MIỄN DỊCH CƠ SỞ HAY NHẤT

128 CÁC NGUYÊN TẮC ĐlÊư HÒA TRAO Đ ổl CHẤT[ATP] + [ADP] + [AMP] Từ {^ương trình trên cho thấy: cứ hai phân tử ADP tương đưcmg với một phân tử ATP, như vậy tích luỹ nâng lượng là do hiệu

Chương 6

CÁC NGUYÊN TẮC

ĐÍỀU HÒA TRAO Đổỉ CHẤT

6.1 VÀI NÉT S ơ LƯỢC VÊ ĐlỀU KHIỂN h ọ c

M ộ t tro ng nhữ ng lĩn h vự c q u a n trọng c ủ a s in h h ọ c h iệ n đ ạ i v à c ó ý n g h ĩa v ô

c ù n g lớn la o trong v iệ c tìm h iể u q u á trìn h số n g , đ ó là đ iề u k h iể n h ọ c Đ iề u k h iể n h ọ c là

m ộ t n g àn h k h o a h ọ c m ớ i được phát triển trong v ò n g 5 0 n ă m trở lạ i đ â y Đ iề u k h iể n h ọ c

n h ằ m tìm h iể u tín h q u i luật về k iể m tra, đ iề u h o à, tru y ề n tin v à c h ế b iế n th ô n g tin trong

h ệ thống s in h h ọ c (W e n e r).

T ừ c á c q u i lu ậ t c ó tín h ch ất tuần h o àn v à tự đ iề u k h iể n c h o p h é p c h ú n g ta x â y

dự ng c á c m ô h ìn h h o á để m ô tả c ơ c h ế đ iề u h o à Đ iề u k h iể n h ọ c c ó ý n g h ĩa đ ặ c b iệt

q u a n trọng đ ố i với c á c q u á trìn h c h u y ể n h o á trong c ơ thể V í d ụ như n g h iê n cứ u c á c

x u n g lượng th ần k in h v à tru yền c á c x u n g iượng đ ó , c ũ n g như p h â n t íc h m ố i q u a n hệ đ iề u

h o à giữa c á c tu y ế n n ộ i tiết, .B ả n ch ấ t c ủ a đ iề u k h iể n h ọ c là tín h q u i lu ậ t c ủ a c á c h ệ thống tự đ iề u h o à c h u ỗ i p h ản ứng trao đ ổ i ch ất tế b ào , m à d o m ộ t e n z y m c h ủ đ ạ o x ú c

tá c B ở i v ì trao đ ổ i ch ấ t c ó m ố i q u a n hệ hữu cơ giữ a c á c q u á trìn h tác d ụ n g trao đ ổ i c ó tín h ch ất đ iề u k h iể n tuần h o àn

Đ iề u k h iể n tuẩn h o àn là m ộ t hê th ố n g k ín m à c ố n h iề u th à n h p h ầ n tác d ụ n g lu â n

p h iê n n h au tro n g m ộ t hộ thố ng tương đ ố i bển vữ ng vớ i nhữ ng tá c đ ộ n g từ bên n g o à i hệ

th ố n g (h ìn h 6 1 ) N ó c ó n h iệ m v ụ g iữ m ột g iá trị n à o đ ó k h ô n g th a y đ ổ i, v í d ụ h à m lượng A T P cô' đ ịn h h a y trạng th á i c h u n g c ủ a hệ th ố n g a d e n y lic ( A M P , A D P , A T P ) c ố

đ ịn h trong tế b ào

K h i m ứ c đ ộ đ iề u k h iể n c h ê n h lệ c h so với g iá trị c ầ n th iế t h a y m ứ c đ ộ d ẫ n tru y ề n ( v í d ụ trong d ịc h tế b ào c ó 5 m n o l A T P / m l) , lú c đ ó g iá trị c ầ n thiết c ủ a h ệ th ố n g được

p h ụ c h ồ i trở lạ i T ấ t n h iê n lú c đ ầu hộ thố ng b ị th ay đ ổ i v à c h ấ t đ iể u k h iể n b ị ản h hưởng

k é o d à i m ã i đ ế n k h i hộ thống trở lạ i trạng th ái b ìn h thưcmg như b an đ ầ u

120 CÁC NGUYÊN TẮC ĐlỀư HÒA TRAO Đổl CHAT

K h i đ i sâu n g h iê n cứ u, người ta đ ã ch ứ n g m in h m ô h ìn h trên h ìn h 6 1 p hù hợp

vớ i tín h c h ấ t c h u n g c ủ a sự b iế n đ ổ i A T P tro n g tế b ào (c á c p h ản ứng c u n g c ấ p A T P như

h ô h ấp , đường p h â n , ) N g h ĩa là k h i h à m lượng A T P g iả m th ì th ấ y n ồ n g đ ộ A D P và

p h o sp h a t v ô cơ tro n g tế b ào tăng lê n , d o đ ó đ ò i h ỏ i p h ải tăng cư ờng thực h iệ n p h ả n ứng

tổ n g hợp A T P trong hộ thố ng trao đ ổ i ch ấ t T ố c đ ộ c ủ a c á c q u á trìn h c u n g c ấ p A T P n à y

là v ị trí q u a n trọng c ủ a v ò n g đ iề u k h iể n C ò n trực tiế p là nút đ iề u k h iể n được g ọ i là c â n

b ằ n g đ ộ n g g iữ a c á c p h ản ứng tiê u h ao v à c u n g c ấ p n ă n g lượng c ủ a trao đ ổ i c h ấ t tế bào

N ú t đ iề u k h iể n thưcmg x u y ê n b ị p h á h u ỷ , n g h ĩa là thưòmg x u y ê n là m th a y đ ổ i trạng thái

c ủ a hệ th ố n g a d e n y lic , h à m lượng A T P trong tế b ào ( v í d ụ nhữ ng tác đ ộ n g từ b ên n g o à i

d ẫ n đ ế n p h â n g iả i h a y tổng hợp A T P ) N h ữ n g tác đ ộ n g như v ậ y c ó k h ả n ăn g là m m ất

c â n b ằ n g c ủ a hệ th ố n g T h à n h p hần c u ố i c ù n g là ch ất đ iề u k h iể n là m n h iệ m v ụ đ iề u

k h iể n , v ì c h ú n g là m th ay đ ổ i g iá trị c ầ n thiết c ủ a m ứ c đ ộ đ iề u k h iể n D o đ ó , ch ất đ iề u

k h iể n c ó liê n q u a n v ố i v ị trí đ iề u k h iể n là là m b iế n đ ổ i ăn k h ớ p vớ i tốc đ ộ c ủ a c á c p h ản

cẩpATP

Những phản Cmg cung cấp A TP

Tốc độ phản ứng cung cấp A T P (quan trọng)

C H Ấ T Đ IỂ U K H IỂN

Giá trị cẩn thiết của nồng độ A TP trong tế bào (ý nghĩa chủ đạo)

Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển tuần hoàn lưu lượng ATP trong tế bào.

T r o n g trao đ ổ i ch ấ t tế b ào , người ta đ ã tìm th ấ y c ó rất n h iề u v ò n g đ iề u k h iể n tuần

h o à n ( c á c c h u trìn h trao đ ổ i c h ấ t) theo k iể u đ ã m ô tả trên m à c h ú n g c ó q u a n h ệ vớ i n h a u tro n g m ộ t ch ừ n g m ự c nhất đ ịn h D o đ ó , trong cơ thể s in h vật, c h ú n g tạo th àn h m ột m ạ n g

NÂNG LƯỢNG SINH HỌC 121

lưới phức tạp nhữ ng cơ c h ế k iể m tra đ ể đ ả m b ảo trìn h tự trao đ ổ i ch ấ t d iễ n ra b ìn h thường.

T ro n g đ iề u k h iể n h ọ c , k h á i n iệ m tác d ụ n g ngược (P e e d b a c k ) c ó v a i trò cự c k ỳ

q u a n trọng T á c d ụ n g ngược lạ i ià m ột ch ứ c n ăn g c ó tín h n g u y ê n tắc c ủ a đ ié u k h iể n tuần

h o àn C h o nên người ta c h o rằng trong hệ thống đ ộ n g h ọ c b ị th a y đ ổ i là d o bắt n g u ồ n từ

tá c d ụ n g ngược lạ i c ủ a sản p h ẩm c h ín h q u á trìn h đ ó T á c d ụ n g ngược lạ i tro n g trao đ ổ i

ch át là sản p h ẩm c u ố i c ù n g c ủ a c h u ỗ i p h ản ứng ản h hưởng đ ế n ho ạt đ ộ n g c ủ a e n z y m

c h ù đ ạ o , d o đ ó là m th a y đ ổ i tốc đ ộ c h u y ể n h o á d ò n g cơ ch ất tro n g q u á tr ìn h c h u n g N h ư

v ậ y , c ó thể n ó i đ ó là m ột hệ thống tự đ iề u ho à.

T á c d ụ n g ngược lạ i c ó thể là dương h a y â m , tu ỳ th u ộ c v à o ch ấ t tá c d ụ n g là m hoạt h o á h a y k ìm h ã m e n z y m c h ủ đ ạo V í d ụ tác d ụ n g â m như k ìm h ã m e n z y m L -

th re o n in d e sa m in a se ở Escherichia coli v à n ấ m m e n b ằn g L -is o le u c in n h ư s a u ( h ìn h

C ò n tác d ụ n g dương trở lạ i, v í d ụ như ho ạt h o á p e p sin o g e n v à t ry p s in o g e n b ằ n g

p ep sin và try p s in (x ú c tác tự đ ộ n g ) v à hoạt h o á p h o s p h o íru c to k in a s e b ằ n g s ả n p h ẩ m

p hản ứng c ù a n ó là fr u c to s e -l,6 -d ip h o s p h a t v à A D P ( h ìn h 6 4 ).

122 CÁC NGUYÊN TẮC ĐlỀư HÒA TRAO Đổl CHAT

N h ữ n g e n z y m h o ặ c c h u ỗ i p h ản ứng e n z y m thường c ó h a i ch ứ c n ă n g k iể m tra h ay

Hình 6.4 Tác dụng ngược dương của ADP và FDP đến hoạt động của

phosphofructokinase.

6 2 N C Ỉ U Y Ê N T Ắ C Đ l Ể U H O À T R A O Đ ổ l C H Ấ T

6 2 1 K h á i n iệ in c h u n g

T ro n g nhữ ng chư ơng vừa trìn h b à y , c h ú n g tòi đ ã đ ề c ậ p đ ến n h iề u k h á i n iệ m

đ iể u hoà irao đ ổ i c h ấ t, v í d ụ như h iệ u q u ả Pasteu r, đ iề u h o à g lu c o se h o á , đ iề u h o à tổng hợp v à p h ân g iá i g ly c o g e n v v

T ro n g chư ơng n à y , ch ú n g tôi m u ố n đ i sâu v ào nhữ ng cơ sớ c ủ a đ iề u hoí'i trao đ ổ i

ch ất và q u a đ ó làm q u e n vớ i những lín h q u i luật q u a n trọng nhất m à c ó tronp đ iề u h o à trao đ ổ i ch ất C h ú n g tỏi c ũ n g m u ô n bổ su n g thêm những v í d ụ từ hệ thống p h ản ứng trao

d ổ i ch ất trong p hạm vi trao đ ổ i n ãn g lượng và trao đ ổ i h y d ra tc a rb o n b ằn g nhữ ng q u a n

đ iể m trao đ ổ i chất h iệ n n a y

Đ ặ c Irưng đ ò i với trao đ ổ i ch ất c ủ a c á c cơ thể số n g là trạng th ái ổ n đ ịn h c a o ,

n g h ĩa là x á c đ ịn h c h ín h x á c tất c ả c á c q u á trìn h x ẩ y ra Đ ó là k h ả n ăn g p h ản ứng trong nhữ ng đ iể u k iệ n k h á c n h a u , v í d ụ n g ủ n g h i v à ho ạt đ ộ n g v ẫ n d iễ n ra c á c q u á trìn h p h ân

g iả i và tổng hợp, c ả m ứng và trấn á p , trong c á c đ iề u k iệ n k ỵ k h í và h iế u k h í T r o n g

m ỗ i trường hợp, m ỗ i cơ thể đều c ó c á c cơ c h ế k iể m tra và tự đ iề u h o à đ ể đ ả m bảo th íc h ứng c a o nhất với m ô i trường x u n g q u a n h v à c ả q u á trìn h số n g c ủ a c h ú n g

6 2 2 N h ữ n g q u a n đ iể m đ iề u h o à sỏ lư ợ ng c ủ a c h u ỗ i p h ả n ứ n g

H iệ n n a y , v ấ n đề đ iề u h o à sô' lượng c ò n đ a n g là v ấ n đề tranh c ã i T h e o q u a n

đ iể m đ iể u h o à số lượng c ò n c ầ n p h ải c ó cơ sở lý th u yế t, thực n g h iệ m , c á c p h ân tíc h v à

b ằn g chứ ng chứ ng m in h K iể m tra p h ân tích trao đ ổ i c h ấ t p h ả i dựa v à o h a i cơ sờ sau :

a D ự a vào tín h ch ất c ủ a m ỗ i e n z y m riê n g trong m ộ t c h u ỗ i trao đ ổ i ch ấ t, lừ ng

124 CÁC NGUYÊN TẮC ĐlỀU HÒA TRAO Đổl C R \T

là dư ơng h o ặ c là â m , n g h ĩa ỉà ho ạt đ ộ n g c ủ a e n z y m c a o h a y thấp sa u k h i là m th a y đ ổ i

m ộ t ch ấ t c h u y ể n h o á.

K h i c h ú n g ta theo d õ i toàn b ộ hệ th ố n g trao đ ổ i ch ất ỉchông c h ỉ m ộ t e n z y m th a m

g ia , c h o n ê n n g u y ê n n h â n g â y ra ứ iay đ ổ i h o ạt đ ộ n g c ủ a m ộ t e n z y m tro n g hệ th ố n g d o

th a y đ ổ i n ồ n g đ ộ e n z y m (đ iề u h o à g ia i đ o ạ n g e n ) h a y n ồ n g đ ộ m ộ t c h ấ t c h u y ể n h o á ( đ iề u h o à c h u y ể n h o á ) m à k h ô n g c ó ả n h hưởng đ ế n sự th a y đ ổ i tốc đ ộ c ủ a toàn h ệ th ố n g

T h e o g iả th u yế t n à y th ì e n z y m g ó p m ộ t Ị ^ ầ n tốc đ ộ là m b iế n đ ổ i c h u ỗ i trao đ ổ i

c h ấ t V i ệ c tá c h n h ỏ s ố lượng c ủ a c h u ỗ i p h ả n ú n g c h u n g nh ờ nhữ ng g iả th u y ế t k iể m tra

b iế n đ ổ i q u a ư a o đ ổ i ch ấ t đ ã được trìn h b à y ở trên M ỗ i e n z y m được s ắ p x ế p m ộ t p h á n tro n g k iể m tra d ò n g b iế n đ ổ i c ủ a hệ th ố n g T ấ t n h iê n , m ỗ i h iệ u q u ả k iể m tra d ò n g c ó thể

là dư ơng h a y â m c ó g iá trị k h á c n h a u từ e n z y m n à y đ ế n e n z y m k h á c G i á trị lớ n nhất đ ã được k h ấ u trừ, c ò n lạ i là p h ầ n c ủ a m ỗ i e n z y m trong k iể m tra d ò n g b iế n đ ổ i trong c h u ỗ i trao đ ổ i ch ất.

