MIỄN DỊCH CƠ SỞ HAY NHẤT

102 10 0
  • Loading ...
1/102 trang
Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 17/04/2018, 23:19

Chương CÁC NGUN TẮC ĐÍỀU HỊA TRAO Đổỉ CHẤT 6.1 VÀI NÉT S LƯỢC VÊ ĐlỀU KHIỂN học 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 i v c ó ý n g h ĩa v ô c ù n g lớn la o v iệ c tìm h iể u q u trìn h số n g , đ ó đ iề u k h iể n h ọ c Đ iề u k h iể n h ọ c m ộ t n g àn h k h o a h ọ c m i phát triển v ò n g 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 k iể m tra, đ iề u h o à, tru y ề n tin v c h ế b iế n th ô n g tin h ệ thống s in h h ọ c (W e n e r) T c c q u i lu ậ t c ó tín h ch ất tuần h o àn v 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 c m ô h ìn h h o để m tả c c h ế đ iề u h o 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 c q u trìn h c h u y ể n h o c thể V í d ụ n g h iê n u c c x u n g lượng th ần k in h v tru yền c c x u n g iượng đ ó , c ũ n g p h â n t íc h m ố i q u a n hệ đ iề u h o c 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 tín h q u i lu ậ t c ủ a c c h ệ thống tự đ iề u h o c h u ỗ i p h ản ứng trao đ ổ i ch ất tế b , m d o m ộ t e n z y m c h ủ đ o x ú c tá c B i v ì trao đ ổ i ch ấ t c ó m ố i q u a n hệ hữu giữ a c c q u 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 m ộ t h ê th ố n g k ín m c ố n h iề u th 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 vữ ng vớ i nhữ ng tá c đ ộ n g từ bên n g o i hệ th ố n g (h ìn h ) N ó c ó n h iệ m v ụ g iữ m ột g iá trị n o đ ó k h ô n g th a y đ ổ i, v í d ụ h m lượng A T P cô' đ ịn h h a y trạng th 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 tế b 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 d ịc h tế bào c ó 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 p h ụ c h 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 c h ấ t đ iể u k h iể n b ị ản h hưởng k é o d i m ã i đ ế n k h i hộ thống trở lạ i trạng th b ìn h thưcmg 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 u, người ta đ ã ch ứ n g m in h m h ìn h h ìn h p hù hợp vớ i tín h c h ấ t c h u n g c ủ a b iế n đ ổ i A T P tro n g tế b (c c p h ản ứng c u n g c ấ p A T P h ô h ấp , đường p h â n , ) N g h ĩa k h i h m lượng A T P g iả m th ì th ấ y n n g đ ộ A D P p h o sp h a t v ô tro n g tế bào tăng lê n , d o đ ó đ ò i h ỏ i p h ải tăng cường thực h iệ n p h ả n ứng tổ n g hợp A T P hộ thố ng trao đ ổ i ch ấ t T ố c đ ộ c ủ a c c q u trìn h c u n g c ấ p A T P n y 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 nút đ iề u k h iể n g ọ i câ n b ằ n g đ ộ n g g iữ a c c p h ản ứng tiê u h ao v c u n g c ấ p n ă n g lượng c ủ a trao đ ổ i ch ấ t tế bào N ú t đ iề u k h iể n thưcmg x u y ê n b ị p h h u ỷ , n g h ĩa thưòmg x u y ê n m th a y đ ổ i trạng thái c ủ a hệ th ố n g a d e n y lic , h m lượng A T P tế bào ( v í d ụ nhữ ng tác đ ộ n g từ b ên n g o 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 v ậ y c ó k h ả n ăn g m m ất c â n b ằ n g c ủ a hệ th ố n g T h n h p hần c u ố i c ù n g ch ất đ iề u k h iể n m n h iệ m v ụ đ iề u k h iể n , v ì c h ú n g 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 m b iế n đ ổ i ăn kh p vớ i tốc đ ộ c ủ a c c p h ản ú n g c u n g c ấ p A T P tro n g g ia i đ o ạn m i Vị trí phá hùy làm thay đổi cân bằrig động tổng hợp phân giải A TP i Nút điều khiển Mức độ điểu khiển ATP Cân động phản ứng trao đổi chất tiêu hao cung cẩpATP Tốc độ phản ứng cung cấp A TP (quan trọng) Những phản Cmg cung cấp A TP C H