khác đã hiệu chỉnh hóa học nó để tạo ra một dượ

Hằng triệu người, kể cả các vận

động viên nổi tiếng như ngôi sao hockey Wayne Gretzky, Hank

Aaron vĩ đại của bóng chày và vô địch Olympic mười môn phối hợp Bruce Jenner đều bị tàn tật bởi

bệnh viêm khớp Cho tới gần đây,

các bác sĩ vẫn kê đơn Aspirin cho bệnh nhân để làm dịu sự sưng tấy gây nhức nhối kinh niên ở các khớp viêm Hàng nghìn năm nay, các

thầy thuốc ở các nền văn hóa khác nhau đã biết rằng vỏ cây liễu có

tính kháng viêm làm giảm đau và sưng tấy Vào năm 1829, các nhà hóa học người Đức đã tách được

thành phần có hoạt tính trong vỏ

cây liễu, và sau này trong thế kỷ đó các nhà hóa học khác đã hiệu chỉnh hóa học nó để tạo ra một dược chất còn hiệu quả hơn-chính là aspirin Mặc dù loại thuốc này vẫn có tác dụng, nó có một số tác dụng phụ

không tốt như gây đau rát ở dạ dày

và làm giảm khả năng đông máu

Chỉ khi các nhà hóa sinh học phát hiện ra cơ chế hoạt động của

aspirin thì các tác dụng có lợi và

các tác dụng không mong muốn

của nó mới có thể được giải thích

Họ khám phá ra rằng aspirin gắn

kết với một amino acid đặc thù

(Serine) ở một protein gọi là

Cyclooxygenase, hay COX và gắn vào amino acid này một nhóm

Acetyl Chức năng bình thường của COX trong cơ thể là hoạt động như một enzyme: một chất xúc tác để đẩy nhanh sự chuyển biến một acid béo mạch thẳng thành cấu trúc

vòng Phân tử acid béo đi vào một đường ống trên đại phân tử

enzyme, nơi nó trải qua một biến

đổi hóa học đặc hiệu, sau đó rời

khỏi enzyme Dạng vòng của acid béo này kích thích hiện tượng viêm

ở khớp, sữa chữa các vết thương ở

dạ dày và giúp đông máu Khi

serine ở COX bị acetyl hóa bởi

phản ứng với aspirin, enzyme

không còn đẩy nhanh sự sản xuất cấu trúc vòng nữa Không có COX

sự tạo thành cấu trúc vòng vẫn xảy

ra nhưng ở tốc độ rất chậm Vì vậy khi COX bị ức chế bởi Aspirin,

hiện tượng viêm khớp được giảm nhẹ, nhưng kèm theo là sự hủy hoại

dạ dày và sự giảm đông máu

Quá trình tìm kiếm tiếp tục để tìm

ra một loại thuốc chống viêm "tốt hơn": một loại thuốc chỉ ngăn chặn

COX ở khớp Trong những năm

của thập kỷ 90, các nhà hóa sinh đã tình cờ thành công Họ phát hiện ra

rằng thực ra có hai loại enzyme

COX, một loại tác động vào dạ dày

và các tế bào máu (COX-1) và một loại khác tác động vào khớp (COX-2) Khi họ xác định trình tự của hai enzyme này, họ phát hiện ra rằng chúng chỉ khác nhau ở một amino acid: COX-1 có một Isoleucine to lớn tại vị trí Valine nhỏ hơn của

COX-2 Valine ở COX-2 làm lộ ra một đường ống bên hông đại phân

tử enzyme trong khi đường ống này

bị bịt bởi Isoleucine ở COX-1

Các nhà sinh hóa sử dụng kiến thức

về thành phần protein và cấu trúc

để thiết kế ra các phân tử nhầm

mục đích ngăn chặn một cách đặc hiệu đường ống COX-2 mà không

có ảnh hưởng gì đến COX-1

Những loại thuốc mới (celecoxib

và rofecoxib) làm dịu các triệu

chứng viêm khớp mà không gây tác dụng phụ đến dạ dày và máu Sự

phát triển nhanh chóng của các loại thuốc trên đại diện cho một nghiên cứu điển hình trong quá trình thiết

kế tân dược: ngăn chặn một sự

chuyển biến hóa học cụ thể trong tế bào bằng cách ngăn chặn enzyme đặc hiệu xúc tác cho nó

Hàng ngàn các phản ứng có xúc tác enzyme xảy ra mọi lúc ở mọi cơ thể sinh vật, mỗi phản ứng được xúc

tác bởi một protein đặc hiệu có cấu trúc ba chiều đặc thù Cùng với

nhau các phản ứng này tạo nên quá trình chuyển hóa, chính là toàn bộ các hoạt động hóa học của một cơ thể sống; ở bất kỳ thời điểm nào

quá trình chuyển hóa đều gồm có hàng nghìn các phản ứng hóa học riêng rẽ Nhiều phản ứng chuyển

hóa có thể được phân loại là phản ứng xây đắp sự phức tạp trong tế

bào, sử dụng năng lượng để làm

điều đó, hoặc phân hủy các chất

phức tạp thành các chất đơn giản

hơn và giải phóng năng lượng trong quá trình đó

Chương này quan tâm đến năng

lượng và các enzyme Nếu không

có chúng, cả chúng ta lẫn các sinh vật khác sẽ không có khả năng thực hiện các chức năng Trước khi tìm hiểu enzyme thực hiện ma thuật

phân tử như thế nào chúng ta sẽ

xem xét các nguyên lý chung về

năng lượng trong các hệ sinh học