T ừ nh ữ ng Ịrfiần đ ã trìn h b à y ư ê n , c h o th ấ y nhữ ng b iế n đ ổ i h o ạt đ ộ n g h a y n ồ n g đ ộ

e n z y m g ọ i là b iế n đ ổ i vật ch ấ t toàn c h u ỗ i, là m x u ấ t h iệ n sự b iế n đ ổ i n ồ n g đ ộ c á c c h ấ t tru n g g ia n N h ữ n g b iế n d ổ i n à y g ọ i ià h iệ u q u ả k iể tn tra n ổ n g đ ộ

H iệ u q u ả k iể m tra n ồ n g đ ộ =

C á c h iệ u s ố d ao đ ộ n g v ù n g c ủ a m ộ t hộ thố ng c h u y ể n h o á v à h iệ u s ố k iể m tra

d ò n g h a y k iể m tra n ồ n g đ ộ c ó m ố i q u a n h ệ về sô' lượng với n h a u Đ ó là n h ữ ng trả lờ i c ủ a

hệ th ô n g c h u n g dựa trên nhữ ng b iế n đ ổ i đ iề u k iệ n bên n g o à i ( v í d ụ th a y đ ổ i m ộ t n h â n tố

d ị lậ p thể) v à nhữ ng trả lời c ủ a từng bước riê n g

L ý thuyết p h â n tíc h k iể m tra d o K a c s e r v à R ap o p o rt đ ề n g h ị đ ã được ứng d ụ n g

để g iả i th íc h đường phân ờ h ồ n g c ầ u , s in h tổng hợp a r g in in ở N e u r o s p o ra , v â n c h u y ể n

đ iệ n tử q u a m à n g ty thể, c ũ n g như p h ân g iả i a x it a m in n h ân thơm ở tế b à o g a n , N g ư ờ i

ta đ ã phát h iệ n trong h ồ n g c ầ u c ó c á c e n z y m c ủ a đưòíng p h â n ( g ly c o ly s e ) nh ư

h e x o k in a s e v à p h o s p h o ín ic to k in a s e c ó v a i trò q u a n trọng nhất ư o n g k iể m tra d ò n g v ậ t

ch ấ t, m à c h ủ y ế u ỉà c á c ch ấ t c h u y ể n h o á c ủ a q u á trin h đường p h â n M ộ t p h â n t íc h c h i tiết v à đ ầ y đ ủ về try p to p h a n d io x y g e n a se ờ tế b ào g a n , chứ ng tỏ e n z y m n à y c ó v a i trò

đ iề u h o à sô' lượng k h i p h ân g iả i trypto phan.

6 2 3 C á c d iệ n đ iề u h o à

Đ ặ c trưng d ố i vớ i cơ thể số n g là trạng thái ổ n đ ịn h c a o , n g h ĩa là c h ú n g p h ả n ú n g

chính xác với tất cả các quá trình xẩy ra trong cơ thể Piểu đó có thể thực hiên trong các

đ iề u k iệ n k h á c n h a u c ủ a m ô i trường số n g , v í d ụ n g ủ n g h ỉ v à ho ạt đ ộ n g v ẫ n x ẩ y ra c á c

q u á trìn h p h â n g iả i và tổng hợp, c ả m ứng v à trấn á p , h iế u k h í v à k ỵ k h í.v v T r o n g m ỗ i trường hợp đều c ó c á c c ơ c h ế k iể m tra v à tự đ iể u h o à đ ể đ ả m b ả o ă n k h ớ p tố i đ a c ủ a c ơ thể số n g vớ i từng thời k ỳ v à c ả q u á trìn h số n g N gư ờ i ta c ó thể c h ia đ iề u h o à th à n h b a

lo ạ i k h á c n h a u là:

- Đ iề u h o à c h u y ể n h o á.

- Đ iể u h o à giai đoạn gen (đ iể u h o à tác d ụ n g n g o ạ i m ô i).

- Đ iề u h o à h o ạt đ ộ n g gen.

a Điều hoà chuyển h oá (Metabolism)

N g ư ờ i ta g ọ i h iệ n tượng đ iể u h o à, m à x ẩ y ra trong tế b à o , k h i c ó sự th am g ia c ủ a

e n z y m để g iữ trạng thái k h ô n g th a y đ ổ i là đ iề u h o à c h u y ể n h o á T r o n g h ệ th ố n g n à y b a o

g ồ m c á c tá c d ụ n g trao đ ổ i giữ a e n z y m vớ i cơ ch ấ t, c ũ n g như c á c c h ấ t k ìm h ã m v à h o ạt

h o á N g o à i ra cò n c ó c á c lá c d ụ n g là m th ay đ ổ i c ấ u h ìn h d ẫ n đ ế n là m th a y đ ổ i ho ạt đ ộ n g

e n z y m , v í d ụ liê n kết c á c ch ất tác d ụ n g dương h a y â m , như trường hợp đ ố i vớ i c á c

p ro te in d ị lậ p thể M ặ t k h á c , k h i c ó c á c b iế n đ ổ i th uận n g h ịc h trong hệ th ố n g c ũ n g có thể d ẫ n đ ế n là m th a y đ ổ i cộ n g h o á trị c ủ a p ro te in -e n z y m , d o đ ó d ẫ n đ ế n là m th ay đ ổ i

h o ạt đ ộ n g e n z y m T r o n g hệ thống c h u y ể n h o á th ì c á c q u á trìn h p h â n g iả i c ó tác d ụ n g trao đ ổ i g iữ a cơ ch ấ t v à ch ất tác d ụ n g vớ i e n z y m c ủ a ch ú n g C h o nên c á c ch ấ t c h u y ể n

h o á b ị b iế n đ ổ i b ằ n g e n z y m , c ũ n g như nhữ ng th a y đ ổ i c ấ u h ìn h e n z y m đ ề u d ẫ n đ ến là m

th a y đ ổ i tá c d ụ n g x ú c tác c ủ a e n z y m trong m ộ t chừ ng m ự c nhất đ ịn h Q u á trìn h n à y , đ ò i

h ỏ i thời g ia n từ 1 0 ** đ ến 10^ g iâ y

b Điều hoà giai đoạn gen (Epigenesis)

Đ iề u h o à g ia i đ o a n gen c h ủ y ế u được đ ặ c trưng b ằn g trao đ ổ i c ủ a c á c ch ất c a o

p h â n tử s in h h ọ c như a x it n u c le ic v à c á c p ro te in , đ ó là c á c q u á trìn h tổng hợp và p h â n

g iả i c á c ch ấ t n à y C á c q u á trìn h c ả m ứng v à trấn á p th u ộ c về đ iề u h o à g ia i đ o ạn g e n

N h u c ầ u thời g ia n đ ể tổng hợp m ộ t p h ân tử p ro tein ở v i k h u ẩ n cầ n k h o ả n g 5 g iâ y , c ò n ở

c ơ thể b ậ c c a o c ầ n k h o ả n g v à i phút, ở v i k h u ẩ n m u ố n tổng họfp p h â n tử A R N m ất

k h o ả n g 1 g iâ y , c ò n ở cơ thể b ậc c a o m ất k h o ả n g 1 phút Đ iề u h o à g ia i đ o ạn gen b iể u

h iệ n m ứ c đ ộ “k iể m tra thô ” đ ố i vớ i hoạt đ ộ n g e n z y m , c ò n đ iề u h ò a c h u y ể n h o á là k iể m tra “c h ín h x á c ” ho ạt đ ộ n g e n z y m

C á c q u á trìn h s in h trưởng, phát triể n , p h ân h o á và g ià h o á c ũ n g th u ộ c v à o đ iể u

c Điều h oà hoạt động gen

Đ iề u h o à ho ạt đ ộ n g g e n , trong m ộ t k h u ô n k h ổ thời g ia n nhất đ ịn h n ó là m ộ t

h ằ n g số N h u c ầ u thờ i g ia n đ ể là m th a y đ ổ i hộ thống đ iề u h o à ho ạt đ ộ n g gen ở v i s in h

v ậ t n g ắ n hơ n ở s in h vật b ậ c c a o N gư ờ i ta c h o biết đ ể là m b iế n đ ổ i m ộ t q u á trìn h p h ả i tro n g g iớ i h ạ n từ 1 0 0 g iờ đ ến 10'* n ă m v à c ó thể hơn nữa N ế u người ta theo d õ i q u á trìn h tiế n h o á dự a v à o nhữ ng th ay đ ổ i p h ân tử c ủ a A D N là k h u ô n m ẫ u d i tru y ề n th ì n h u c ầ u thờ i g ia n rất lớn.

H iộ n n a y , p h ầ n ló n người ta tập tru n g n g h iê n cứ u đ iề u h o à trao đ ổ i c h ấ t b ằ n g

đ iề u h o à c h u y ể n h o á v à m ố i liê n q u a n vớ i c á c lo ạ i đ iề u h o à g ia i đ o ạ n g e n v à h o ạt đ ộ n g

g e n T h e o c h ú n g tô i, c ó lẽ đ iể u h o à c h u y ể n h o á đơn g iả n , thực h iệ n dễ d à n g , c h i p h í ít

m à lạ i c h ín h xác và h iệ u q u ả c a o M ặ t k h á c , nó c ũ n g là cơ sở g iá n tiế p đ ể đ iể u h o à g ia i

đo ạn gen và hoạt đ ộ n g gen.

6 3 Ý N G H Ĩ A C Ủ A H Ệ T H Ố N G A D E N Y L I C T R O N G Đ l Ể U H O À T R A O Đ ổ l

C H Ấ T

N h ư c h ú n g ta đ ã b iết, dưới tác d ụ n g c ủ a trao đ ổ i ch ấ t, A T P được tổ n g hợp h a y phân g iả i N gư ợ c lạ i, v ò n g đ iề u k h iể n tuần h o àn A T P ở trên c ũ n g ch ứ n g tỏ A T P c ó v a i trò đ iề u h o à trao đ ổ i ch ất tế bào T ấ t c ả c á c c ô n g trìn h n g h iê n cứu A T P đ ề u c ó n g ụ ý chứ ng m in h v a i trò q u an trọng c ủ a A T P D o đ ó , A T P được c o i như '‘Đồng tiên vạn năii^" c ủ a trao đ ổ i ch ất tế bào.

T ro n g q u á trìn h hô h ấ p v à đường p h ân ( g ly c o ly s e ) th ì A T P được h ìn h th à n h theo phưofng trìn h c h u n g dưới đ â y :

A D P + p A T P + H jO

và đ ố i với c á c q u á trình tiêu h ao n ăn g lượng thì p hân g iả i A T P theo p h ản ứng ngư ợc lạ i

T ro n g trao đ ổ i ch ất tế bào thì hệ thống a d e n y lic b ao g ồ m A M P , A D P v à A T P c ó thể b iế n

đổ i tưcmg hỗ với n h au đ ể lu ô n lu ô n đạt th ế c â n b ằn g n h a n h c h ó n g , k h i đ ó g iữ a c á c th àn h phần c ó thể x ẩ y ra:

A T P + A M P 2 A D P

C á c q u á trìn h c â n b ằn g c h u y ể n hoá giữ a c á c th àn h p h ần hệ th ố n g a d e n y lic là nh ờ

v a i trò x ú c tác c u ả ad e n ylatkin a.se N g o à i ra hộ thố ng a d e n y lic , trước hết là A M P v à

A T P c ó ản h hương trái ngược n h au đ ến h àn g loạt e n z y m đ iề u h o à trao đ ổ i c h ấ t V í d ụ

A M P c ó v a i trò đ iể u hoà p hân g iả i và g lu c o s e h o á B ở i v ì ở n ồ n g đ ộ thấp th ì A M P c ó tác

là m tăng hoạt đ ộ n g c ủ a c á c e n z y m n à y , ngược lạ i c á c e n z y m n à y b ị k ìm h ã m b ằ n g A T P

N h ữ n g h iệ n tượng như v ậ y c h o phép c h ú n g ta c ó thể g iả thiết “ t íc h lu ỹ n ã n g lư ợ ng” k h á c

n hau c ủ a hệ th ố n g a d e n y lic m à c ó tác d ụ n g đ iề u h o à c h u ỗ i p h ả n ứng v ớ i m ứ c đ ộ k h á c

n h au c ủ a từng th àn h p hần c ủ a hệ thố ng a d e n y lic T h e o A t k in s o n th ì tíc h lu ỹ n ă n g lượng (en erg y c h a rg e ) c ó thê b iểu d iễ n như sau:

128 CÁC NGUYÊN TẮC ĐlÊư HÒA TRAO Đ ổl CHẤT

[ATP] + [ADP] + [AMP]

Từ {^ương trình trên cho thấy: cứ hai phân tử ADP tương đưcmg với một phân tử ATP, như vậy tích luỹ nâng lượng là do hiệu quả phân tử của ATP Điều đó cũng phù hợp với số nhóm Ị^osphat cao năng trong í^iân tử của chúng Cụ thể AMP trong hệ thống chung coi như không tích luỹ năng lượng và có giá trị tích luỷ bằng không (0 ), còn ATP coi như tích luỹ hoàn toàn (100%) và có giá trị tích luỹ bằng 1.

Người ta ví quá trình tích luỹ năng lượng của các thành phần hệ thống adenylic phụ thuộc nồng độ của chúng cũng giống như điện dung (sức chứa điện) của một “acqui

c h ì” (cư ờ ng đ ộ d ò n g d iệ n X thời g ia n ) p h ụ th u ộ c v à o n ổ n g đ ộ c á c trạn g t h á i o x y h o á khác nhau của các tấm chì So sánh này chỉ tương dối, vì năng lượng tự do tiêu chuẩn khi thuỷ Ịáiân các liên kết pyroỊáiosphat trong ATP và ADP là khác nhau Những enzym

có biểu hiện phản úng khi thay đổi tích iuỹ năng lượng về nguyên tắc theo hai khả năng:

- M ộ t là c h ú n g tạo th àn h c h u ỗ i m à là m tái tạo A T P h a y tiê u h a o A T P

- H a i là c ó thể trìn h b à y theo hình v ẽ dưới đ â y (hình 6 5 ) :

Trong phần A cho biết thành phần phần trăm tích luỹ năng lượng với những giá

uị khác nhau của AMP, ADP và ATP Phần B là tốc độ [ứiản ứng của enzym kiểm tra Ị^ụ thuộc vào chuỗi trao dổi chất tạo thành ATP ( R ) và vào chuỗi phản ứng tiêu hao ATP do tích luỹ năng lượng (V) Các enzym như: {Aosphofructokinase, pyruvatde- hydrogenase, citratsynthetase, isocitratdehydrogenase, thì phản úng của chúng diễn ra [^ù hợp vói tích luỹ nảng lượng của dưòng cong R Còn aspartatkinase, phosphoribosyl- pyrophosỊ^at-synthetase, V V thì lại theo đường c(Htg V.

B

100

Hình 6.5 Tích luỹ nâng lượng của hệ thống adenylic:

chất chuyển hoá: ỉ=thấp, 2=trung bình và 3=cao.

C â n bằng giữ a c á c q u á trìn h p hản ứng tạo thành ATP v à tiê u h a o ATP là đ iể m cắt c ủ a h a i đưòfng c o n g g ặ p n h a u K h i là m g iả m tíc h lu ỹ n ă n g lượng th ì lạ i là m tăng c á c

q u á trìn h c u n g c ấ p n ã n g lượng v à g iả m c á c q u á trìn h tiê u h a o n ă n g lư ợ ng C ò n k h i tăng tích lu ỹ n ăn g lượng c ủ a hộ th ố n g a d e n y lic th ì c ó tác d ụ n g ngư ợc lạ i.

N h ữ n g đ iề u m ô tả trên là c ơ sở đ ể đ iể u h o à hộ th ố n g p h ả n ứng c u n g c ấ p v à tiê u

h ao n ăn g lưcmg c ủ a trao đ ổ i ch ấ t tế bào Đ ạ c b iệt, k h i đ iể u h o à nhữ ng c o n đường trao

đ ổ i ch ất đ ố i với c á c q u á trìn h h ỗ n hợp th ì tác d ụ n g k h ô n g c h ỉ là p h ản ứng tiêu h a o A T P

m à c ò n c ả c u n g c ấ p A T P N h ữ n g c o n đường trao đ ổ i c h ấ t như v ậ y g ọ i là c h u ỗ i p h ản ứng

h ai m ặ l V í d ụ g ly c o ly s e là c o n đường h a i m ặt C o n đường n à y th ì k iể m tra tíc h lu ỹ n ă n g lượng x ẩ y ra ở c á c v ị trí c ủ a p h o sp h o íru c to k in a s e , p y ru v a tk in a s e h a y h e x o k in a s e Đ ể thực h iệ n đ iề u đ ó th ì c h ỉ riê n g hệ thống a d e n y lic c ó thể đ iề u h o à s in h tổng hợp th àn h c á c

ch ất c h u y ể n h o á tiê u b iể u như: p y n iv a t, a c e t y l-C o A , o x a la c e t a t ,a - ce to g lu ta ra t, v v D o

đ ó , k h i tíc h lu ỹ n ã n g lượng c a o lạ i là m g iả m tốc đ ộ tạo th àn h c á c ch ấ t trên T r o n g nhữ ng trường hợp như v ậ y là d o cơ c h ế tác d ụ n g ngược B ở i v ì citra t là c h ấ t tác d ụ n g â m đ ố i v ó i

th u ộ c v à o k h ả n ă n g tích lu ỹ n ăn g lượng k h á c n h a u N ồ n g đ ộ th ấp c ủ a tín h iệ u c h u y ể n

h o á (đ ố i vớ i g ly c o ly s e c ó lẽ là citra t) th ì bước p h ả n ứng e n z y m c ủ a c o n đường n à y (p h o s p h o íru c to k in a s e trong trường hợp đường p h â n ) c h ỉ b ị p h ụ th u ộ c rất ít v à o tíc h lu ỹ

n à n g lượng, như ng k h i n ổ n g đ ộ c a o c ủ a tín h iệ u c h u y ể n h o á th ì là m tăn g c ả m ứng c ủ a

e n z y m k iể m tra đ ố i với tíc h lu ỹ n ă n g lượng N h ư v ậ y , d ò n g c ơ ch ấ t b ị trì trệ dưới ản h hưởng tíc h lu ỹ n ă n g ỉượng v ó i g iá trị c a o trong c h u ỗ i.

N h ữ n g đ iề u m ô tả trên đ â y chứ ng tỏ tốc đ ộ trao đ ổ i c h ấ t p h ụ th u ộ c v à o c á c th ô n g

s ô k iê m tra k h á c n h a u v à q u a đ ó c h o th ấ y hệ thống a d e n y lic c ó v a i trò q u y ế t đ ịn h đ iẻ u

k h iể n trìn h tự hộ thống trao đ ổ i ch ấ t tế bào.

130 CÁC NGUYÊN TÁC ĐlÊư HÒA TRAO Đ ổl CHẤT

với môi trường xung quanh Cho nên, khi chúng ta biết một cách đầy đủ tính chất động học và túih chất Ị^ăn tử của enzym, chúng ta có thể điều hoà phản úng enzym iheo chiều hướng mong muốn.

6.4.1 Enzym với một cơ chất

Xuất phát từ nhũng cơ sở trên, chúng tôi muốn trình bày vấn đề trao đổi chất thông qua điều hoà hoạt động enzym Trước hết, chúng ta quan tâm đến các enzym tuân theo động học Michaelis - Menten thông thường, nghĩa là đưòmg cong biểu diễn tốc độ cuả chúng diễn ra dưới dạng đường cong hyperbol Hoạt động xúc tác của enzym bị ảnh hường bởi nhiều nhân tố khác nhau như; pH, nhiệt độ, ion lực, coenzym, coíactơ, cũng như nồng độ cơ chất, V.V Đối với các enzym tuân theo động học Michaelis - Menten bị thay đổi hoạt động chủ yếu do điều hoà bằng nồng độ cơ chất, vì:

cơ chất nữa, do đó chúng có mối quan hệ:

V = k.[E]

Nghĩa là tốc độ phản úng chỉ còn Ị^ụ thuộc vào nồng dộ enzym và khả năng xúc tác enzym Còn hằng số k biến dổi theo nhiệt độ, pH, V V

Hình 6 .6 Tốc độ hoạt động enzym với một cơ chất.

Trong các chu trình dưòng Ị^ân, chu trình Crebs, P-oxy hoá axit béo, v.v Người ta thấy không chỉ có các enzym bị ảnh hưởng khi bão hoà cơ chất mà còn cố các enzym bị ảnh hưỏng ngay ở nồng độ cơ chất dưới bão hoà Cho nên trong các trường hợp

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 131

V í d ụ , c ó h a i cơ ch ấ t k h á c n h a u c ạ n h tranh lê n c ù n g m ộ t e n z y m Trư ờ n g hợp

n à y , người ta m ô tả tốc đ ộ b iế n đ ổ i tương đ ố i c ủ a h a i cơ c h ấ t vớ i n ồ n g đ ộ b ão h o à c ủ a

c h ấ t A v à B h o àn to àn k h á c n h a u M ặ c d ù n ồ n g đ ộ cơ ch ấ t A tại v ị trí K m a ( ^ i) Ỉỉỉấ p hơ n

B ị, đ ồ n g thời tro n g p h ạm v i đ ó c ò n c ó tác d ụ n g k ìm h ã m c ạ n h tranh c ủ a B |, như ng d o á i

lự c c ủ a A vớ i e n z y m lớn hơn B vớ i e n z y m m à tại c á c thời đ iể m đ ó h o ạt đ ộ n g x ú c tác c ủ a

e n z y m ở n ồ n g đ ộ A | v ẫn lớn hơn B ị C ò n trường hợp Aị v à (n ồ n g đ ộ b ão h o à ) h o à n toàn ngược lạ i H iệ n tượng n à y c ó thể g iả i th íc h theo k iể u k ìm h ã m c ạ n h tranh.

6 4 3 N h iề u e n z y m vớ i m ộ t cơ c h ấ t

N gư ờ i ta th ấ y trong tự n h iê n c ó trường hợp h a i h a y n h iề u e n z y m c ạ n h tranh lê n

m ộ t cơ ch ấ t, tro ng đ ó thường g ặp ở các v ị trí p h â n n h á n h c ủ a c á c c o n đường trao đ ổ i

c h ấ t V í d ụ g lu c o s e -6 -p h o s p h a t c ó thể th am g ia v à o c á c c o n đường: g ly c o ly s e

p en to se p h o sp h a t, tổ n g hợp g ly c o g e n , A x it p y r u v ic c ó thể đ i v à o c o n đưcmg:

la c ta td e h y d ro g e n a s e , c h u ỗ i h ô h ấ p , v à a c e t y l-C o A th am g ia tổng hợp a x it b éo , tạo thể

c e to n , đ i v à o c h u trìn h c it r ic , Q u a đ ó , c h ú n g ta th ấ y v iệ c p h ân c h ia c á c ch ấ t tro ng trao

đ ổ i c h ấ t hết sữc q u a n trọ n g đ ố i vớ i v iệ c đ iề u h o à trao đ ổ i ch ấ t C h ú n g ta c ó thể trìn h b ày

là 1 , 3 X 1 0 ’ M ( S ,) N h ư v ậ y , c o n đường o x y h o á trực tiế p c ạ n h tran h g lu c o s e -6 -

p h o sp h a t m ạ n h hơ n c o n đường dường p h â n rất n h iề u , m ặ c d ù tốc đ ộ cự c đ ạ i c ù a

is o m a ra s e lớ n hơn n h iề u so vớ i d e h y d ro g e n a se (h ìn h 6 8 ).

N gư ợ c lạ i, k h i n ồ n g đ ộ g lu c o s e -6 -p h o s p h a t c a o hơn (S ị ), là đ iề u k iệ n th u ận lợi

c h o d e h y d ro đ ể tạo th àn h fru c to s e -6 -p h o s p h a t.

M ặ t k h á c q u a n trọng hơn là g lu c o s e -6 -p h o s p h a t-d e h y d ro g e n a s e c ò n c ầ n cơ ch ất thứ h a i là N A D F m ớ i ho ạt đ ộ n g T r o n g tế b ào ch ấ t th ì ch ấ t n à y c h ỉ tồn tạ i m ộ t lượng rất

n h ỏ ở d ạ n g o x y h o á , m à c h ủ y ế u ở d ạ n g khử C h ín h v ì v ậ y , k h i ngư ời ta th í n g h iệ m o x y

h o á N A D P H (n h ư th êm x a n h m e ty le n v à o h ổ n g c ầ u ) , th ấy là m tăng đ á n g k ể q u á trìn h

o x y h o á trực tiế p g lu c o s e -6 -p h o s p h a t Đ iề u đ ó ch ứ n g m in h rằ n g thương s ố N A D P * /

N A D P H c ó ý n g h ĩa ch ứ c n ăn g đ iề u h o à trao đ ổ i ch ấ t tế bào Th ư ơ n g s ố n à y dự a trên cơ

sở tá c d ụ n g k h ố i lượng h o á h ọ c m à x á c đ ịn h c h iề u hướng p h ản ím g d e h y d ro g e n a s e ( h y d r o h o á h a y d e h y d ro h o á).

T r ê n cơ sở nhữ ng đ ặ c trưng; á i lự c v à đ iề u k iệ n c ầ n thiết đ ể e n z y m h o ạt đ ộ n g ,

m à ngư ờ i ta đ iề u k h iể n hoạt đ ộ n g e n z y in th eo c h iề u hướng m o n g m u ố n

6.4.4 Điều hoà chuỗi phản ứng

Sự tồn tạ i c h u ỗ i p h ả n ứng là d ặ c trưng c ủ a trao d ổ i c h ấ t tru n g g ia n , tro n g đ ó m ộ t

c h ấ t n h ấ t đ ịn h b ị b iế n đ ổ i trải q u a h à n g lo ạ t c á c ch ấ t trung g ia n m ớ i đ ến sản p h ẩ m c u ố i

c ù n g S ả n p h ẩ m n à y c ó thể là s ả n p h ẩ m c u ố i c ù n g c ủ a c h u ỗ i p h ản ứng thứ n h ất, như ng

c ũ n g c ó thể là cơ c h ấ t c ủ a c h u ỗ i p h ả n m ớ i, v í d ụ như c á c p h ả n ứng c ủ a g ly c o ly s e ,

c h u ỗ i h ô h ấp , c h u trìn h C r e b s , c h u trìn h o m ith in , h à n g loạt c á c p h ả n ứng tổng hợp a x it

a m in v v Đ ặ c trưng đ ố i vớ i c h u ỗ i p h ản ứng là m ộ t sả n p h ẩ m tru n g g ia n n à o đ ó xuất

h iộ n th ì đ ồ n g thời th o ả m ã n n h iề u ch ứ c n ă n g S ả n p h ẩ m c ủ a p h ả n ứng thứ n h ất, c ó thể là

c ơ c h ấ t c ủ a p h ả n ú n g thứ h a i tiế p theo N g o à i tác d ụ n g k iể m tra q u a tố c đ ộ tạo th àn h nó

b ằn g kết hợp ngược (dương h a y â m ) th ì c ò n ản h hưởng đ ế n b iế n đ ổ i c ủ a n ó q u a m ố i

q u a n hệ với nồ ng đ ộ cơ ch ất.

C h ú n g ta c ó thể m ỏ tả m ộ t c h u ỗ i p h ản ứng m à c ơ ch ấ t s trải q u a c á c bước trung

g ia n k h á c n h au : X | , X2, x „ c u ố i c ù n g b iế n đ ổ i th àn h sản p h ẩ m P ; q u á trìn h n à y được

x ú c tác b ằn g cá c e n z y m : E„, E | , E2, v à c h ú n g c ó h ằ n g sô' c ầ n b ằ n g tương ứng là : K „

K | , K2, v v , có thể b iểu d iễ n q u á trìn h đ ó như sau:

s — ^ X , -X3 - ► p

N h ư v ậ y c ó h a i đ iề u k iệ n cơ bản đ ể c ó thể c h ia c h u ỗ i p h ản ứng trên thành:

a Đ iề u k iệ n tĩn h trước k h i thiết lậ p c â n b ầ n g đ ộ n g Đ ặ c trưng c ủ a đ iề u k iệ n n à y

là : m ộ t đcín v ị thời g ia n , lượng cơ ch ất s m ất đ i b ằn g vớ i lượng sản p h ẩ m p tạo th àn h

N ồ n g đ ộ sản p h ẩm trung g ia n c ủ a c h u ỗ i trong nhữ ng đ iề u k iệ n n à y là h ằ n g số :

dodô

N h ư v ậ y tố c đ ộ tạo th àn h từng ch ấ t trung g ia n riê n g b iệt b ằn g vớ i tốc đ ộ b iế n đ ổ i

c h u n g c ủ a c h u ỗ i.

T r o n g c á c trường hợp c h u y ể n tiế p thì n ồ n g đ ộ c á c c h ấ t tru n g g ia n k h ô n g c ò n là

h ằ n g số C á c đ iề u k iệ n hoạt đ ộ n g p h ần ló n là nhữ ng trạng th á i vượt q u á , c á c trạng th á i

này xuất hiện khi có thay đổi các điều kiện bên ngoài hệ thống Ví dụ thay đổi từ kỵ khí

đ ế n h iế u k h í, p h ạ m v i trao đ ổ i từ cơ ch ấ t n à y đ ến c ơ ch ất k h á c ,v v N h ữ n g n g h iê n cứ u

đ iề u k iộ n tĩn h v à ho ạt đ ộ n g c ó thể biết k h á i q u át về đ iề u h o à c h u ỗ i p h ả n ứng e n z y m

Đ iề u đ ó c ó ý n g h ĩa cơ b ả n rất q u a n trọng đ ố i với đ iề u h o à trao đ ổ i ch ấ t.

N h ư trên đ ã đề cậ p , trạng th ái tĩn h (n g ủ n g h ỉ) tốc đ ộ b iế n đ ổ i từng sả n p h ẩ m

tru n g g ia n trong c h u ỗ i g iố n g n h a u ( b ằ n g 0 ) N h ư n g n ồ n g đ ộ c á c sản p h ẩ m trung g ia n

trong c á c đ iề u k iệ n n à y n ó i c h u n g rất k h á c n h a u C h ú n g c ó m ố i q u a n h ệ vớ i h ằ n g s ố tốc

đ ộ phản ứng p h ân g iả i v à tạo th àn h c h ú n g , n g h ĩa là:

p h ả n ứng k iể m tra v à c á c bư ốc g iớ i h ạ n trong c h u ỗ i trao d ổ i ch ấ t Đ iề u d ó ch ứ n g tỏ tốc

đ ộ c ủ a ch ấ t b ị b iế n đ ổ i p h ụ th u ộ c v à o tố c đ ộ x ẩ y ra c ủ a bư óc c h ậ m n h ấ t tro n g c h u ỗ i trao

N ó i c h u n g bước p h ả n ú n g d o c á c e n z y tn d ị lậ p thể x ú c tá c T r o n g đ iề u k iệ n in-

vivo, n ồ n g đ ộ c ơ c h ấ t dưới b ão h o à đ ã c ó ả n h hưởng đ ế n h o ạt đ ộ n g c ủ a c á c e n z y m d ị lậ p

thể v à trong đ iề u k iệ n tĩn h c ủ a tế b ào th ì đ a s ố e n z y m n à y đ ịn h v ị ở p h ầ n đ ầ u c á c c h u ỗ i

p h ả n ứng e n z y m C á c e n z y m d ị lậ p thể c ả m ứng m ạ n h m ẽ vớ i c á c n h â n tố d ị lậ p thể, v í

d ụ theo n g u y ê n tắc k ế t hợp ngược th ì c á c c h ấ t d ị lậ p thể c ó thể đ iề u h o à hoạt đ ộ n g

e n z y m bước p h ả n ứng (tín h iệ u h o á h ọ c đ ố i v ớ i đ iề u k h iể n h ọ c ) N g ư ờ i ta c h o rằ n g tố c

đ ộ b iế n đ ổ i c h u ỗ i p h ản ứng tu ỳ th u ộ c v à o từng e n z y m x ú c tá c ờ c á c v ị trí bên tro n g

c h u ỗ i, tác d ụ n g m ạ n h nhất k h i m à bước p h ả n ứng đ ịn h v ị d ầ u c h u ỗ i.