Ấ T Đ IỂ U K HIỂN Giá trị cẩn thiết nồng độ ATP tế bào (ý nghĩa chủ đạo) Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển tuần hoàn lưu lượng ATP tế bào T r o n g trao đ ổ i ch ấ t tế b , người ta đ ã tìm th ấ y c ó n h iề u v ò n g đ iề u k h iể n tuần h o n ( c c c h u trìn h trao đ ổ i c h ấ t) theo k iể u đ ã m ô tả m 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 n g m ự c đ ịn h D o đ ó , thể s in h vật, c h ú n g tạo th àn h m ột m n g NÂNG LƯỢNG SINH HỌC 121 lưới phức tạp nhữ ng c h ế k iể m tra đ ể đ ả m bảo trìn h tự trao đ ổ i ch ấ t d iễ n b ìn h thường T ro n g đ iề u k h iể n h ọ c , k h 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 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 hệ thống đ ộ n g h ọ c b ị th a y đ ổ i d o bắt n g u n từ tá c d ụ n g ngược lạ i c ủ a sản p h ẩm c h ín h q u trìn h đ ó T c d ụ n g ngược lạ i tro n g trao đ ổ i ch át 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 o , d o đ ó m th a y đ ổ i tốc đ ộ c h u y ể n h o d ò n g ch ất tro n g q u trìn h c h u n g N h v ậ y , c ó thể n ó i đ ó m ột hệ thống tự đ iề u ho T c d ụ n g ngược lạ i c ó thể dương h a y â m , tu ỳ th u ộ c v o ch ấ t tá c d ụ n g m hoạt h o 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 k ìm h ã m e n z y m L th re o n in d e sa m in a se Escherichia coli v n ấ m m e n b ằn g L -is o le u c in n h s a u ( h ìn h ) ; k ìm h ã m s in h tổng hợp p y r im id in b ằn g C T P (h ìn h ) C H ,- C H - C H - C O O H O H NH, NH/ Threonin Threonindesaminase ^ a lp h a -c è to b u ty t a lp h a -C e to h y d ro x y b u ty t a lp h a -b e ta -D ih y d ro x y -b e ta -m e th y lv a le t G a lp h a -C e to -b e ta -m e th y lv a le t CH3-CH-CH-COOH CH3-CH2-NH2 -L - iio U u n H ìn h 6.2 Sinh tổng hợp is o le u c in từ threonin C ò n tác d ụ n g dương trở lạ i, v í d ụ ho ạt h o p e p sin o g e n v t ry p s in o g e n b ằ n g p ep sin try p s in (x ú c tác tự đ ộ n g ) v hoạt h o 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 fr u c to s e -l,6 -d ip h o s p h a t v A D P ( h ìn h ) CÁC NGUYÊN TẮC ĐlỀư HÒA TRAO Đổl CHAT 122 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 g ọ i k iể m tra k é p , đ ó là: - M ộ t k iể m tra k h ố i lượng, n g h ĩa q u i lu ậ t tạo thành h a y p h â n g iả i liê n kết e n z y m - ch ất - H a i k iể m tra đ iề u k h iể n nhờ nhữ ng tín h iệ u h o h ọ c thưòrng g ậ p đ ố i vớ i c c e n z y m d ị lậ p thể, m c ó thể d ẫ n đ ến hoạt h o h a y k ìm h ãm (x e m c h u y ê n đ ể e n z y m ) K iể m tra k é p sở c ủ a g iả th u yế t đ iể u k h iể n h ọ c D o đ ó , đ ả m b ảo câ n b ằn g trao đ ổ i ch ất m c h o thể tồn tại, d u y trì, s in h trưởng v phát triển b ìn h thường ^ / NH NH2 CH WI 12 o =c o=ệ \ o p * h,n-c-h ;1 = u Carbamylaspartat CH, CTP (iình 6.3 Tổng hợp pyrỉmidỉn kìm hăm aspartattranscarbamylase báng CTP F-6-G + ATP Phosphructokinase t Q F- 1.6-diP + ADP Hình 6.4 Tác dụng ngược dương ADP FDP đến hoạt động phosphofructokinase NÀNG LƯỢN(i SINH HỌC 123 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 K h i n iệ in c h u n g T ro n g nhữ ng chương vừa trìn h b y , c h ú n g tòi đ ã đ ề c ậ p đ ến n h iề u k h i n iệ m đ iể u hoà irao đ ổ i c h ấ t, v í d ụ h iệ u q u ả Pasteu r, đ iề u h o g lu c o se h o , đ iề u h o tổng hợp v p h ân g iá i g ly c o g e n v v T ro n g chư ơng n y , ch ú n g m u ố n đ i sâu v nhữ ng sớ c ủ a đ iề u hoí'i trao đ ổ i ch ất q u a đ ó làm q u e n vớ i lín h q u i luật q u a n trọng m c ó