Năng lượng (Metabolic Channeling)

Một trong các cơ chế khu trú trao đổi chất phổ biến nhất là sự chia khoang (compartmentation) nghĩa là sự phân bố biệt hoá các enzyme và các chất trao đổi trong các cấu trúc tế bào tách biệt hoặc các bào quan có màng bao bọc. Chẳng hạn, sự oxy hoá acid béo gặp bên trong ti thể nhưng tổng hợp acid béo lại diễn ra trong tế bào chất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Năng lượng (Metabolic Channeling) Năng lượng (Metabolic Channeling)16.4. KHU TRÚ TRAO ĐỔICHẤT (Metabolic Channeling) Một trong các cơ chế khu trútrao đổi chất phổ biến nhất là sựchia khoang (compartmentation)nghĩa là sự phân bố biệt hoá cácenzyme và các chất trao đổi trongcác cấu trúc tế bào tách biệt hoặccác bào quan có màng bao bọc.Chẳng hạn, sự oxy hoá acid béogặp bên trong ti thể nhưng tổng hợpacid béo lại diễn ra trong tế bàochất. Chu chất ở vi khuẩn cũng cóthể được xem là một ví dụ của sựchia khoang. Sự chia khoang tạođiều kiện cho việc hoạt động vàđiều chỉnh đồng thời nhưng táchbiệt của các con đường có thể đượcphối hợp nhờ sự điều chỉnh việcvận chuyển các chất trao đổi và cáccoenzyme giữa các khoang của tếbào. Giả dụ, có hai con đường tồntại trong các khoang tế bào khácnhau nhưng đều cần NAD+ chohoạt động. Sự phân bố NAD+ giữahai khoang sẽ quyết định hoạt tínhtương đối của các con đường cạnhtranh này và con đường nào chiếm +dư thừa NAD sẽ có lợi thế hơn. Sự chia khoang cũng gặp bêntrong các khoang như nền tế bàochất. Nền (matrix) là vật thể đôngđặc, có cấu trúc gồm nhiều khoangnhỏ. Ở sinh vật nhân thật nền cũngđược chia nhỏ bởi lưới nội chất(endoplasmic reticulum) và bộkhung tế bào (cytoskeleton). Trongmột môi trường như vậy các chấttrao đổi và các coenzyme khôngkhuếch tán nhanh và các gradienchất trao đổi sẽ được thiết lập gầncác enzyme hoặc các hệ thốngenzyme cục bộ. Điều này diễn ra vìcác enzyme ở một vị trí đặc biệtchuyển hoá các chất thành sảnphẩm dẫn đến giảm nồng độ củamột hoặc nhiều chất trao đổi này vàtăng nồng độ của một hoặc nhiềuchất trao đổi khác. Chẳng hạn,nồng độ sản phẩm sẽ cao ở gầnenzyme và thấp dần theo khoảngcách tăng lên tính từ enzyme. Sự khu trú có thể tạo ra nhữngthay đổi rõ rệt trong nồng độ chấttrao đổi và vì vậy ảnh hưởng trựctiếp đến hoạt tính enzyme. Nồng độcơ chất, nói chung, thường ở vàokhoảng 10-3 - 10-6M/l, thậm chíthấp hơn, nghĩa là có thể ở trongcùng phạm vi như nồng độ enzymevà bằng hoặc nhỏ hơn hằng sốMichaelis (Km) của nhiều enzyme.Dưới các điều kiện như vậy nồngđộ cơ chất của một enzyme có thểđiều hoà hoạt tính của chất xúc tácvì nồng độ cơ chất là ở trong phầntăng lên của đường cong hyperbolecủa sự bão hoà cơ chất (Hình16.20). Hình 16.20: Điều hòa hoạt tính enzyme bởi nồng độ cơ chấtTrong hình là đường cong bão hòaenzyme-cơ chất với hằng sốMichaelis (Km) và tốc độ tươngđương với ½ tốc độ cực đại (Vmax).Tốc độ ban đầu của phản ứng (v)được dựng đồ thị đối với nồng độcơ chất. Tốc độ cực đại là tốc độlớn nhất đạt được với một số lượngenzyme cố định dưới những điềukiện xác định. Khi nồng độ cơ chấtbằng hoặc nhỏ hơn Km hoạt tínhenzyme sẽ thay đổi hầu như tuyếntính với nồng độ cơ chất. Giả dụ,nồng độ cơ chất tăng từ mức độ Atới mức độ B. Vì những nồng độnày đều ở trong phạm vi của Kmnên hoạt tính enzyme tăng lên rõrệt. Sự giảm nồng độ từ B đến A sẽhạ thấp tốc độ tạo thành sản phẩm.(Theo Prescott, Harley và Klein,2005) Khi nồng độ cơ chất tăng, cơchất sẽ được chuyển thành sảnphẩm nhanh hơn; nồng độ cơ chấtgiảm đương nhiên dẫn đến hoạttính enzyme thấp hơn. Nếu 2enzyme ở hai con đường khác nhaucùng sử dụng một chất trao đổichúng có thể trực tiếp cạnh tranhchất này, con đường thắng trongcuộc cạnh tranh này, nghĩa là conđường với enzyme có giátrị Km thấp nhất đối với chất traođổi, sẽ hoạt động gần như hoàntoàn thống trị. Do đó sự khu trú bêntrong một khoang tế bào có thểđiều chỉnh và phối hợp trao đổichất thông qua những biến đổitrong nồng độ chất trao đổi và nồngđộ coenzyme.