NÀNG LƯỢNG SINH HỌC 135

C ơ sở n ào đ ể n h ận biết bưóc p hản ứng ? V ấ n đ ề n à y đ ã trìn h b à y ở trên, n g h ĩa là

k h i thay d ổ i d ò n g c h ả y d ẫ n đến phá vỡ trạng thái tĩn h nh ờ bư ốc p h ả n ứ ng, d o đ ó d ẫ n đ ến

p h á h u ỷ câ n b ằ n g dừ ng K h i bước p hản ứng c ó hoạt đ ộ n g c a o d ẫ n đ ế n là m g iả m n ồ n g đ ộ

c ơ ch ất m ạ n h m ẽ v à là m tăng n ồ n g đ ộ sản p h ẩ m p h ản ứng N h ư v ậ y , k h i là m tăng d ò n g

c ơ ch ất b ằn g c h u ỗ i p h ản ứng, tức là đ ã h ạ thấp n ồ n g đ ộ c ơ ch ấ t c ủ a e n z y m bước p h ản ứng; đ ồ n g thời là m tăng sản p h ẩm c ủ a c h ú n g C ò n k h i g iả m d ò n g cơ c h ấ t c ó tá c d ụ n g ngược lạ i N g h ĩa là lú c đ ó n ồ n g đ ộ cơ ch ấ t bước p h ản ứng được n â n g lê n v à h à m lượng

sả n p h ẩm g iả m d i.

N gư ờ i ta c ó thể b ằn g phương p h á p đ ồ h o ạ d ể g iả i th íc h m ố i q u a n hệ h a i c h iề u

c ủ a m ột bước p h ả n ứng T r o n g h ìn h vẽ (h ìn h 6 9 ) ngư òi ta sắ p x ế p thứ tự th àn h p h ần

c h u ỗ i p h ản ứng ( X , , X2, c ò n trên trục tung b iể u d iễ n thời g ia n b iế n đ ổ i n ồ n g đ ộ

c ủ a c á c th àn h p h ầ n T r o n g c á c đ iề u k iệ n tĩn h th ì g iá trị c ủ a m ọ i th àn h p h ầ n đ ề u b ằ n g 0

N ế u người ta đưa v à o hộ th ố n g tĩn h , c á c đ iề u k iộ n c ả m ứng k ìm h ã m v à h o ạt h o á ( k ỵ k h í

đ ế n h iế u k h í, th a y đ ổ i n h iệ t đ ộ , th a y đ ổ i p H , v v ) th ì dường b iể u d iễ n n ồ n g đ ộ ch ất trung g ia n th a y đ ổ i tu ỳ th u ộ c thời g ia n C h o n ê n , trong k h o ả n g thời g ia n tương đ ố i n g ắ n (v à i g iâ y ) ngư ời ta c ó thể so sá n h n ồ n g đ ộ ch ất tru n g g ia n trư ốc v à sa u k h i x ẩ y ra p h ản ứng từ trạng th á i tĩn h san g trạng th ái đ ộ n g tại c á c v ị trí bước p h ả n ứng.

N g ư ờ i ta n ố i c á c g iá trị đ ổ i m ớ i vớ i c á c g iá trị b an đ ầ u s o v ó i trụ c h o à n h c o i như

b ằn g 0 th ì sẽ c ó đường b iể u d iễ n như h ìn h 6 9 T h e o h ìn h 6 9 th ì bước p h ả n ứng d iễ n

b iế n từ X2 đ ế n X v

H ìn h 6 9 P h á t h iệ n bư ớ c p h ả n ứ n g c ủ a c h u ỗ i b ằ n g p h ư ơ n g p h á p đ iể m c á t

( c r o s s - o v e r )

136 CÁC NGUYÊN TÁC ĐlỀU HÒA TRAO Đổl CHẤT

C á c h trìn h b à y n à y d o B C h a n c e đ ề n g h ị v à sau đ ó T A R a p o p o rt v à R

H e in n ic k b ổ su n g th ê m N g ư ờ i ta g ọ i đ ó là “ phưctng p h áp đ iể m cắ t” Phư ơ ng p h á p này

đ ã được n ó i tới tro n g m ố i q u a n hệ vớ i đ iề u h o à c h u ỗ i h ô hấp.

6.4.5 Biểu đồ năng lượng của chuỗi trao đổi chất

Q u a c á c c h u ỗ i h ô h ấ p v à g ly c o iy s e , n ó i c h u n g giữ a c h ấ t th am g ia p h ả n ứ ng với sản Ị ^ ẩ m c u ố i c ù n g c ủ a p h ả n ứng ià k h á c n h a u v ề m ứ c n ă n g lượng tự d o v à k h á c với

m ứ c n ă n g lượng tự d o c ủ a c á c sản p h ẩ m tru n g g ia n N ă n g lượng được g iả i p h ó n g từng

p h ần theo thứ b ậ c c ủ a p h ản ứng T r o n g đ ó , bước n h ả y n ã n g lượng lớn h a y n h ỏ tu ỳ th u ộ c

T h e o n g u y ê n lý c ủ a nhiộ t đ ộ n g h ọ c th ì b ên tro n g c h u ỗ i p h ả n ứng c ó h a i k iể u p h ả n ứng

c h ủ y ế u M ộ t k iể u tương 'ứng v ớ i k h o ả n g đ ọ n g lạ i c ủ a d ò n g c h ả y , n ó c ó thể là bước cắ t

th u ận n g h ịc h C ò n k iể ù k ia tương ứng vớ i k h b ả n g thấp v à n ó ở bư óc c ắ t k h ô n g th u ận

n g h ịc h c ủ a c h u ỗ i traò đ ổ i ch ấ t (h ìn h 6 1 0 )

(ỉình 6 .10 Thiết đồ năng lượng chuỗi trao đổi chất:

Đ ư ờ n g liê n tụ c b iể u h iệ n k h i d ò n g cơ ch ấ t c h ả y q u a m ạ n h hơn đường g iá n đ o ạ n K h i tăng d ò n g cơ ch ấ t th ì k h o ả n g ứ đ ọ n g c ó

sự k h á c n h a u lớn v ề m ặt n ă n g lượng tự d o , c ò n g iả m d ò n g cơ

c h ấ t ở k h o ả n g thấp th ì c ó b iể u h iệ n h o à n to àn k h á c

T h ò n g thường m ột c h u ỗ i trao đ ổ i ch ất c ó n h iề u k h ả n ă n g k iể m tra, c ó thể chứ ng

m in h b ằng n h iều p h ản ứng g iớ i h ạ n V í d ụ như p h ân g iả i g ly c o g e n , đường p h â n ,

g ly c o g e n ho á, v v T u y tồn tại n h iề u bước p h ản ứng giớ i h ạ n , như n g k h ô n g p h ả i tất c ả

c á c bước đều có tác d ụ n g đ iề u h o à như n h a u đ ố i vớ i d ò n g c ơ ch ất.

Đ ể phỏng đ o á n lá c d ụ n g k iể m tra m ột bưóc p h ản ứng n h ấ t đ ịn h , đ a n g tồn tại

n h iề u bước k iể m tra, người ta c ó thể c ã n cứ v à o c á c th ô n g s ố sau :

1 Đ ịn h v ị c ủ a bước p h ản ứng trong c h u ỗ i: c á c bước n ằ m đ ầ u c h u ỗ i n ó i c h u n g c ó

ý n g h ĩa hơn là cá c bước n ằm giữ a h a y c u ố i c h u ỗ i.

Chương 7

ĐÍÉU HOÀ CÁC QUÁ TRÌNH

TRAO ĐỔI CHẤT TẾ BÀO

7 1 Đ I Ể U H O À P H Â N G I Ả I H Y D R A T C A R B O N

7 1 1 Đ iề u h o à p h á n g iả i g lu c o s e v à cơ c h ê h iệ u q u ả P a s t e u r

C á c cơ c h ế k iê m tra n h iề u m ặt c ó tác d ụ n g đ ố i với đường p h ân đ ã n g h iê n cứu

n h iề u T ro n g phần n à y , c h ú n g ta c h ỉ đề c ậ p đ ến k h ả năng đ iề u h o à p h ân g iả i và tổng hợp

g ly c o g e n Đ ặ c biệt c h ú n g ta c ầ n q u a n tâm đ ến v iệ c đ iều hoà d ò n g đường p h â n , c ũ n g như

m ố i q u an hệ giữa p h ân g iá i g lu c o se vớ i p h o sp h o ry l hoá o x y h o á T ố c đ ộ đường phân trong lừng lo ạ i tế bào phụ th u ộ c v à o c á c đ iề u k iệ n m à tế bào đ a n g tồn tại (h iế u k h í, k ỵ

k h í, ngủ n g h ỉ, hoạt đ ộ n g ,v -v ).

Bước tòc đ ộ g iớ i hạn tiêu h ao g lu c o se ở cơ là k h ả n ãn g v ậ n c h u y ể n đường n ày

q u a m à n g tế bào K h i là m tăng tốc đ ộ v ậ n c h u y ể n (v í dụ k h i thêm in s u lin h a y hoạt hoá

h o ặ c thiếu o x y ) thì d ẫn đ ến là m tăng tiêu h ao g lu co se M ặ t k h á c , người ta th ấy ở gan,

k h ố i u h a y hồ ng c ầ u người, tốc đ ộ v ận ch u y ể n g lu co se q u a m à n g x ẩ y ra k h á m ạ n h , v ì

c á c cơ q u a n n à y k h ô n g c ó chứ c n ân g k iể m tra tiêu hao g lu co se

C á c e n z y m nhât đ ịn h c ủ a q u á trìn h đường phân cũ n g được tăng cư ờng chứ c n ăn g

k iê m tra trong q u á trìn h p h ân g iả i g lu c o se , k h i tốc độ vận c h u y ể n g lu c o s e q u a m à n g tế

b ào cơ tăng lên T r o n g đ ó h e x o k in a s e c ó v a i trò đ ặ c biệt q u an trọ n g là k iể m tra n ồ n g độ

g lu c o s e -6 -p h o s p h a t Bởi v ì, g lu c o s e -6 -p h o s p h a t c ó lá c d ụ n g kết hợp ngược âm đ ố i với

h e x o k in a s e N h ư \ ’ậ v , vấn đề đặt ra là c á c n h ân tố ảnh hưởng đ ến h à m lượng g lu c o s e -6 - phosphat như thê n à o ? N gư ờ i ta c h o rằng, trong số c á c n h â n tố đ ó thì p h o sp h o -

ừ u c to k in a s e có ý n g h ĩa ch ủ đ ạo nhất B ở i v ì dựa vào hoạt đ ộ n g tương đ ố i c ủ a e n z y m

n à y , c h o phép x á c đ ịn h được h à m lượng g lu c o se -6 -p h o s p h a t trong c á c tế b ào v à m ô K h i

e n z y m n à y hoạt đ ộ n g m ạ n h sẽ là m g iả m h àm lượng g lu c o s e -6 -p h o s p h a t v à ngược lạ i nó hoạt đ ộ n g v ế u thì h àm lượng g lu c o s e -6 -p h o s p h a t Vàng lẻn B ằ n g nhữ ng b ằn g ch ứ n g như

v ậ y chứ ng tỏ p h o sp h o íì u cto k in a se c ó tác d ụ n g k iể m tra phản ứng h e x o k in a s e

140 ĐIỀU HÒA CÁC QUÁ TRÌNH TRAO Đ ổl CHAT TẾ BÀO

P h o s p h o íru c to k in a s e là e n z y m d ị lậ p thể, c ó ch ứ c n à n g k iể m tra q u a n trọ n g N ó

c ó c á c trung tâm liê n kết k h á c n h a u đ ố i vớ i h à n g lo ạt c h ấ t tác d ụ n g E n z y m n à y b ị k ìm

h ã m m ạ n h b ằ n g A T P v à citra t, như ng lạ i được h o ạt h o á b ằn g A M P , A D P , p h o sp h a t vô

cơ , fru c to s e -6 -p h o s p h a t, fr u c t o s e -l,6 -d ip h o s p h a t v à a d e n o s in -3 ’ , 5 ’ -iĩio n o p h o s p h a t C á c

E n z y m d ị lậ p thể k h á c c ủ a đường p h ân là p y ru v a tk in a s e , e n z y m n à y c ó h a i k iể u

c h ín h là k iể u g a n L (le v e rty p ) v à k iể u cơ M (m u s c e lty p ) C h ú n g k h á c n h a u b ằ n g đ ặ c trưng d ị lậ p th ể, tro n g đ ó k iể u L c ó ý n g h ĩa đ iề u h o à ló n hcm.

Hình 7.1 Mô hình điều hoà dị lập thể trong trao đổi glucose:

: tín h iệ u hoá học làm b iế n đ ổ i ho ạt tín h xúc tác e n z y m ; - : ảnh hưởng d ị lậ p thể ( + ) ; tác d ụ n g dư ơng, ( -) : k ìm h ã m

T ố c đ ộ tổ n g hợp c ủ a e n z y m được k iể m tra b ằn g m ố i q u a n h ệ v ó i ch ấ t d in h dưỡng C ụ thể, e n z y n i được tổng hợp m ạ n h , k h i ch ấ t d in h dưỡng c ó n h iề u h y d ra tc a rb o n ,

c ò n ch ất d in h dưỡng g iầ u p ro tein lạ i c ó tác d ụ n g k ìm h â m tổng hợp e n z y m n à y B ên

c ạ n h đó, h o rm o n in s u lin được c o i là ch ất tác d ụ n g c ả m ứng v à là m tăn g cư ờng tổng hợp

k iê u L

L -P y r u v a lk in a s e c ó tác d ụ n g k iể m tra ngược y ế u hơn là c á c e n z y m g ly c o g e n h o á

k h á c Dư ới tác d ụ n g c ủ a p y ru v a tk in a s e thì p y ru v at b iế n đ ổ i th àn h p h o sp h o e n o lp y ru v a t

G ầ n đ â y , ngư ờ i ta đ ã phát h iê n cơ c h ế đ iề u h o à p h â n g iả i h y d ra tc a rb o n d o hộ thống e n z y m đ ặ c b iệt c h ịu trá ch n h iệ m , đ ó là phức hợp p y ru v a td e h y d ro g e n a se H ệ thống

e n z y m n à y x ú c tác q u á trìn h d e c a r b o x y l h o á o x y h o á a x it p y r u v ic p h ụ th u ộ c v à o C o A S H

v à N A D ^ Phứ c hợp n à y c ó trọng lượng p hân tử k h o ả n g v à i triộ u , v à b ị k ìm h ã m m ạ n h bằng a c e t y l-C o A v à A T P N g u y ê n n h ân k ìm h ăm b ằn g A T P là d o p h o sp h o ry l h o á phức hợp e n z y m b ằn g m ộ t p ro te in k in a se , n ó là m ột trong nhữ ng th àn h p h ầ n c ủ a phứ c hợp

e n z y m đ a chứ c n ă n g n à y (m u lty e n z y m ) T ro n g phức h ọ p p y ru v a td e h y d ro g e n a se c ó chứ a một thành phần lương tự phosphalase, có khả năng dephosphoryl đé tái tạo hoạt tính

d e h y d ro g e n a se h o à n toàn.

R io s p h o r y l h o á theo k iể u p ro te in k in a se x ẩ y ra ở g ố c s e rin c ủ a tiể u p hần

d e h y d ro g e n a se tro n g phức hợp đ a ch ứ c n ăn g P h ả n ứng p h o sp h o ry l h o á b ị k ìm h â m bằn g

p y ru v a t và A D P , c ó lẽ ở g a n , thận v à cơ tim thực h iệ n hoạt h o á th u ận n g h ịc h d e c a r b o x y l

h o á o x y h o á v à g lu c o s e h o á , n g h ĩa là c á c n h ân tô' c ó tác d ụ n g g ỉu c o s e h o á k ìm h ã m hoạt

đ ộ n g p y ru v a td e h y d ro g e n a se v à ngược iạ i.