tronp đ iề u h o 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 v í d ụ từ hệ thống p h ản ứng trao d ổ i ch ất p hạm vi trao đ ổ i n ãn g lượng trao đ ổ i h y d 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 c thể số n g trạng th ổ n đ ịn h c a o , n g h ĩa x c đ ịn h c h ín h x c tất c ả c c q u trìn h x ẩ y Đ ó k h ả n ăn g p h ản ứng nhữ ng đ iể u k iệ n k h c n h a u , v í d ụ n g ủ n g h i v ho ạt đ ộ n g v ẫ n d iễ n c c q u trìn h p h ân g iả i tổng hợp, c ả m ứng trấn p , c c đ iề u k iệ n k ỵ k h í h iế u k h í T r o n g m ỗ i trường hợp, m ỗ i thể c ó c c c h ế k iể m tra tự đ iề u h o đ ể đ ả m bảo th íc h ứng c a o với m ô i trường x u n g q u a n h v c ả q u trìn h số n g c ủ a c h ú n g 2 N h ữ n g q u a n đ iể m đ iề u h o 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 sơ' lượng c ò n đ a n g v ấ n đề tranh c ã i T h e o q u a n đ iể m đ iể u h o số lượng c ò n c ầ n p h ải c ó sở lý th u yế t, thực n g h iệ m , c c p h ân tíc h v b ằn g ng ng m in h K iể m tra p h ân tích trao đ ổ i ch ấ t p h ả i dựa v o h a i 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 m ộ t c h u ỗ i trao đ ổ i ch ấ t, lừ ng p h ần riê n g k h n g phụ thuộ c v o hệ thống c h u n g b D ự a v nhữ ng tín h ch ất đ ộ n g h ọ c v q u a n hệ vớ i n h iệ t đ ộ n g h ọ c c ủ a hộ th ố n g c h u n g c h u ỗ i trao đ ổ i ch ất h a y c h u trình trao đ ổ i ch ất đ ã n g h iê n c ứ u ,v v T đ ó c ó thể h iểu rằng: tín h ch ất c ủ a m ộ t hộ th ố n g tổng s ố c c tín h ch ấ t từ c c p h ần riê n g c ủ a hộ thố ng m thực h iệ n c c k iể m tra p h â n tíc h dựa v o h a i sở đ ã n trẽn V ề phư ong d iệ n m ò i trường c ủ a m ột e n z y m đ ịn h c ầ n p h ả i theo d õ i b ằ n g p h ân tíc h k iể m tra th ay đ ổ i hoạt đ ộ n g c ủ a n ó , k h i th a y đ ổ i n n g độ m ộ t ch ấ t c h u y ể n h o đ ố i với đ ộ n g h ọ c c ủ a e n z y m n g h iê n u ( v í d ụ c ch ấ t, c o e n z y m , ch ất tác d ụ n g â m h a y dương, v v ) Đ ặ c trưng s ố lượng hệ sô' d ao đ ộ n g , đ ịn h n g h ĩa sau : 124 CÁC NGUYÊN TẮC ĐlỀU HÒA TRAO Đổl C R \T _ A v /v A s /s A v th ay đ ổ i tốc đ ộ p h ản ứng d o e n z y m x ú c tác x c đ ịn h b ằ n g th a y đ ổ i nồng độ A s c ủ a m ộ t ch ất c h u y ể n h o tro n g p h ản ứng e n z y m N h ữ n g th a y đ ổ i tố c độ p h ả n ứng b iể u th ị b ằ n g A v /v v A s /s p h ụ th u ộ c v o th a y đ ổ i n n g đ ộ c h ấ t c h u y ể n h o , k h i đ ọ ho ạt đ ộ n g c ủ a m ỗ i e n z y m b ị ả n h hưởng tất c ả c c tiể u p h ầ n p h ả n ứng : c h ấ t, sản p h ẩ m , c o e n z y m , c c ch ấ t tác d ụ n g d ị lậ p thể, V.V S ả n p h ẩ m c ủ a hệ th ố n g hệ s ố d a o đ ộ n g vớ i n n g đ ộ c h ấ t c h u y ể n h o A s /s g ọ i đ p ứng c ủ a hệ th ố n g ( A v /v ) , n g h ĩa thể h iộ n th a y đ ổ i tốc đ ộ p h ả n ứng c ủ a e n z y m n y G i trị e th ì h o ặ c dư ơng h o ặ c 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 m th a y đ ổ i m ộ t ch ấ t c h u y ể n h o 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 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 n g đ ộ e n z y m (đ iề u h o g ia i đ o n g e n ) h a y n n g đ ộ m ộ t c h ấ t c h u y ể n h o ( đ iề u h o c h u y ể n h o ) m k h ô n g c ó ả n h hưởng đ ế n th a y đ ổ i tốc đ ộ c ủ a toàn h ệ th ố n g Sự th a y đ ổ i c h u ỗ i trao đ ổ i c h ấ t ( A J ) từ đ ầ u (J) p h ụ th u ộ c v o th a y đ ổ i h o ạt đ ộ n g h a y n n g đ ộ e n z y n i c ủ a c h u ỗ i n y ( A E ) tá ch từ ho ạt đ ộ n g b a n đ ầ u ( E ) , g ọ i h iệ u q u ả k iể m tra d ò n g c ch ấ t: c= AJ/J AE/E Đ ố i v ó i d ò n g c h ấ t tro n g trạng th i tĩn h th ì c ó n h iể u h iệ u s ố k iể m tra d ò n g v ậ y , tro n g đ ó c ó e n z y m c ủ a h ệ th ố n g trao đ ổ i ch ấ t n y T h e o g iả th u yế t n y th ì e n z y m g ó p m ộ t Ị ^ ầ n tốc đ ộ 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 nhữ ng g iả th u y ế t k iể m tra b iế n đ ổ i q u a a o đ ổ i ch ấ t đ ã trìn h b y M ỗ i e n z y m s ắ p x ế p m ộ t p h 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 dư ơng h a y â m c ó g iá trị k h c n h a u từ e n z y m n y đ ế n e n z y m k h c G i trị lớ n đ ã k h ấ u trừ, c ò n lạ i p h ầ n c ủ a m ỗ i e n z y m k iể m tra d ò n g b iế n đ ổ i c h u ỗ i trao đ ổ i ch ất T nh ữ ng Ịrfiần đ ã trìn h b y 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 n g đ ộ e n z y m g ọ i b iế n đ ổ i vật ch ấ t toàn c h u ỗ i, m x u ấ t h iệ n b iế n đ ổ i n n g đ ộ c c c h ấ t tru n g g ia n N h ữ n g b iế n d ổ i n y g ọ i ià h iệ u q u ả k iể tn tra n ổ n g đ ộ NÀNG LƯỢNG SINH HỌC H iệ u q u ả k iể m tra n n g đ ộ 125 = A E /E N h v ậ y , c h ú n g nhữ ng th a y đ ổ i p h ần n n g đ ộ c ch ấ t (c h ấ t c h u y ể n h o ) m ộ t c h u ỗ i k h i c ó b iến đ ổ i hoạt đ ộ n g h a y n n g đ ộ e n z y m n h ất đ ịn h N ó c ó hộ s ố k iể m tra n n g đ ộ v c ố bước x ú c tác e n z y m c h u ỗ i trao đ ổ i c h ấ t thường g ặp C 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 v h iệ u s ố k iể m tra d ò n g h a y k iể m tra n n g đ ộ c ó m ố i q u a n h ệ sô' lượng với n h a u Đ ó n h ữ ng trả lờ i c ủ a hệ th ô n g c h u n g dựa nhữ ng b iế n đ ổ i đ iề u k iệ n bên n g o 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 nhữ ng trả lời c ủ a 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 R ap o p o rt đ ề n g h ị đ ã ứng d ụ n g để g iả i th íc h đường phân h n g c ầ u , s in h tổng hợp a rg in in N e u r o s p o , v â n c h u y ể n đ iệ n tử q u a m n g ty thể, c ũ n g p h ân g iả i a x it a m in n h ân thơm tế b o g a n , N g i ta đ ã phát h iệ n h n g c ầ u c ó c c e n z y m c ủ a đưòíng p h â n ( g ly c o ly s e ) nh h e x o k in a s e v 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 o n g k iể m tra d ò n g v ậ t ch ấ t, m c h ủ y ế u ỉà c c ch ấ t c h u y ể n h o c ủ a q u trin h đường p h â n M ộ t p h â n t íc h c h i tiết v đ ầ y đ ủ try p to p h a n d io x y g e n a se tế b g a n , ng tỏ e n z y m n y c ó v a i trò đ iề u h o sô' lượng k h i p h ân g iả i trypto phan C c d iệ n đ iề u h o Đ ặ c trưng d ố i vớ i thể số n g trạng thái ổ n đ ịn h c a o , n g h ĩa c h ú n g p h ả n ú n g xác với tất trình xẩy thể Piểu thực hiên đ iề u k iệ n k h 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 ho ạt đ ộ n g v ẫ n x ẩ y c c q u trìn h p h â n g iả i tổng hợp, c ả m ứng v trấn p , h iế u k h í v k ỵ k h í.v v T r o n g m ỗ i trường hợp c ó c c c c h ế k iể m tra v tự đ iể u h o đ ể đ ả m b ả o ă n k h p tố i đ a c ủ a thể số n g vớ i thời k ỳ v c ả q u trìn h số n g N gư i ta c ó thể c h ia đ iề u h o th n h b a lo i k h c n h a u là: - Đ iề u h o c h u y ể n h o - Đ iể u h o giai đoạn gen (đ iể u h o tác d ụ n g n g o i m ô i) - Đ iề u h o h o ạt đ ộ n g gen a Điều hoà chuyển h oá (Metabolism) N g i ta g ọ i h iệ n tượng đ iể u h o à, m x ẩ y tế b o , k h i c ó 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 đ iề u h o c h u y ể n h o T r o n g h ệ th ố n g n y b a o g m c c tá c d ụ n g trao đ ổ i giữ a e n z y m vớ i