P h o sp h at v ô cơ , A D P , A T P c ũ n g như N A D * v à N A D H là nhữ ng ch ất k iể m tra

c h u y ể n h o á q u a n trọ n g c ủ a đường p h ân N g o à i c á c ch ất n à y th ì c ò n n h iề u n h â n tố d ị lậ p thể k h á c , c h ím g là c á c th àn h p h ần p h ản ứng c ó tác d ụ n g p h ố i hợp v à x ú c tác c ủ a đường

p h ân Q iú n g c ó v a i trò đ ạ c biệt q u a n trọng trong v iệ c kết hợ p giữ a đường p h ân v ớ i h ô

h ấp v à có v a i trò đ ố i vớ i d u y trì trạng th ái h iệ u q u ả P aste u r, d o đ ó c h ịu trách n h iệ m vớ i

k ìm h ãm d ò n g cơ c h ấ t đường p h ân n h ờ hô hấp N g u y ê n n h â n c ủ a sự p h ụ th u ộ c n à y là d o

c ạ n h tranh giữ a h ò h ấ p v à p y ru v at vớ i ch ất k h ử N A D H , d o đ ó x u ấ t h iệ n h iệ u q u ả

P a ste u r Đ iề u đ ó đ ã được chứ ng m in h b ằn g n h iề u cơ sờ k h á c n h a u H iệ u q u ả Pasteur được g iả i th íc h k h ô n g c h ỉ d o tiêu h ao n h iề u g lu c o s e trong c á c đ iề u k iệ n k ỵ k h í, m à cò n

c ả k ìm h ã m h iộ u q u ả P aste u r bằn g c á c ch ất lo ạ i trừ kết hợp p h o sp h o ry l h o á C á c kết quả

th u được th ấ y rất rõ c ó m ố i q u a n hộ c ạ n h tranh giữ a hô h ấ p v à lê n m e n x ẩ y ra q u a c á c

p y r id in n u c le o t id v à đ ẩ y hộ thố ng A T P - A D P , c ũ n g như p h o sp h at vô cơ v à o c u ộ c

H à m lượng pho sphat v ô cơ ở tế b ào n ấ m m e n trong đ iề u k iệ n h iế u k h í th ấp hon tro n g đ iề u k iệ n k ỵ k h í L y n e n đ ã rút ra kết lu ậ n p ho sp hat v ô cơ là n h ân tô' k iể m tra ièn

m e n h iế u k h í về s a u , tác g iả c h o rằn g tro n g c á c đ iề u k iệ n h iế u k h í th ì o rth o p h o sp h at

n h ờ p h ả n ứng o x y h o á tiê u h a o p h o sp h at c ủ a lê n m e n (p h ả n ứng 3 -

p h o sp h o g ly c e ra ld e h y td e h y d ro g e n a s e ) đ ể th am g ia v à o c o n đường trao đ ổ i ch ấ t n ày

T h e o th u y ế t n à y , tro ng đ iề u k iệ n h iế u k h í tiê u h a o n h iề u p h o sp h at là d o tro ng c h u ỗ i hô

h ấ p đ ã c h iế m p ho sp hat c ủ a c h u ỗ i đưòfng p h ân đê p h o sp h o ry l h o á o x y h o á , d o đ ó c ó tác

d ụ n g k iể m tra đ ố i vớ i q u á trìn h đường p h ân B ê n c ạ n h đ ó , p h ạm v i lên m e n c ũ n g cần

b à n đ ế n v a i trò c ủ a A D R M ặ c d ù đ ến n a y đ ã c ó n h iề u n g h iê n cứ u đ ề c ậ p đ ế n cơ c h ế

k iể m tra lê n m e n c ủ a A D P và đ ã chứ ng m in h rõ ràn g v a i trò c ủ a A D P tro n g c á c tế bào

n g u y ê n v ẹ n , so n g c ũ n g c ò n n h iề u v ấn đề ch ư a sá n g tỏ m à c ò n tiế p tục n g h iê n cứ u sâu

rộ n g hcm.

N g ư ờ i ta c h o rằn g c ó thể h ạn c h ế lê n m e n b ằn g o rth o p h o sp h at Iro n g đ iề u k iệ n

h iế u k h í T r o n g đ iề u k iệ n đ ó là m x u ấ t h iệ n h iệ u q u ả “ H a r d e n -Y o u n g ” , n g h ĩa là d ổ n

o rth o p h o sp h a t v à o f r u c to s e -l,6 -d ip h o s p h a t N h ư n g thực tế, người ta lạ i th ấ y c ó h iệ n tượng ngược lạ i B ở i v ì, n h iề u tế b ào tro n g đ iề u k iê n h iế u k h í h à m lượng ổ n đ ịn h c ủ a

f r u c t o s e -l,6 -d ip h o s p h a t lạ i thấp hơn k ỵ k h í N h ư v ậ y “th u yế t p h o sp h a t” n à y k h ô n g g iả i

t h íc h th o ả m ã n h iệ u q u ả P asteur.

N g ư ờ i ta c ũ n g thử n g h iệ m th ấy rằng tiêu h ao g lu c o s e trong c á c đ iề u k iệ n h iế u

k h í th ấp hcm k ỵ k h í v à c h o rằn g c ó lẽ d o A T P bị n g ăn c á c h v à trong đ iề u k iệ n h iế u k h í

th ì c h ủ y ế u A T P k h u trú trong ty thể T h e o th u yế t n à y th ì A T P từ ty thể đ i ra tế b ào ch ất

c h ậ m , n ê n e n z y m h e x o k in a s e k h ô n g thể sử d ụ n g đ ể p h o sp h o ry l h o á g lu c o s e “ Sự n g ă n

c á c h ” A T P n à y tạo đ iề u k iệ n là m g iả m k h ả n ă n g p h o sp h o ry l h o á g lu c o s e tro n g đ iề u k iệ n

h iế u k h í N g ư ợ c lạ i đ ố i vớ i n ấ m m e n v à lế b ào k h ố i u th ì n g ă n c á c h A T P là c á c n h â n tố

là m g iả m tín h th ấm c ủ a m à n g ty thể đ ố i vớ i A T P , như ng c ó thể theo th u y ế t n à y th ì h à n g

lo ạ t c á c n h â n tô' c ó lẽ đ ã b ị m ất đ i C á c kết q u ả th í n g h iệ m c h o th ấ y rằ n g A T P tạo thành tro n g ty thể, c ò n h e x o k in a s e lạ i k h u trú ở tế b ào ch ấ t, c h o n ê n k h ô n g thể sử d ụ n g đ ể

p h o s p h o ry l h o á g lu c o se D o đ ó c ó thể g iả i th íc h trong đ iề u k iệ n h iế u k h í là m g iả m tiê u

h a o g lu c o s e , k h ô n g p h ả i là n g u y ê n n h â n đ íc h thực, m à c ó thể d o A T P ty thê k ìm h ã m

p h ả n ứng p h o sp h o íru c to k in a s e

H iệ n n a y , người ta thống nhất là trạng thái tồn tại h iệ u q u ả P a ste u r c ó liê n q u a n

ch ặt ch ẽ với tính ch ât d ị lập thể và chứ c n ăn g k iể m tra c ủ a p h o s p h o ír u c to k in a s e T r o n g

c á c đ iề u k iệ n h o ại đ ộ n g từ h iế u k h í san g k ỵ k h í v à ngược lạ i, người ta đ ã ch ứ n g m in h

p h o s p h o lru c to k in a s c là c n z y m bước p hản ứng c ủ a đưèmg p h â n E n z y m n à y c ù n g vớ i

h c x o k in a s e là m th à n h m ột đơn v ị chứ c n ăn g , trong đ ó hệ thống A T P - A D P - A M P c ó ý

n g h ĩa lớn la o trong m ố i q u an hệ với fru c to s e -6 -p h o s p h a t c ó tác d ụ n g phứ c tạp đ ế n cnzynn là m c h o kết q u ả đ ộ n g h ọ c đ ặ c biệt q u an trọng D o đ ặ c trưng c ủ a hệ th ố n g

a d e n y lic đ ố i với h ố h âp v à đường p hân trở thành hệ th ố n g trung tâm đ iề u h o à trao đ ổ i

ch ất tế bào v à c h i p h ố i c ả h ai co n đưèmg hò h ấp v à đường p h ân Đ iề u đ ó ch ứ n g m in h rằng k h ô n g c h ỉ A M P m à c ả A D P h a y A T P riê n g biệt c ũ n g c ó thể đ iề u h o à c ó h iệ u q u ả

n h iề u m ật C h o n ê n c ó thê h iể u v ì sao trao đ ổ i ch ấ t tế b ào lạ i p hụ th u ộ c v à o hệ th ố n g

a d e n y lic N gư ờ i ta đ ã biết c h i tiết và đ ầ y đ ủ vể c ấ u trúc v à k h ả n ãn g tác d ụ n g phứ c tạp

c ủ a hệ th ố n g a d e n y lic , c h o n ên c ó thể g iả i th ích c ó cơ sở về k h ả n ă n g “ t íc h iu ỹ n ă n g

lư ợ ng” c ủ a tế bào.

7.1.2, Hiệu quả Crabtree

T r a o đ ổ i h y d ra tca rb o n và hô h ấp c ủ a k h ố i u b iể u h iệ n q u a h a i h ìn h thức q u a n trọng như sa u :

a N h ờ đường p hân h iế u k h í ca o

b N h ờ k ìm h ãm h ô hấp , sau k h i thêm g lu c o s e v à o c á c tế b à o k h ố i u c ũ n g c ó h iệ u

q u ả P a ste u r như m ọ i tế bào k h á c N h ư n g hô h ấp c ó thể x ẩ y ra k h ô n g triệt đ ể như đ a s ố tế

b ào đ ộ n g vật b ìn h thường m à nó dừ ng lạ i ớ m ức tạo thành lactat (x e m q u á trìn h đường

p h ân ở m ỏ đ ộ n g vật).

H iệ u q u ả ngược lạ i, sau k h i thêm g lu c o se v à o tế b ào k h ố i u d ẫ n đ ế n k ìm h ã m h ô

h ấ p tĩn h (tro n g đ iề u k iệ n n g ủ n g h ỉ) g ọ i là h iệ u q u ả “C r a b tre e ” H iệ u q u ả n à y lầ n đ ầ u tiê n được n g h iê n cứu ở c á c tế b ao k h ố i u đ ã p hân lậ p th ì th ấ y g lu c o s e c ó k h ả n ă n g k ìm h ã m

h õ h ấp tới k h o ả n g 5 0 % , cò n c á c tế bào k h á c như đ ả o thượng th ận v à thể lưới ( R e t in a ) th ì

c ó h iệ u q u á C ra b tre e k h o ả n g 2 0 % và ở K c t ic u lo c y t e k h o ả n g 1 0 % h ô h ấ p b ị k ìm h ã m

b ằn g g lu c o s e

Q iấ t lo ạ i ti ừ kêì hợp p h o sp h o ry l hoá c h u ỗ i h ô h ấ p c ó k h ả n ăn g lo ạ i trừ h iệ u q u ả

C ra b tre e N h ư v ặ y rõ r.':ng c ó m ố i ỉiê n q u a n ch ặt ch ẽ về n ă n g lượng g iữ a h ô h ấ p vớ i đường p h ân ở c á c tế bào k h ố i u (u n g thư) Q u a đ ó , c ũ n g ch ứ n g tỏ c ó sự g iố n g n h a u về cơ

c h ế c ủ a h iệ u q u ả P a ste u r với h iệ u q u ả C ra b tre e M ố i liê n q u a n n ă n g lượng g iữ a h ô h ấ p

v ớ i đườiig phân ở tế bào k h ố i u chứ n g tó k h i c ó m ặt g lu c o s e , lú c đ ó là m m ấ t k h ả n ă n g tổng hợp A T P , d o k ìm h ã m hô h ấp tương ứng v à đường p h â n h iế u k h í M ố i liê n q ú a n

n ă n g lượ ng n g h iê m ngặt n à y c ũ n g x ẩ y ra trong c á c đ iề u k iệ n h iế u k h í v à k ỵ k h í, k h i có

g lu c o s e K ế t q u ả t h í n g h iệ m chứ ng tỏ c ó thể tạo th àn h A T P ở c á c tế b à o k h ố i u trong

đ iề u k iệ n k ỵ k h í c ũ n g m ạ n h như đ iề u k iệ n h iế u k h í.

B ê n c ạ n h đ ó , người ta c ũ n g c ò n p h ả i q u a n tâm đ ế n c á c n g u y ê n n h â n k h á c đ ố i với

c ạ n h tran h A D P v ớ i c h u ỗ i h ô h ấp , trong đ ó từng p h ần c ủ a A D P đư a ra k h ỏ i c h u ỗ i hô

h ấp N h ư v ậ y d ẫ n đ ế n là m g iả m v ậ n c h u y ể n đ iệ n tử trong q u á trìn h k ế t h ợ p ch ặ t c h ẽ giữ a

h ô h ấ p v à p h o s p h o ry l h o á, n g h ĩa là là m g iả m h ô h ấ p tế b ào C ò n tă n g h ô h ấ p đột n gộ t,

s a u k h i th ê m g lu c o s e v à o là d o n ộ i b à o x u ấ t h iệ n n h iề u A D P , n ên trực tiế p p h o sp h o ry l

h o á g ỉu c o s e C h o n ê n p ho sp hat v ô cơ c ó lẽ k h ô n g c ó v a i trò q u a n trọ n g tro n g v iệ c k iể m tra hô hấp.

N h ũ n g g iả i th íc h h iệ u q u ả C ra b tre e v ớ i h ỗ trợ c ủ a A D P c ò n n h iề u đ iề u ch ư a s á n g

tỏ V í d ụ h ầ u n h ư k h ô n g c ó s a i k h á c v ề h à m lượng A D P , k h i so s á n h p h â n g iả i g ỉu c o s e ở

tế b à o k h ố i u v à t ế bào c ó đ iẻ u k ệ n h iế u k h í K h ả n ă n g g iả i th íc h k h á c là dựa v à o sự

n g h ịc h đ ả o c ủ a c ơ ch ấ t o x y h o á (cơ c h ấ t n ộ i s in h ) d ế n c á c ch ấ t k h á c (g lu c o s e ) c ó thể

ỉà m th a y đ ổ i m ứ c đ ộ h ô h ấp , d o nhữ ng n g u y ê n n h â n k h á c g â y nên.

7.1.3 Điều hoà chu trình Crebs

T h ờ i g ia n b á n h u ỷ s in h h ọ c c ủ a c á c c h ấ t tru n g g ia n tro n g c h u trìn h C r e b s thường

tồ n tạ i tro n g t ế b à o h ô h ấp k h o ả n g v à i g iâ y T h ô n g thường n ồ n g đ ộ c ủ a c h ú n g tro ng tế

b à o rất th ấp Đ iề u đ ó c h ú n g tỏ, m ỗ i th àn h p h ầ n c ủ a c h u trìn h C r e b s c ó tố c đ ộ b iế n đ ổ i rất n h a n h

T r o n g c á c trạn g th á i đ ó i v à đường n iệ u , ngư ời ta th ấ y ở g a n tă n g cư ờ ng o x y h o á

a x it b é o , d o đ ó d ẫ n đ ế n h à n g loạt nhữ ng b iế n đ ổ i trao d ổ i ch ấ t ở g a n C ụ th ể là là m g iả m

144 _ DIẾU HÒA CÁC QUẢ TRÌNH TRAO Dổl CHẤT TẾ BẢO

lố c đ ộ tổng h(jp citrat m à lạ i làm tãng cưcfng tạo thành a ce to a c e tic v à P -h y d r o x y b u t e r ic ,

d ồ n g thời làm g iá m o x y h o á p yruvat và iso citrat, ngược lạ i là m tăng tốc đ ộ c a r b o x y l h o á

p yru vat.