ch ấ t, c ũ n g c c c h ấ t k ìm h ã m v h o ạt h o N g o i cò n c ó c c c d ụ n g m th ay đ ổ i c ấ u h ìn h d ẫ n đ ế n m th a y đ ổ i ho ạt đ ộ n g 126 CÁC NGUYÊN TÁC ĐlỂư HÒA TRAO Đổl CHAT e n z y m , v í d ụ liê n kết c c ch ất tác d ụ n g dương h a y â m , trường hợp đ ố i vớ i c c p ro te in d ị lậ p thể M ặ t k h c , k h i c ó c c b iế n đ ổ i th uận n g h ịc h hệ th ố n g c ũ n g d ẫ n đ ế n m th a y đ ổ i cộ n g h o trị c ủ a p ro te in -e n z y m , d o đ ó d ẫ n đ ế n m th ay đổi 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 th ì c c q u trìn h p h â n g iả i c ó tác d ụ n g trao đ ổ i g iữ a ch ấ t v 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 c ch ấ t c h u y ể n h o b ị b iế n đ ổ i b ằ n g e n z y m , c ũ n g 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 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 m ộ t chừ ng m ự c đ ịn h Q u trìn h n y , đ ò i h ỏ i thời g ia n từ ** đ ến 10^ g iâ y b Điều hoà giai đoạn gen (Epigenesis) Đ iề u h o g ia i đ o a n gen c h ủ y ế u đ ặ c trưng b ằn g trao đ ổ i c ủ a c c ch ất c a o p h â n tử s in h h ọ c a x it n u c le ic v c c p ro te in , đ ó c c q u trìn h tổng hợp p h â n g iả i c c ch ấ t n y C c q u trìn h c ả m ứng v trấn p th u ộ c đ iề u h o 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 v i k h u ẩ n cầ n k h o ả n g g iâ y , c ò n c thể b ậ c c a o c ầ n k h o ả n g v i phút, 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 g iâ y , c ò n thể b ậc c a o m ất k h o ả n g phút Đ iề u h o 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 k iể m tra “c h ín h x c ” ho ạt đ ộ n g e n z y m C c q u trìn h s in h trưởng, phát triể n , p h ân h o g ià h o c ũ n g th u ộ c v o đ iể u h o g ia i đ o n g e n B i v ì c c q u trìn h đ iề u h o g ia i đ o n g e n , đ ặ c trưng b ằ n g nhữ ng b iế n đ ổ i đ ặ c b iệt q u trìn h tổng hợp pro tein v a x it n u c le ic p h m v i bào q u a n v m ô C h ú n g nhữ ng q u trìn h c ó tín h ch ấ t q u i lu ật v p hụ th u ộ c v o c c n h â n tô tiê u h a o v c u n g c ấ p n ă n g lượng c ó tác d ụ n g đ iề u h o g ia i đ o n gen N h u c ầ u thời g ia n c ủ a q u trìn h n y p h ạm v i từ phút đ ế n h n g 0 c Điều h oà hoạt động gen Đ iề u h o ho ạt đ ộ n g g e n , m ộ t k h u ô n k h ổ thời g ia n đ ịn h n ó m ộ t h ằ n g số N h u c ầ u thờ i g ia n đ ể m th a y đ ổ i hộ thống đ iề u h o ho ạt đ ộ n g gen v i s in h v ậ t n g ắ n hơ n s in h vật b ậ c c a o N gư i ta c h o biết đ ể m b iế n đ ổ i m ộ t q u trìn h p h ả i tro n g g iớ i h n từ 0 g iờ đ ến 10'* n ă m v c ó thể N ế u người ta theo d õ i q u trìn h tiế n h o dự a v o nhữ ng th ay đ ổ i p h ân tử c ủ a A D N 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 lớn H iộ n n a y , p h ầ n ló n người ta tập tru n g n g h iê n u đ iề u h o trao đ ổ i ch ấ t b ằ n g đ iề u h o c h u y ể n h o v m ố i liê n q u a n vớ i c c lo i đ iề u h o g ia i đ o n g e n v h o ạt đ ộ n g g e n T h e o c h ú n g tơ i, c ó lẽ đ iể u h o c h u y ể n h o đơn g iả n , thực h iệ n dễ d n g , c h i p h í NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 127 m lạ i c h ín h xác h iệ u q u ả c a o M ặ t k h c , c ũ n g sở g iá n tiế p đ ể đ iể u h o g ia i đo ạn gen hoạt đ ộ n g gen 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 HOÀ TRA O Đ ổ l CH ẤT N h c h ú n g ta đ ã b iết, tác d ụ n g c ủ a trao đ ổ i ch ấ t, A T P 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 c ũ n g ch ứ n g tỏ A T P c ó v a i trò đ iề u h o