C á c cnzym trùng ngưng (citratsy n th e tase ) x ú c tác tạo th àn h a x it c it r ic từ a c e t y l-

C o A và o x a la c c tic , ch ú n g c h ịu sự k iể m tra c ủ a A T P và A D P C á c liê n kết n à y k ìm h ã m

cạ n h tranh với cơ ch ấ t c ủ a e n z v m T r o n g c á c đ iề u k iệ n là m lã n g o x y h o á a x it b éo thường dẫn dến là m tăng h à m lượng A T P trong tv thế d ẫn đến k ìm h ãm c h é o ( D r o s s e lin g ) c ủ a

e iư y in n à y

C á c liê n kết A c y l - C o A c ủ a a x it béo c h u ỗ i d à i c ũ n g là ch ất k ìm h ã m c ủ a

c itra tsy n th e ta se , liê n kết n à v ớ bệnh gan đ á i đường thường c ó n ồ n g đ ộ c a o hơn ớ g an

b ìn li thường Đ iề u đ ó cầ n nhớ rằng o x a la c e tic k h i th av đ ổ i n ồ n g đ ộ c ó tác d ụ n g k iể m tra tạo ih à n h a x it c it r ic , v ì nồ ng đ ộ o x a la c e tic ờ gan ( 0 , 5 1 0 ' M ) n ằ m tro ng p h ạ m v i đ iề u

c h ỉn h c ủ a e iư y m n à y ( K m = 1 1 0 M ) T h ự c tế c h o th ấy ờ g an đ á i đường s o vớ i g an b ìn h ihưcnig, o x a la c e tic c ó n ồ n g độ thầp hơn, c h o nên dẫn đ ến là m g iả m tạo th àn h a x it c it r ic

M ộ t e n z y m k iể m tra d ị lập thể q u an trọng k h á c c ủ a c h u trìn h C r e b s là iso citiatclch y d ro g en a se ty thể c h u y ê n h o á với N A D ^ E n z y m n à y c ũ n g b ị k iể m tra b ằn g

hộ thòng a d e n y lic ty thể K h i tíc h lu ỹ n ãn g lượng c a o thì k ìm h ã m , c ò n k h i tíc h lu ỹ n ăn g lượng thấp lại hoạt hoá c n z y m n ày

7 1 4 K i ể m t r a g lu c o s e h o á

G lu c o s e h o á k h ô n g p h ải là q u á trìn h n g h ịc h đ ả o đơn th uần c ủ a g ly c o ly s e K h ả

n ãn g c â n bằn g c ủ a c á c phán ứng h e x o k in a s c , p h o sp h o fru cto k in a se v à p y r u v a tk in a s e tliường tiếp tục n g h iê n g về p h ía tạo thành g lu c o s c -6 -p h o s p h a t, f r u c t o s e -l,6 -d ip h o s p h a t

\'à p y ru v a t, ch o n ên Iro ng đ iề u k iệ n s in h lý tê bào k h ô n g thể thực h iệ n p h ả n ứng theo hướng ngược lại C á c bước phản ứng n à y m u ô n thực h iệ n ngư ợc lạ i th ì p h ả i d iễ n ra theo

c o n đường v ò n g , trong đ ó p y ru v a l m u ố n biến đ ổ i thành p h o sp h o e n o lp y ru v a t p h ả i trải

G lu c o s c h o á x ẩ y ra ch ú yế u ờ gan và thận, thường x u y ê n được k iể m tra b ằ n g c á c

h o im o n k h á c n h a u , trước hết là c á c h o rm o n thượng ih ậ n như c o rtis o l và c o r tis o n , c ũ n g

146 Đ I H U i l O A C Ả ( Q U Á 1 R Ì N H I R A O Đ Ỏ I C H Ấ l ' IH l ỉ A O

như in s u lin \ ’à g lu c a g o n G lu c o s e hoá được tàng cường tronu c á c trường hợp b ẹn li lý như đường n iệ u và đ ó i.

Đ iể u hoà g lu c o s c h o á có tlic licn liành ihco Iihicii cách kliae nhau, trong đó

k h ô n g c h ỉ b ằ n g n ồ n s đ ộ c ii/y m d o th ay d ổ i lổ n g hợp c i i / y m m ù lioạt d ộ iiu c n /.y iii tlo

ATP

\ ^ Fructose-6-P 'hosphoíructokinase V j Fructosediphosphatase

Phosphoenolpyruvat-GTP

H ìn h 7 2 Q u á trình glu co sc h o á v à d iề u h u à

N h ư v ậ y trong q u á trìn h g lu c o s e h o á c á c cơ c h ế đ iề u hoà n ào c ó tác d ụ n g h iệ u

q u ả c a o ? N h ic u c ó n g trìn h n g h iê n cứu k h á c n h au c h o biết q u á trìn h n à y Iiầ m trong

k h u ò n k h ổ k ic m tra thò v à k iể iĩi tra c h ín h x á c , n g h ĩa là nhờ c ơ c h ê kết hợp ngược (đ iề u

NÁN( i I r ơ \ ( i SINll IKK' 147

hoà c l u i\ \ 'ii h o a i D ic ii d ó Ci'> llió c h ứ n g m in h hãnu tổng h ợ p các e n z y m g lu c o s c -6 - pliosphataso, liiici(isctlipli('spliatasc ph()spli(K-iii)l|niuvatcarbo.\vlkinasc và pyruvat-

c a ih o x y la s o iiI k í c a n i l i ì i ” c.ic lio rm o ii e lu c o c o n ic o id như c o rtis o l và c o rlis o n tro n g đ ó

in s iiliii cỏ lá t t liiiii: là c liâ t Iran áp (a iila u o n is im is ) 'Iro n g trư ờ n g h ợ p đ ư ờ n g n iệ u , tố n g

hơp c á c c i i / \ 111 n a \ cũiiii lãiit: 1C’I1 m ạ n h inẽ, hiộii tượng đ ó c ũ n g c ó thê giúi t hí c h v i ệc

lãnLỉ g lu m s c luvi từ cixit a m iii K h i hài x iià t iiis u liii làm b ìn h th ư ờ n g hoá h iệ n tư ợ n g n à y (sitiKitKMi), tKMiii dó C(í aiili liưoiii: clõn lổim hơp c á c on/vm nói trẽn

Các cơ chc k iõ m tra d ị lập thc clã cluọc nuhÌLMi cứu n h ié ii đ ỏ i \ ớ i p y ru v a t-

c a ib o x y ia s c \à riiic lo s o c lip lio s p h a ta s c P y ru \a lc \iib c A \la s c là m lã tm h o ạ t d ộ n g bàng

a c c t y l-C o A D o d ó , n ổ iiiỉ đỏ a c c t y l-C o A ca o tlòi \'Ớ1 tiaii c iia bệnh d á i đường là m tăng

hoại dộiiii p\ luxatcarboxvlasc tạo điều kiộn lluiạn lợi cho glu cosc hoá C á c axit b c o c ó tlic là m tã iig UIIICDSC hoá n h ư n u chún>Ị k lio iig phai là cáu trú c bộ k h u n g c a rb o n cúa

g lu c o s c \'à g ly c o iic n N g ii\ c ii Iilià n tác d ụ im Iià v là do Uìne tạo th à n h a c e ty l-C o A dẫn dcn làm lãng hoạt dộng p\ ruvalcaiboxvla.se \à thươiiii sò N A D H / N A D * do o x v hoá

a x il b co ch o ĩiC-ii là n i tăng hcxit ítộ ii” c n /y in \ à dao ngược bước p hán ứng 3 -p lio s p h o -

glyccr ald chy tdc hy dio go nas c

K h i p há ii g iá i lip id táng c ư ờ n g d ư ớ i tác d ự n g cùa g lu c a g o n ở gan (tã n g ih u ý phân

tn g ly c c rid ) dầii CÍCII làm tĩwi<> axit béo lự do ớ gan, nõn Ihúc đẩy o x y hoá a x il béo làm

lã n g g lu c o s c hoá C ìlucago n c ũ n g là nhãn làm lã iiiỉ tạo thành thê c c to n , v ì g lu c o s e hoá và

cc to n hoá là các quá ĩiìn h liê n t|uan trự c tiõ p VỚI nhau N h ữ n g tác d ụ n g th u ộ c lo ạ i n à y,

chứ ng tỏ g lu ca g o n có vai liò trong g ly c o g e n lio á K h á Iiãng tác d ụ n g c ú a g lu c a g o n c ó thc g ia i th ích iiC'n c « sư phán từ C ilu ca g o n liìiili Iihư k íc li l lìít l i tạo thành 3 ’, 5 ' - A M P v ò n g

từ A T P , trong đó g íu c a g o n làm tăng hoạt d ộ n g cù a a t lc iiy la ic y c la s c và a d r e n a lin c ó tác

d ụ n g lưctng tự g lu c iig o n , cò n in s u lin lại có lá c d ụ n g tigược lạ i.

lỉèn cạnh pyru\alcarboxylasc c òn c ó rructosccliphosphatase c ũ n g c ó tác dụng kiciii tra quá trình glucose hoá En/,vm này bị kìin hãm bằiig A M P và A D P , nhưng lại

k íc h th íc h hoạt đ ộ n g p h o s p h o lru c lo k in a s c bằng cá c cơ chàt n à y T ừ đ ó c ó thể đ ié u h o à

hai enz ym này irái ngược nhau; nổng dộ A M l ’ và A D P thấp thì tVuclosediphosphatase

htiạt d ộ n g tàng ICmi, nhưng k h ò n g ánh hướng hoặc c lii k ìm h ãm k h ò n g đ á n g k ể đ ố i với

pho sphoí ìuclokiiiasc nghĩa là tăng gl uc osc hoá và giám quá trình đường phân Ngược

lạ i, k lii n ồ n g độ h ai cơ chất A M P và A D l ’ ca o lại có tác d ụ n g ngược lạ i n g h ĩa là k ìm

h ũni g lu c o s c hoá và lãn g dường p hân 3 ’ , 5 ’ - A M P vòng cũ n g c ó tác d ụ n g trái ngược n h au

íICm i lu ụ l d ọ im c iia hai c n /.y iii này A x i t la c tic là C(if chất cùa g lu c o s c hoá, c ó ih ể lo ạ i b ỏ kim hãm hoat clộnti cùa fructosediphosphatasc bãiie A M I ’ một c á c h gián tiếp, ng hĩ a là làin tãiiiỉ liõ háp và do đó lác clụim phosphoryl hoá A M P thành A T P

C a r b o x y l h o á a c e t y l-C o A là bước tốc đ ộ x á c đ ịn h c ủ a tổ n g hợp a x it béo TTieo

q u a n n iệ m c ổ đ iể n th ì đ â y là bước p h ản ứng V ì m ỗ i th ay đ ổ i tố c đ ộ c ủ a bước n à y đều

d ẫ n đ ế n là m th ay đ ổ i tốc đ ộ tổng hợp a x it béo A x it c itr ic v à is o c it r ic c ó tác d ụ n g hoạt

h o á a c e t y l-C o A -c a r b o x y la s e , d o đ ó c ó thể dựa v à o đ ó đ ể n g h iê n cứu cơ c h ế k iể m tra

q u a n trọng đ ố i vớ i tổng hợp a x it béo K h i là m g iả m hoạt đ ộ n g c ủ a c itra ts y n th c ta s e , sẽ

là m g iả m H ên kết citra t ở g an đ á i đường m à d ẫ n đ ến là m g iả m tổng hợp a x it béo Đ á n g lưu ý đ ố i vớ i d ẫ n x u ấ t C o A c ủ a c á c a x it béo c h u ỏ i d à i c ó tác d ụ n g k ìm h ã m c ạ n h tranh

c itra tsy n th e ta se v à c a r b o x y l h o á a c e t > l-C o A đ ã đ ề c ậ p ở trên rõ ràn g d o th iế u a x it c itr ic

n g o ạ i b iê n , c h ú n g là c á c ch ấ t c h o n ã n g lượng m à tnrcVc hết c h ú n g b ị o x y h o á ở cơ v à hê

th ầ n k in h tru n g ương H iệ n tượng n à y x ẩ y ra là d o h y d ra tc a rb o n h o ặ c c u n g c ấ p k h ô n g

đ ủ ( đ ó i) h a y tiêu h a o k h ô n g b ìn h thường (đường n iệ u ).

NÀNG LƯƠNG SINII n ọ c 149

Lactat, Alanin, Glycogen

GÌucõse

( l

B ên c ạ n h những chứ c n ăn g làm cơ ch ất như d ã in ó tá trên thì a c c t y l-C o A c ò n c ó

ý ngliTa q u an tiọ iig là ch ất tác d ụ n g d ị lập ih c N ó c ó tác d ụ n g c h ủ y ế u đ ô i với

py r u \a ik in a s c Q u a d ó có lá c d ụ n g thúc đ á y g lu c o se hoá như đ ã d c c ậ p S u y lu ậ n n à y càiiig Iiliá n m ạ n h thêm lĩiò i q u an hệ sâu sầc giữa ceto n h o á và g lu c o se ho á T ấ t c ã c á c nhiân lỏ in à dẫn đốn làm tăng tạo thành ceto n (đ ó i, đường n iệ u h a y p h ân g iả i lip id và o x y ho)á a x it béo sau k h i bổ su n g g lu c a g o ii và a d r c n a lin ) c ũ n g lạ o đ iề u k iệ n th uận lợi d ể

g liu co se hoá N h â n lố inấu ch ố t về vân đé n à y là a c c t y l-C o A tíc h lu ỹ n ăn g lượng c ũ n g nhiư thương sỏ N A D H / N A D * (h ìn h 7 3 )

7.J ĐIỂU HOÀ TRAO Đổl AXIT AMIN VẢ PROTEIN

Đ iề u h o à s in h tổ n g hự p a x it a m in ư v i s in h v ậ t

a) Đợi cương

N h ư c á c phần đ ã trình b à y chứ ng tó sin h uSng hợp a x it a m in v i s in h vật trong cáic n h ó m , lu ỳ th u ộ c \'ào c á c ch u ỗ i trao đ ổ i chât C á c co n đường trao đ ổ i d iễ n ra c ó thê

p hân n h á n h h a y k h ô n g p h ân n h á n h T r o n g trường hợp p h ân n h á n h tạo thành sà n phẩm

k h á c n h a u lừ m ột cơ ch ấ t c h u n g ban đ ầ u

Đ ố i với đ iề u hoà s in h tổng hợp a x it a m in tuân ih e o n g u y ê n tắ c c ủ a c á c q u i luật

đ ã trìn h b à y trong p h ần trên về k iể m tra c á c c h u ỗ i trao đ ổ i ch ất C h ú n g ta c ó thê tóm tắt

c á c q u i lu ậ t c h u n g về tổng hợp a x it a m in b ằn g c á c thông sò dưới đ â y , tro n g đ ó cầ n q u an tâm đ ế n m ộ t v à i k iể u đ ặ c biệt c ủ a cơ c h ế đ iề u hoà s in h tống hợp a x it a m in ớ v i s in h vật theo c ơ c h ế đ iề u h o à c h ín h x á c Đ iề u đ ó thể h iệ n q u i luật c h u n g : c á c a x il a m in , c ũ n g như p u rin , p y r im id in , lip id v à c á c ch ất k h á c được c o i là nhữ ng ch ấ t c ầ n thiết c h o sự só n g

c ủ a tế b à o p ro ca ry o t T ừ nhữ ng ch ất b an đ ầu tổng hợp c á c c h â t theo y ê u c ầ u

M ộ t v i k h u ẩ n s in h trưởng trên m ô i trường nitơ v ỏ cơ , có thê' tổ n g hợp tất c ả c á c

c h ấ t c ầ n thiết đ ố i vớ i s in h trướng c ủ a c h ú n g , n g h ĩa là c h ú n g c ó thể tự tổng hợp tất c a

a x it a m in c ầ n thiết c h o s in h tổng họíp p ro tein c ủ a cơ thể N h ư n g ngư ời ta c ũ n g c ó thể bổ

su n g v à o m ô i trường s in h trưởng m ột v à i a x it a m in nhất đ ịn h , v í d ụ h is tid in h a y try p to p h a n N h ư v ậ y , v i s in h vật c ó thể tổng hợp được tâì c ả a x it m a in như đ ã bổ su n g

v à o m ô i trường g ọ i là h iệ n tượng c ả m ứng H iệ n tượng đ ó c h o th ấy ớ tế bào v ị k h u ẩ n có nhữ ng c ơ c h ế đ iề u h o à với h iệ u q u ả c a o , c ó ý n g h ĩa k in h tế lớn la o đ ố i với trao đ ổ i chất

3 T ổ ch ứ c c ấ u trúc n ộ i b ào tương đ ố i đơn g iả n hcfn so với E u c a r y o t

4 T r a o đ ổ i ch ấ t c ù a c h ú n g d ễ d à n g th ay đ ổ i theo c á c đ iể u k iệ n m ô i trường th ay đổi.

5 T r a o đ ổ i ch ất c ủ a v i s in h vật c ó thể b iể u h iộ n đột b iế n q u a hệ th ố n g d i tru y ề n

N g ư ờ i ta c h o rằn g : đ iể u h o à s in h tổ ng a x it a m in v à c á c k h u n g cơ bán c ủ a

n u c le o tid n h ư p u rin v à p y r im id in tiế n h à n h b ằn g c á c k iể u đ iề u h o à k h á c n h a u , trong đó

c á c k iể u đ iể u h o à g ia i đ o ạ n g e n v à đ iề u h o à c h u y ê n h o á c ó ý n g h ĩa h à n g đ ầ u T h e o q u a n

đ iể m đ ộ t b iế h c ó thể dựa v à o A D N là c h ấ t m a n g thò ng tin d i tru y ề n v ề th àn h p h ần và

c ấ u trú c e n z y m , đ ổ n g thời c ò n c ó ý n g h ĩa c ủ a hệ thố ng d i tru yền đ ố i vớ i đ iề u hoà trao

đ ổ i ch ấ t tế b ào N h ư v ậ y c ó thể d ẫ n đ ế n p h á h u ỷ nhữ ng đột b iến c ầ n th iế t Iro n g đ iề u hoà

tổ n g hợ p a x it a m in , d ẫ n đ ến sản xuất a x it a m in và thải vào m ô i trường (đột b iến trơ vớ i kết hợp ngư ợ c) D o đ ó , người ta sử d ụ n g c á c k ỹ thuật để thu n h ận c á c L -a x i t a m in v à o

c á c m ụ c đ íc h k h á c n h a u , v í d ụ đ ố i với ch ất lượng c ủ a pro tein h a y sá n x u ấ t c á c ch ất thứ

s in h nhất đ ịn h

H ệ thòng đ iề u hoà g ia i đ o ạn gen q u yết đ ịn h thành p h ần e n z y m c ủ a m ộ t tế bào

Đ iề u đ ó k h ắ n g đ ịn h rằng: m ỗ i e n z y m riê n g h a y c á c e n z y m trong toàn c h u ỗ i s in h tổng hợp v í dụ c á c e n z y m c ú a c o n đường s in h tổng hợp h is tid in c ó thể tổng hợ p được h a y

kh ô n g tổng hợp được E n z y m tống hợp h is tid in , k h ô n g được tạo th àn h k h i c ó m ặt

h is tid in trong m ó i trường s in h trướng, như v ậ y , c h ú n g đ ã bị trấn á p là m c h o e n z y m

k h ô n g xuất h iệ n trong tế bào T r ấ n á p (re p re ssio n ) s in h tổng hợp e n z y m là k ết q u ả c ủ a

c á c cơ c h ế đ ié u hoà g ia i đ o ạn gen (trấn áp là k iể u đ iề u hoà tổng hợp e n z y m , c ò n c á m ứng là đ iể u Ịio à hoạt đ ộ n g e n z y m ).