trao đ ổ i ch ất tế bào T ấ t c ả c c c n g trìn h n g h iê n cứu A T P đ ề u c ó n g ụ ý '‘Đồng tiên vạn 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 c o i năii^" c ủ a trao đ ổ i ch ất tế bào T ro n g q u trìn h hơ h ấ p v đường p h ân ( g ly c o ly s e ) th ì A T P h ìn h th n h theo phưofng trìn h c h u n g đ â y : ADP + p ATP + H jO đ ố i với c c q u trình tiêu h ao n ăn g lượng phân g iả i A T P theo p h ản ứng ngược lạ i T ro n g trao đ ổ i ch ất tế bào hệ thống a d e n y lic b ao g m A M P , A D P v 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 c th àn h phần c ó thể x ẩ y ra: ATP + AM P 2A D P C c q u trìn h c â n b ằn g c h u y ể n hoá giữ a c c th àn h p h ần hệ th ố n g a d e n y lic nh v a i trò x ú c tác c u ả ad e n ylatkin a.se N g o i hộ thố ng a d e n y lic , trước hết A M P v 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 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 g lu c o s e h o B i v ì n n g đ ộ thấp th ì A M P c ó tác dụng hoạt hố e n zy m ír u c t o s e -1 ,6 -d ip h o sp h a ta se không tác dụng vớ i p h o sp h o íru c to k in a s e , d o đ ó d ẫn đ ến h iệ n tượng g lu c o se h o N h n g k h i n n g đ ộ c a o th ì AM P lạ i có tác dụng k ìm h ãm ír u c t o s e -1 , - d ip h o sp h a ta se đ n g thờ i h o ạt h o p h o sp h o íru c to k in a s e , c h o nên d ẫn đến m tăng cường p h ân g iả i g lu c o se Đ ố i vớ i e n z y m đ ịn h A M P , A D P h a y A T P thưcmg c ó tác d ụ n g trái ngược n h a u V í d ụ p h o sp h o ữ u cto k in a se h a y iso citra td e h y d ro g e n a se th ì A M P A D P m tăng hoạt đ ộ n g c ủ a c c e n z y m n y , ngược lạ i c c e n z y m n y b ị k ìm h ã m b ằ n g A T P N h ữ n g h iệ n tượng 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 c n hau c ủ a hệ th ố n g a d e n y lic m c ó tác d ụ n g đ iề u h o c h u ỗ i p h ả n ứng v i m ứ c đ ộ k h c n h au c ủ a 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 sau: CÁC NGUN TẮC ĐlÊư HỊA TRAO Đ ổl CHẤT 128 Tích luỹ lượng = [ATP] + 0,5[ADP] [ATP] + [ADP] + [AMP] Từ {^ương trình cho thấy: hai phân tử ADP tương đưcmg với phân tử ATP, tích luỹ nâng lượng hiệu phân tử ATP Điều phù hợp với số nhóm Ị^osphat cao í^iân tử chúng Cụ thể AMP hệ thống chung coi không tích luỹ lượng có giá trị tích luỷ khơng (0 ), ATP coi tích luỹ hồn tồn (100%) có giá trị tích luỹ Người ta ví q trình tích luỹ lượng thành phần hệ thống adenylic phụ thuộc nồng độ chúng giống điện dung (sức chứa điện) “acqui c h ì” (cư ng đ ộ d ò n g d iệ n X thời g ia n ) p h ụ th u ộ c v o n ổ n g đ ộ c c trạn g t h i o x y h o khác chì So sánh tương dối, lượng tự tiêu chuẩn thuỷ Ịáiân liên kết pyroỊáiosphat ATP ADP khác Những enzym có biểu phản úng thay đổi tích iuỹ lượng nguyên tắc theo hai khả năng: - M ộ t c h ú n g tạo th àn h c h u ỗ i m m tái - H a i c ó thể trìn h b y theo tạo A T P h a y tiê u h a o A T P hình v ẽ đ â y (hình ) : Trong phần A cho biết thành phần phần trăm tích luỹ lượng với giá uị khác AMP, ADP ATP Phần B tốc độ [ứiản ứng enzym kiểm tra Ị^ụ thuộc vào chuỗi trao dổi chất tạo thành ATP ( R ) vào chuỗi phản ứng tiêu hao ATP tích luỹ lượng (V) Các enzym như: {Aosphofructokinase, pyruvatdehydrogenase, citratsynthetase, isocitratdehydrogenase, phản úng chúng diễn [^ù hợp vói tích luỹ nảng lượng dưòng cong R Còn aspartatkinase, phosphoribosylpyrophosỊ^at-synthetase, V V lại theo đường c(Htg V B 0.5 100 1,0 Hình 6.5 Tích luỹ nâng lượng hệ thống adenylic: chất chuyển hố: ỉ=thấp, 2=trung bình 