Đ iề u hoà s in h tổng hợp a x it a m in theo d iệ n đ iề u h o à c h u y ể n h o á, n g h ĩa là g iữ

e n z y m là h àn g số C ơ sở đ ầu tiên c ủ a hệ thống n à y là đ iề u h o à hoạt đ ộ n g e n z y m ở c á c v ị trí then ch ố t c ù a c h u ỗ i trao đ ổ i ch ấ t, v í d ụ , trong trường hợp c o n đường trao đ ổ i ch ất phân n h á n h th ì e n z y m k h u trú ỏ đ ầu c h u ỗ i, nơi p h ân n h á n h Đ iề u đ ó c ó tín h q u i lu ật

c h u n g là k iể m tra d ò n g c h ả y (trường hợp p hân n h á n h ) v à đ iể u h o à p hân b ố c ơ ch ấ t ớ c á c

v ị trí c ủ a c á c e n z y iĩi d ị lập ih ể , m à hoạt đ ộ n g c ủ a c h ú n g được đ iề u h o à b ằ n g s ả n p h ẩ m

c u ố i c ù n g c ủ a c h u ỗ i và b ằng c á c h n à y là m thoả m ã n ch ứ c n ă n g từng bư óc đ ố i vớ i c o n đường trao đ ổ i chất c h u n g N gười ta c h o rằng: e n z y m bước p h ả n ứng bị b iế n đ ổ i n h iề u bàng sán p h ẩm c u ố i cù n g , m à đa sò' là k ìm h ãm d ị lậ p ih ể T r o n g m ột c h u ỗ i s in h tổng hợp được x á c đ ịn h sản p h ẩm c u ố i c ù n g thưcmg c ó tác d ụ n g k ìm h ã m e n z y m c h ủ đ ạ o V í

d ụ , a x it a m in k ìm h ãm tổng hợp p ro tein h a y n u cle o sid p h o sp h a t k ìm h ã m tổ n g hợp a x it

n u c le ic

T r o n g c h u ỗ i s in h tổng hợp a x it a m in k h ô n g p h ân n h á n h , v í d ụ c o n đường tổ ng hợp h is tid in thì tác d ụ n g k ìm h ãm kết hợp ngược e n z y m đ ầu c h u ỗ i b ằ n g s ả n p h ẩ m là

h is tid in , d ẫn đến là m g iả m tốc độ s in h tổng hợp h is tid in C ò n c á c c h u ỗ i p h â n n h á n h th ì phức tạp hơn, v ì c ó c á c sản p h ẩm c u ố i c ù n g k h á c n h a u , v í d ụ c h u ỗ i tổng hợ p c á c a x it

a m in h ọ aspartat T r o n g trường hợp như v ậ y x ẩ y ra k ìm h ã m e n z y m đ ầu tiê n b ằ n g m ộ t trong nhữ ng sản p h ẩm c u ố i c ù n g đ ã được tạo thành từ m ộ t c h u ỗ i tương ứ ng, như ng c ò n

c ó c á c sản p h ắm c u ố i c ù n g c ủ a c á c c h u ỗ i k h á c , d o đ ó , đ ể tránh h iệ n tượng n à y th ì tế b ào phải sả n x u ất n h iề u đ ồ n g p hân e n z y m c h o p hản ứng đ ẩ u tiên c ủ a c h u ỗ i trao đ ổ i c h â ì phân n h á n h như v ậ y , như trường hợp sản s in h n h iề u d ạ n g a sp a rta tk in a se ỡ Esclierichia coli. Đ iề u đ ó k h á c vớ i ảnh hưởng d ị lậ p thể c ủ a c h ú n g , v ì trong đó, m ỗ i e n z y m c h ỉ bị

k ìm h ãm b ằn g m ột trong nhữ ng sản p h ẩm c u ố i c ù n g tương ứng N gư ờ i ta g ọ i c á c h iệ n tượng n à y là đ iề u h o à đ ổ n g p hân e n z y m (k iể u đ iề u hoà 1).

K iể u đ iề u h o à đ ồ n g phân e n z y m như v ậ y c ó ih ế x á y ra iro n g in ộ l c h u ỗ i trao d ố i

c h ấ t p h ân n h á n h theo k iể u đ ié u h o à b ằn g kết hợp ngược đ ồ n g tác d ụ n g (h iệ p đ ổ n g ) h a y

đ iể u h o à d a n ă n g (k iể u đ iề u h o à 2 ) N h ư v ậ y E coli đ ã sán s in h a s p a r t a ik in a s c khác \ ứi

c á c s in h vật k h á c (n h ư R h o d o p s e u d o iĩio n a s c a p s u la tu s ), c h ú n g c h í c ó m ộ t asp artatk in ase

E n z y m n à v b ị k ìm hãm bằng ih re o n in c ũ n g như ly s in , như ng c h ỉ x ẩ y ra k h i hai a x ii

a m in c ù n g tồn tại trong m ò i Irường p hán ứng.

M ộ t n g u y ê n tác k h á c c ủ a đ iề u h o à c h u ỗ i trao đ ố i ch ất ỉà là m b iế n d iệ u h iệ p đồng hoạt lín h e n z y m bước phán ứng (k iế u đ iề u h o à 3 ) K iê u đ iề u hoà n à y trước hết c ó t o n g

c o n đường lổ n g hợp p u rin , trong đ ó c ó đ iề u h o à b iến đ iệ u h iệ p đ ồ n g e n z y m đ á u tiên c ủ a

c h u ỗ i p h ân n h á n h , thực tế bị k ìm h ãm b àn g sản p hám c u ố i c ù n g riê n g c ú a nó K ìm liã m

k h i c ó m ặt đ ồ n g thời c á h a i sán p h ám c u ố i c ù n g , nhưng m ạ n h hơn k ìm h ã m c ú a ừng

c h ấ í riê n g b iệt c ộ n g lạ i N h ư v ậ y G M P v à A M P , m ỏ i chất k ìm h ã m e n z y m đ ầu t iẽ n c ú a

s itih tổng hợp p u rin , như ng m ỗ i ch ấ t riê n g c ó chừ ng m ực tác d ụ n g n h ấ t đ ịn h d ố i v ớ i

g lu ta m in -p h o s p h o rib o s y lp y ro p h o s p h a ta m in o tra n s fe ra s e , như ng c á h a i ch ất n à y c ồ n g thời tác d ụ n g th ì c ó á n h hưởng lớn hơn n h iề u

T rư ờ n g hợ p k h ô n g h iệ p đ ồ n g v à k h ô n g c ó đ ỏ i k h á n g giữ a c á c c h ấ t k ìm lã m riê n g c ủ a m ộ t e n z y m , thì c ó k iể u k ìm h ã m c h é o b ằn g c á c sản p h ấ in c u ố i c ù n g c ỉổ n g

c h é o lên n h a u (k iể u đ iề u h o à 4 ) N g h ĩa là m ỗ i ch ất ịỊ;ìm h ãm là sả n p h á m c u ố i cùnỉg

k h ô n g bị p h ụ th u ộ c v à o sự c ó m ặt c ủ a c á c ch ất k ìm h ãm k h á c

K iể u đ iề u h o à thứ 5 b àng k ìm h ã m sản p h ẩm c u ố i c ù n g là là m b iế n đ iệ u trìn i sự hoạt lín h e n z y m K ì m h ãm kết h ợ p ngược k iể u n à y đ ã phát h iệ n th ấy c ó ir o n g c o n cliờiìig

tổ n g hợp a x il a m in họ a x it s h ik im ic (Iry p to p h a n , p h c n y la la n in và ly r o s iii) T r o n g đ ó ,

e n z y m đ ầ u liê n c ủ a n h án h riê n g bị ản h hướng bới k iể m tra kết hợp ngược b àn g sán p lá m

c u ố i c ù n g c ủ a n ó (n h á n h riê n g tín h từ v ị trí p h ân n h án h c h u ỗ i trao đ ổ i ch ấ t c h u n g ) Wbư

v ậ y , ch o rism in o m u ta s e bị k ìm h ã m b ằn g sản p hẩm c u ố i c ù n g là p h e n y la la n in ;òm

a n th ra n iio s y n th e ta s e b ị k ìm h ãm b ằn g sản p h ẩm c u ố i c ù n g là try p io p h a n C á c a x it an im

ỡ v ị trí p h â n n h á n h như a x it c h o r is m in ic v à p re p h cn ic, c h ú n g c ó k h á n ă n g cliéu io»à

e n / y m tro n g đ ọ a n c h u ỗ i c h u n g đ ố i vớ i tất c ả ba a x il a m in n ó i trên, tro ng đ ó c c c:ả

p h o s p h o -2 -c e t o -3 -d e s o x y h e p ta n a ta ld o la s e

B ê n c ạ n h nhữ ng d ạ n g k h á c n h a u c ủ a k iể m tra d ị lậ p thê trong trao đ ổ i a x it an im

v i s in h V ậ t, c ũ n g c ó thể là m b iế n đ ổ i liê n kết c ộ n g h o á trị c ủ a c á c c n z y m , như trong r a íO

đ ổ i g ly c o g e n ở g a n v à cơ C á c d ạ n g b iế n đ ổ i c ộ n g h o á trị c ó ihê’ x ẩ y ra h a i d ạ n g b iế n lổii

th u ậ n n g h ịc h c ủ a e n z ý m , v í d ụ như g lu ta m in s y n th e ta s c là e n z y m trao đ ổ i a x ita m in

b) Cơ ché kết hợp ngược họ aspartat tà ví dụ sinh tổng hợp axit amin chuỗi

phán nhánh

K h i theo d õ i cá c n g u y ê n tắc đ iéu hoà sin h tổng hợp c h u ỗ i p h â n n h á n h họ

aspartat thì a x it a sp a rtic là cơ chất c h u n g đé sin h tống hợp: ih r e o n in , ly s in , m e th io n in và

is o le u c in N ó i c liu n g cá 4 axit a m in n à y trước k h i phân n h á n h đ ầ u tiên đ é u n ằ m trong

cù n g một đ o ạn c h u ố i được m ờ đ ầu b ằng asp artatkin ase E n z y m n à y x ú c tác p h ả n ứng

đãu tiên trong c h u ỗ i sin h tống hợp phân n h án h ch ậ m , ó E coli đ iề u h o à c ủ a Hước n à y

do đ ổ n g thời 3 đ ồ n g phân e n z y m a sp a rta tk in a sc:

- A s p a rta tk in a s e I b ị k ìm h ãm kết hợp ngược bằng th reo n in

p hám a x it a m in c u ố i c ù n g c ủ a từng c h u ỗ i riên g N g o à i ra, người ta cò n th ấ y E coli c ó

hai h o m o se rin d e h y d ro g e n a se k h á c n h au là h o m o se rin d e h y d ro g e n a se I bị k ìm h ã m b ằn g

Ih re o n in và h o m o s c riiid e h y d ro g e n a s e I I bị k ìm hãm b ằn g m e th io n in N h ờ h a i đ ồ n g

phân e n z y in n à y (I v à I I ) k h i tổng hợp dư thừa threo nin c h ú n g bị k ìm h ã m , c ò n tổ n g hợp

m e th io n in k h ô n g bị ản h hướng Đ á n g c h ú ý là đ ồ n g p h ân e n z y m I v à I I c ù a

asp artatkin ase \'à h o m o se rin d e h y d ro g e n a se đ ề u c ó chất k ìm h ãm v à trấn á p như n h a u

N hữ ng m ó tá vừa q u a c h o th ấy rằng asp artatk in ase I v à h o m o s e rin d e h y d ro g e n a s e

I c ù n g c ó k iể u p h ân tứ như n h au và a sp a rta tk in a sc I I và h o m o s e rin d e h y d ro g e n a s e I I

c ũ n g là Iihững phân tứ c ù n g k iể u g iố n g n h au N h ư v ậ y , m ột p h ân tử x ú c tác m ỗ i lầ n theo

h a i c á c h ch o hai p h ản ứng hoàn toàn k h á c n h a u T ro n g đ ó m ộ t c á c h ià c h u y ể n p h o sp h at

từ A T P dến a x it a s p a ra g in ic và m ột c á c h là c h u y ế n h y d ro từ p y r id in n u c le o t id ( N A D P H )

đốn L -a s p a r t y l-P -s e m ia ld e h y t (C o h e n , T r u f f o -B a c h i).

Phức hợp a sp a rta tk in a s e -l-h o m o s e rin d e h y d ro g e n a s e I c ó trọ ng lượng 3 6 0 k D a v à

được cấu thành từ 4 dưới đơn v ị đ ồ n g nhất M ỗ i dưới đơn v ị k h o ả n g 9 0 k D a T h í n g h iệ m

th u v phân p ro tcin g iớ i h ạn c ủ a p ro te in -e n zy tn và làm th a y đ ổ i đột b iế n ờ E coli th íc h

hợp người ta th ấy h o ại đ ộ n g c ủ a c á h a i e n z y m kh u trú ờ c á c v ù n g k h á c n h a u trên c á c

dưới đơn v ị H o ạ t đ ộ n g c ú a aspartatkina.se th ấy x â y ra trên đ o ạ n c h u ỗ i p o ly p e p tid m à c ó

n h ó m a in in đ ầu c ù n g , c ò n hoạt đ ộ n g c ủ a h o m o se rin d e h y d ro g e n a se th ấy x ẩ y ra ở p h ầ n

m à có nhó m c a r b o x y l tận cù n g N h ư v ậ y là m xuất h iện e n z y m h a i ch ứ c n ă n g , d o p h ân

h o á g cn trong q u á trìn h tiến hoá.