3=cao 206 CÁC QUÁ TRÌNH TIÊU HAO NẢNG LƯỢNG TRONG c THỂ SINH VẬT NH2 R-ẹ-COOH I H ỊJH2 + A-Ri-P~P~P R-C-C-P-Ri-A + p~p 11 H O Như vậy, dưói tác dụng ATP, axit amin kết hợp với axit adenylic thành phức hợp axit amin-adenylat Người ta cho trình ATP gắn vào enzym đặc hiệu axit amin (có khoảng 20 enzym đặc hiệu 20 axit amin thường gặp thành phần protein), kết làm biến đổi liên kết nhóm pyrophosphat phần lại ATP Sau ATP tác dụng với axit amin có tham gia ion Mg^* Do phản ứng hoạt hố axit aiĩiin biểu diễn q trình sau: Mg^ E + A T P - ► E - A T P ATP E - A T P + Aa ^Aa ^A T P AdenylhoáAa /A M P \ > Nhờ tính chất chun hố túih chất động học cao enzym, mà tham gia vào vận chuyển axit amin hoạt hoá đến ARN,^., vận chuyển sau: AMP E 'l ^ v » * ARNv' ^ /A M f \ - * ^ARNv T \ TiinoacylhoẳARN® F /A T P /A T P /A T P ' ^ A R N v c^ ^^2 - ► e " A a.~A R N vc ^ rnOc V NẢNG LƯỢNG SINH n ọ c ^ Người ta cho axit amin chuyển từ aminoacyladenylat đến gốc cuối adenosin phân tử ARN,, cách kết hợp với nhóm hydroxyl nguyên tử carbon thứ ba gốc ribose tạo thành liên kết ester giầu lượng G-[-A,-C,-G,-ư „-]-C-C-A-0~C0-CHR-NH2 ARN, có nhiệm vụ vận chuyển axit amin hoạt hoá đến ribosom để tiến hành bước trình sinh tổng hợp protein Người ta chứng minh, q trình hoạt hố axit amin khơng thể thay ATP tri- hay diphosphat khác; đồng thời thấy dATP lại có tác dụng kìm hãm phản ứng hoạt hố Bằng đường tương tự hầu hết axit amin hoạt hoá vận chuyển đến ARN,, tương ứng chúng dản đến tổng hợp liên kết peptid protein Tại ribosom xẩy nhóm NH2 axit amin gắn với gốc axit phosphoric ARN thông tin (ARN„) nhờ xúc tác enzym chất cho lượng GTP Tiếp theo phức hợp axit amin ~ ARN^, thứ hai chuyển vào vị trí cần thiết (vị trí A) qui luật bổ sung từ thứ tự codon ARN,| qui định Sau phức hợp đẩy lùi vị trí liên kêì peptid (vị trí P) xẩy phản ứng trao đổi nhóm carboxyl cuả axit amin thứ với nhóm amin axit amin thứ hai tạo thành liên kết peptid liên kết cộng hoá trị peptid dài thêm axit amin; đồng thời giải phóng ARN^^, axit amin thứ Quá trình tiếp diễn theo qui trình kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptid cần thiết Năng lượng cần thiết cho trình kéo dài chuỗi cung cấp từ ihuỷ phân GTP liên kết giầu lượng phức hợp axit amin ~ ARNv, Chúng ta biết thiên nhiên có khoảng 20 axit amin thường gặp protein Mỗi axit amin có một vài ARN,, có khả hoạt hố axit amin tạo phức chất gắn ghép vào ba mã hoá (triplet) khác ARN„ libosom Mặt khác phân tử protein có tới vài chục đến hàng nghìn axit amin Do số lượng dùng để hoạt hố tất axit amin trình tổng hợp phân tử protein phải lên tới hàng trãm, hàng nghìn phân tử ATP Sau kết thúc trình sinh tổng hợp chuỗi polypeptid ribosom, vấn đề dặt phải giải phóng chuỗi polypeptid khỏi ribosom Giải phóng protein vừa tổng hợp khỏi ribosom phụ thuộc vào ba nhân tố môi tníòng là: - Enzym đặc hiệu - Chất cung cấp lượng ATP - Các ion K* 208 CÁC QUÁ TRÌNH TIÊU HAO NẢNG LƯỢNG TRONG c THỂ SINH V Ậ T Trong phạm vi ATP với calcium magnesium giữ vai trò ổn định hoạt tính enzym cung cấp nãng lượng để phá vỡ liên kết phosphòamid protein ribosom c) Tổng hợp protein theo đường khác Các enzyiĩi phân giải protein, điều kiện định xúc tác tổng hợp protein không cần khuôn mẫu ADN Con đường chủ yếu tổng hợp peptid có trọng lượng phân tử 1000 người ta thường goị q trình q trình peptid hố Nhưng người ta thấy ty thể gan chuột có q trình peptid hố từ axit amin tự do, có enzym xúc tác để móc nối axit amin N-đầu hay C-tận peptid có ATP tham gia, : gắn