H o ạ t đ ộ n g c ủ a h ai p ro te in -e n z y m c ó nhữ ng m ố i q u an hệ ch é o : c á c c ơ ch ấ t c ủ a

a sp a rta tk in a se là a x it a s p a ra g in ic và A T P thì có tác d ụ n g k ìm h ãm hoạt đ ộ n g

h o m o s e rin d e h y d ro g e n a s e , cò n h o m o se rin và N A D P ^ lại k ìm h ãm a sp a rta tk in a se N h ữ n g tác d ụ n g trao đ ổ i n à y rõ ràng c ó sự p h ân h o á chứ c năng giữa h a i hoạt tín h e n z y m c ủ a phứ c hợp e n z y m n à y và như v ậ y c ó thể s in h tổng hợp m e th io n in , th re o n in v à is o le u c in

Đ iề u ít x ẩ y ra là tất c ả c á c cơ c h ế đ iề u hoà c ủ a họ asp artat, q u a c á c p h ân líc h về

đ iể u h o à q u á trìn h tạo thành is o le u c in từ ih re o n in E n z y m đ ầu tiên c ú a c h u ỗ i p h ản ứng

n à y là th re o n in d e h y d ra ta se (th re o n in d e sa m in a se ) rất n h ậ y c ả m v à bị k ìm h ã m b ằn g

is o le u c in - sản p h ẩm c u ố i c ù n g c ủ a c h u ỗ i C ơ c h ế đ iề u hoà n à y c ó ý n g h ĩa k in h l ế lớn

la o đ ố i với tế b ào v i k h u ẩ n K h i g iả m n ồ n g đ ộ is o le u c in , d o tổng hcrp p ro tein tăn g , lú c đó

lá c d ụ n g k ìm h ãm c ủ a is o le u c in đ ố i với th re o n in d e h y d ratase g iá m , d ẫ n đ ến là m tãng tống hợp is o le u c in N g a y lậ p lức g iả m g iá trị c ầ n thiết c ù a is o le u c in d o sử d ụ n g đ ể lổ n g hợp p ro te in v à s in h trướng c ú a v i s in h vật th í n g h iệ m , nên cầ n tổng hợp is o le u c in tiếp

p ic o n a ts y n lh e ta s e như k iể u đ iề u h o à c ủ a L -is o le u c in

c) Điều hoà glutamimynthetase bằng thay đổi cộng hoá trị

G lu t a m in s y n th e ta s c x ú c lá c p h ản ứng lạ o thành g lu ta m in từ a x il g lu ta m ic và

a m m o n ia c k h i tiê u h ao A T P :

H O O C - C H 2- C H 2- C H - C O O H + n h ; + A T P - >

N H2( N H , ) 0 C - C H 2 - C H , - C H - C O O H + A D P + p

T ổ n g hợp g lu ta m in sy n th e ta se x á y ra k h i nồ ng độ c a o , c ò n a x it g lu ta m ic lạ i

là ch ất tiãn áp c u a q u á trình này E n /.y m ít c h u y é n h o á, v ì nó bị k ìm h ã m phố i hợp c ú a

n h iề u chát k liá c n h au như: C T P A M P , tryp to p han, h is lid in v v b ằn g kết hợp ngược

âm N hư ng ý n g h ĩa q u vết đ ịn h là e n z y m tồn tại h ai d ạn g b iên đ ổ i lương h ỗ , m ột d ạ n g là liê n kết cộ n g hoá irị với a x it a d c n y lic (d ạn g a d e n y l h o á), c ò n d ạ n g k ia là lo ạ i a d e n y lic (d ạn g k h ỏ n g a d c n y l ho á).

G lu ta m in s v n th e ta s e có trọng lượng phân tử k h o á n g 6 0 0 k D a , thực chất 10 d o ỉ 2

dưới đơn vị đ ồ n g nhất câ u thành H o ạt đ ộ n g c ủ a c n z y in c ũ n g như c á c tín h c h ã : k h á c c ủ a

g lu ta m in s v n th c ta s e (ch u v ê n hoá với c a tio n , bị k ìm h ãm và p H -t ố i ưu) bị b iến đ ổ i k h i

th av đ ổ i cộ n g hoá trị c ù a p ro te in -g lu ta m in sy n th e ta se N hữ n g th ay đ ổ i x á y ra ở g ố c

ty ro s y l cú a dưới đơn v ị thuộ c d ạn g a d c n y l h o á Sau đ ó , e n z y m a d e n y l h o ả h o àn toàn thì

có chứ a 1 2 g ố c a d c n y lic liê n kết c ộ n g hoá trị C h ấ t c h o a d e n y lic là A T P :

12ATP + (HO - R),, - E n z y m — ► (Ad - Ri - p - o - R ) , 2 - E n z y m + 1 2 P ~ P

n h ân tô' tác d ụ n g k h á c n h au D ạ n g a d e n y l h o á được k íc h th íc h b ằ n g g lu ta m in v à k ìm

156 ĐIÊU HÒA CÁC ỌUÁ TRÌNH TRAO Đ ổl CHẤl TẾ BÀO

a d e n y ltra n s fc ra se , ngược lạ i d ạ n g Hên kết U M P thì k íc h th íc h lo ạ i a d e n y l h o á c ủ a

a d e n y ly ltra n s íe r a s e U r id y l h o á P|| được x ú c tác b ằn g u riđ y ltra n s íe ra s e , c ò n lo ạ i u r id y iy l

ho á P |,-( U M P)4 nh ờ h y d ro la se

4 U T P + p„ Undylyliransíerase P _ ^ (U M P ), + p ~ p

P „ -( U M P ) , + 4 H P p„ + 4 U M P

P|I c ó trọ n g lượng p h ân tử 4 4 k D a v à d o 4 dưới đom v ị c ấ u th àn h M ỗ i dưới dơn v ị

c ó h a i g ố c ty ro s in v à từng dưới đơn v ị đ ề u được u r id y l h o á H ìn h 7 5 m ô lả m ố i q u a n hệ giữ a a d e n y ltra n s íe ra s e với P|| v à cơ c h ế d ò n g c h ả y xuất h iệ n K iể u đ iề u h o à n à y g iố n g hệt vớ i p h ản ứng d ò n g c h ả y k h i đ iề u hoà

p.

4UMP Adenylyltrạnsíerase

M 9 - ? \ 3iutaminsynthetase-i2AMP

12ADP

12P

N h ư n g hệ thống d ò n g c h ả y h a i c h u trình c ủ a g lu ta m in s y n th e ta s e k h á c với hệ thống p ho spho i v la s c là c h ín h e n z v in x ú c tác phản ứng thuận, lạ i x ú c tác q u á trìn h ngược lại iưoíng tự a d e n y l hoá và lo ại a d e n y l , đ ồ n g thời hai dạng P|| b iế n đ ổ i tương hỗ với n hau

và m ỏ i d ạn g xác đ ịn h c h ié u hướng p hản ứng a d e n y ltran sfe rase riê n g K h á c vớ i e n z y m

n ày thì m ỗ i e n z y m iro ng hệ thống p h o sp h o ry la se c h i xú c tác d ạ n g hoạt đ ộ n g c ủ a e n z y m bước tiếp theo Bời v ì m ỗ i d ạn g p h o sp h o ry ỉa se hoạt đ ộ n g h a y k h ô n g ho ạt đ ộ n g d o được hoạt hoá b àn g cá c e n z y m k h á c n h au.

7 3 2 Đ iề u h o à s in h tổ n g hợ p p r o te in v à h o ạ t đ ộ n g gen

N gư ờ i ta đã phát h iện th ấy ớ v i k h u ẩ n cũ n g như nhữ ng tế b ào s in h vật b ậc cao ,

k h ô n g phái lú c nào cũ n g có đ ồ n g thời đ ầ y đ ú c á c e n zy m m à c h ú n g c ó thể tổng hợp

e n zy m k h i cầ n thiết K h ả n ăn g tổng hợp c á c e n z y m trong từng thời đ iể m n h ất đ ịn h , n h ìn

c h u n g lớn hơn là có m ặt e n z y m trong tế bào N ó i x a hơn là e n z y m trong tế b ào th ay đ ổ i

lu v th u ộ c v à o cá c đ iều k iệ n m ỏ i trường k h á c n h a u Đ ié u đ ó đ ã được ch ứ n g m in h b ằng

n h ie u kết q u ả n g h iê n cứu s in h h o á v à d i tru yền T ro n g đ ó c ó nhữ ng v í d ụ trao đ ổ i phức tạp giữ a cơ thê với m ò i trường v à đ ồ n g thời m ỏ rộng k iế n thức về c á c h tác d ụ n g gen.

N h iề u chất có k h á n ãn g là m tàng tổng hợp c á c e n z y m h a y h ệ th ố n g c á c e n z y m nhất d ịn h ớ v i sin h vật, c ũ n g như đ ộ n g thực vật Người ta g ọ i h iộ n tượng đ ó là “c ả m ứng” M ột v í dụ cá m ứng đ ã được n g h iê n cứu kh á k ỹ , đ ó là hệ th ố n g la cto se ở

Escherichia coìi. N g h ĩa là lacto se c ó tác d ụ n g là m tăng tổng hợp n h iề u e n z y m K ế t q u ả tăng tổng hợp n à y là do c ả m ứng c ủ a c h ín h lacto se h ay m ột P -g a la c lo s id e k h á c N gư ờ i ta

g ọ i c á c ch ât như v ậ y !ầ ch ãt c á m ứng N h ữ n g v í d ụ k h á c c ủ a c à m ứng e n z y m là tổng hợp

p e n ic illin a s e sau k h i thêin b e n z y lp c n ic illin v à o m ỏ i trường h a y tổng hợp a -a m y la s e sau

k h i thêm m alto se v ào m ô i trường n u ô i c ấ y v i sin h vật C ò n ờ đ ộ n g vật c ó v ú người ta

c ũ n g đ ã phát h iện thấv như Iry p to p h a n p e ro x id a sc c ú a gan, c ó thể là m tăng tín h c ả m ứng

b ằn g trypto phan và x a n th in o x id a s e c ó thể là m tâng tính cả m ứng b ằ n g x a n th in h o ặ c là m tăng tính c ả m ứng c ủ a ad e n o sin d e sa m in a.se b ằng a d e n o sin

H iệ n tượng cá m ứng n g h ĩa là tăng tổng hợp e n z y m , như v ậ y rõ ràn g c ó g iá trị

k in h tè ;a o trong trao d(Si ch át tế b ào v à c ó kh á n ăn g th ích úfng vớ i th ay đ ổ i đ iề u k iệ n

m ò i trường.

T ừ lâ u , người ta đã biết giữ a c á c ch ất c à n i úTig và cơ c h ấ l c ủ a c á c e n z y m h a y hệ

th ố n c c n z y m cả m ứng thường c ó sự tương đ ồ n g vé m ặt câ u trú c T ấ t n h iê n á i lực liê n kết giữ a cliấ t c ả m ứng \'à cơ ch ất v à o e n z y m k h ô n g g iỏ n g n h a u Đ iề u đ ó ch ứ n g tỏ k h ô n g

p h ái c h í lá c d ụ n g đơn thuần c ủ a cơ c h â ì đến tổng hợp e n zy m N h ữ n g p h â n tíc h tương tự

c h o th ấy là n g c á c e n zv m c á m ứng c ù a E coỉi như p g a la c to s id a s e , tryp to p h an ase v à D

s e rin d e s a m in a s e b iể u h iệ n n g a y 3 phút sau k h i thêm từng ch ất c ả m ứng v à o m ô i irường

N h ư \ ậ y chứ ng tỏ, d o k ê ì q u ả th êm ch ất c ả m ứng c ó ảnh hường đ ế n q u á Irìn h trao đổ i

ch ất, trước k h i p h ân tử e n z y m đ ầ u tiên được tổng hợp T r o n g đ ó , kết q u ả c ả m ứng c ó thể

d ẫn tới là m tăng hoạt đ ộ n g e n z y m h àn g n g h ìn lầ n so vớ i tổng hợp e n z y m N gư ờ i ta đã chứ ng m in h ờ E coli c ó hệ thống c á c e n z y m c ả m ứng tiêu h a o la cto se là P -

g a la cto sitp e rm e a se , P -g a la c to s id a s e v à th io g a la c to sid tra n s a c e ty la s e

C ả m ứng là h ìn h ản h trái ngược vớ i trấn áp K ế t lu ậ n n à y đ ã được n g h iê n cứu

n h iề u ở v i s in h vật “T r ấ n á p ” là nhữ ng ch ấ t nhất đ ịn h c ó k h ả n ăn g k im h ã m tổng hợp

e n z y m V í d ụ , b ìn h thường v i s in h vật c ó k h ả n ăn g tự tổng hợp c á c a x it a m in nhất đ ịn h (a rg in in , tryp to p h an , h is tid in ) N h ư n g k h i thêm ba a x ita m in n à y v à o m ỏ i trường n u ò i c ấ y

v i s in h vật n à y th ì th ấy k ìm h ã m tổng hợp c á c e n z y m tổng hợp c á c a x it a m in n à y N h ư

v ậ y , người ta n ó i c á c a x ita m in n à y c ó chứ c n ăn g trấn áp.

C ả m ứng v à trấn áp là h a i m ặt trái ngược n h a u và c ó q u a n hệ m ậ t thiết \ ’ới n h au

C ả m ứng c h ủ y ế u c ó tác d ụ n g vớ i tổng hợp c á c e n z y m tổng hợp c á c c h ấ t c ầ n th iế t, cò n trấn á p c h ủ y ế u c ó tác d ụ n g với c á c e n z y m p h ân g iả i C ả h a i trường hợ p rất p h ổ b iế n và

c h u y ê n h o á c a o k h ô n g c h ỉ đ ố i vớ i ch ất c ả m ứng v à trấn á p m à cò n c ả hệ th ố n g e n z y m

c ả m ứng h o ặc trấn á p (re p rim ie rte ) C ả m ứng v à trấn áp c ò n đuợ c trìn h b à y theo q u an

đ iể m p h ân tíc h g e n như sau đ â y

C h ú n g ta iấ y h iệ n tượng c ả m ứng c ủ a hệ th ống la cto se là m v í d ụ : người ta đ ã

p h ân lậ p được h a i đột b iế n (m u tan t) k h á c n h a u , c h ú n g k h ô n g thể tổ n g hợp p e rm e ase

c ũ n g như p -g a la c to s id a s e C ấ u trú c c ủ a h a i phân tử p ro tein n à y được x á c đ ịn h b àn g h ai gen c ấ u trúc là y v à z C ả h a i e n z y m n à y c ủ a hệ th ố n g la cto se c ũ n g được tổng hợp k h i c ó

k iể u đột b iế n thứ b a, k h i v ắ n g m ặt ch ất c ả m ứng (đột b iế n c ấ u h ìn h - c o n s titu tiv e ) N h ư

v ậ y , đột b iế n gen n à y là d o đ iề u h o à h o ặ c k iể m tra c ô n g v iệ c c ủ a g e n y v à z (g ọ i là gen

đ iề u h o à) N h ữ n g n g h iê n cứu k h á c c h o b iết thêm rằng c ò n m ộ t n h ó m g e n thứ ba c ũ n g

th am g ia k iể m tra tổ n g hợp c á c p h â n tử p ro te in , đ ó là gen “o perato r” (g e n đ iề u h àn h ) C ả

b a k iể u gen n à y c ó tín h đ ộ c lậ p riê n g , như ng về phương d iệ n s in h h o á , người ta x ế p

c h u n g v à o q u á trìn h tổng hợp p ro te in

N g ư ờ i ta c ó thể tóm tắt c ả m ứng v à trấn áp theo nhữ ng q u a n đ iể m k h á c n h a u (Ja c o b v à M o n o d ) N h ư đ ã đề c ậ p ở trên, kết q u ả q u i đ ịn h c ấ u trú c c ủ a m ộ t c h u ỗ i

p o ly p e p tid bắt n g u ồ n từ tổng hợp A R N th ô n g tin q u i đ ịn h N h iệ m v ụ c ủ a từng gen c ấ u trúc được q u i đ ịn h b ằng hoạt đ ộ n g g e n op erato r v à về phưcmg d iệ n hoạt đ ộ n g g e n operato r lạ i được k iể m tra bằn g gen đ iề u h o à G e n đ iề u h o à sản s in h y ế u tô' trấn áp, c ó

n h iệ m v ụ k ìm h ã m gen o perator C á c y ế u tô' trấn á p gen k h á c với k iể u trấn áp c h u y ể n

h o á (a rg in in , h is tid in , ở t r ê n ) T r ấ n á p c h u y ể n h o á c ó thể tác d ụ n g k ìm h ã m h o ặ c riê n g