arginin, glutamic, methionin, tryptophan leucin Nhưng có số axit amin gắn lại không cần ATP như: alanin, cystein glycin Trong số trường hợp đặc biệt q trình tổng hợp có ARN^^ tham gia, khơng có ARN„ Điều có nghĩa chúng tham gia việc móc nối để hồn chỉnh protein có chức riêng biệt để tổng hợp peptid kháng sinh Trong trình nghiên cứu sinh tổng hợp peptid chuỗi ngắn, người ta thấy chúng diễn theo đưcmg khác với tổng hợp protein chỗ khơng có axit nucleic tham gia Ví dụ tổng hợp chất kháng sinh Gramicidin s decapeptid Bacillus xẩy khác với trình tổng hợp protein theo thuyết khn trên, nghĩa k h ô n g b ị rib o n u c le a s e k ìm h ã m Q u trìn h n y c ũ n g p h ụ th u ộ c v o A T P v n n g độ phosphat cao (khoảng 400 mM) Trong trình tổng hợp axit amin hoạt hố enzym xúc tác, enzym khơng giống với synthetase đường sinh tổng hợp protein thơng thường Khi hoạt hố, axit amin trạng thái kích thích dạng liên kết aminoacyladenylat giầu lượng, nên tham gia phản ứng dễ dàng để tạo thành peptid Ví dụ: Omithin + ATP -> Omithin~AMP + p~p axit amin hoạt hoá tương tự tạo thành peptid Cơ chế tạo thành peptid theo kiểu giống trường hợp tạo thành acetyl sinh tổng hợp axit béo, có hệ thống enzym đa chức xúc tác Trong phức hợp enzym tổng hợp Gramicidin s người ta thấy có tới 18 chức xúc tác hồn thành chuỗi decapeptid vòng Q trinh tổng hợp mơ tả tóm tắt sau: RienyIalanyl~AMP cố định vào enzym E2 liên kết thioester NÁNG LƯỢNG SINH IIỌC _ QH, - CH,-CH-COOH + E^SH E - s - c o - CH - NH^ CH2- QH, NH, axit amin lại gắn vào vị trí khác phân tử enzym E,: H S -P an to th en ic-P -E i S-Prc^NH2 S-Val-NH2 S-0m -NH2 S-Leu-NH2 Sau E, E| tiếp xúc với nhau, phenylalanin hoạt động chuyển đến prolin E|, gọi chuyến peptid hoá Đáng ý L-phenylalanin từ E chuyển thành D-phenylalanin enzym racemase xúc tác Từng bước axit amin có bước hoạt hố chuyển liếp tương tự để tạo thành peptid S-Pro-Phe-NH2 S -V al-P ro-P he^H S-Om -Val-Pro-Phe -NH2 S-Leu-Om -Val-Pro-Phe-NH2 Trình tự xác axit amin enzym chun hố khơng gian qui (lịnh Sau hồn thành chuỗi pentapeptid hai chuỗi gắn với để tạo thành peptid kháng sinh vòng hồn chỉnh D - Phe ->■L-Pro —> L-Val -> L-Om -> L-Leu t Gramicidin s L- Leu w dGMP dAtP I UMP I UTP^ ^dUMP ị-NH2 ATP dAMP P-R-P~P> C T P - ► CMP / dCMP clTMP ị cnrp PTinh 9.10 Mơ hình tóm tát tổng hợp nucleotid axit nucleic (H3) TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH Chance, B Control of energy metabolism NevvYork, 1966 Dargel, R Mitcx:hondrialer Electronentransport und Oxidative Phosphorylierung Jena, 1981, Ernster, L Bioenergeties Elsevier Amsterdam, 1984 Glausdorff, p Thermodynamic Theory of Structure, Stability and Pluctuation New York, 1971 Hoỷmann, E Dynamische Biochemie, Teil II unđ III Berlin, 1989 6.K lotz,J.M Grundlagen biochemische Energetik Stuttgart, 1960 Lehninger, A L Biochemistry New York, 1995 Manchester, K L (1980) Free Energy ATP - Hydrolysis and Phosphorylation potential Biochemical Education 8, 70 - 72 Racker, E A New Look at Mechanisms in Bioenergeties New York - San Prancisco - London, 1976 10 Slater, E c Biochemistry Oi London, 1967 Mitochondria
- Xem thêm -

Xem thêm: MIỄN DỊCH CƠ SỞ HAY NHẤT, MIỄN DỊCH CƠ SỞ HAY NHẤT, Chương 6: Các nguyên tắc điều hoà trao đổi chất, Chương 7: Điều hoà các quá trình trao đổi chất tế bào, Chương 8: Các quá trình cung cấp năng lượng trong cơ thể sinh vật, Chương 9: Các quá trình tiêu hao năng lượng trong cơ thể sinh vật

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay