năng lượng, enzyme và quá trình chuyển hóa pptx

Hằng triệu người, kể cả các vận
động viên nổi tiếng như ngôi sao
hockey Wayne Gretzky, Hank
Aaron vĩ đại của bóng chày và vô
địch Olympic mười môn phối hợp
Bruce Jenner đều bị tàn tật bởi
bệnh viêm khớp. Cho tới gần đây,
các bác sĩ vẫn kê đơn Aspirin cho
bệnh nhân để làm dịu sự sưng tấy
gây nhức nhối kinh niên ở các khớp
viêm. Hàng nghìn năm nay, các
thầy thuốc ở các nền văn hóa khác
nhau đã biết rằng vỏ cây liễu có
tính kháng viêm làm giảm đau và
sưng tấy. Vào năm 1829, các nhà
hóa học người Đức đã tách được
thành phần có hoạt tính trong vỏ
cây liễu, và sau này trong thế kỷ đó
các nhà hóa học khác đã hiệu chỉnh
hóa học nó để tạo ra một dược chất
còn hiệu quả hơn-chính là aspirin.
Mặc dù loại thuốc này vẫn có tác
dụng, nó có một số tác dụng phụ
không tốt như gây đau rát ở dạ dày
và làm giảm khả năng đông máu.

Chỉ khi các nhà hóa sinh học phát
hiện ra cơ chế hoạt động của
aspirin thì các tác dụng có lợi và
các tác dụng không mong muốn
của nó mới có thể được giải thích.
Họ khám phá ra rằng aspirin gắn
kết với một amino acid đặc thù
(Serine) ở một protein gọi là
Cyclooxygenase, hay COX và gắn
vào amino acid này một nhóm
Acetyl. Chức năng bình thường của
COX trong cơ thể là hoạt động như
một enzyme: một chất xúc tác để
đẩy nhanh sự chuyển biến một acid
béo mạch thẳng thành cấu trúc
vòng. Phân tử acid béo đi vào một
đường ống trên đại phân tử
enzyme, nơi nó trải qua một biến
đổi hóa học đặc hiệu, sau đó rời
khỏi enzyme. Dạng vòng của acid
béo này kích thích hiện tượng viêm
ở khớp, sữa chữa các vết thương ở
dạ dày và giúp đông máu. Khi
serine ở COX bị acetyl hóa bởi
phản ứng với aspirin, enzyme
không còn đẩy nhanh sự sản xuất
cấu trúc vòng nữa. Không có COX
sự tạo thành cấu trúc vòng vẫn xảy
ra nhưng ở tốc độ rất chậm. Vì vậy
khi COX bị ức chế bởi Aspirin,

hiện tượng viêm khớp được giảm
nhẹ, nhưng kèm theo là sự hủy hoại
dạ dày và sự giảm đông máu.
Quá trình tìm kiếm tiếp tục để tìm
ra một loại thuốc chống viêm "tốt
hơn": một loại thuốc chỉ ngăn chặn
COX ở khớp. Trong những năm
của thập kỷ 90, các nhà hóa sinh đã
tình cờ thành công. Họ phát hiện ra
rằng thực ra có hai loại enzyme
COX, một loại tác động vào dạ dày
và các tế bào máu (COX-1) và một
loại khác tác động vào khớp (COX-
2). Khi họ xác định trình tự của hai
enzyme này, họ phát hiện ra rằng
chúng chỉ khác nhau ở một amino
acid: COX-1 có một Isoleucine to
lớn tại vị trí Valine nhỏ hơn của
COX-2. Valine ở COX-2 làm lộ ra
một đường ống bên hông đại phân
tử enzyme trong khi đường ống này
bị bịt bởi Isoleucine ở COX-1.
Các nhà sinh hóa sử dụng kiến thức
về thành phần protein và cấu trúc
để thiết kế ra các phân tử nhầm
mục đích ngăn chặn một cách đặc
hiệu đường ống COX-2 mà không
có ảnh hưởng gì đến COX-1.
Những loại thuốc mới (celecoxib
và rofecoxib) làm dịu các triệu

chứng viêm khớp mà không gây tác
dụng phụ đến dạ dày và máu. Sự
phát triển nhanh chóng của các loại
thuốc trên đại diện cho một nghiên
cứu điển hình trong quá trình thiết
kế tân dược: ngăn chặn một sự
chuyển biến hóa học cụ thể trong tế
bào bằng cách ngăn chặn enzyme
đặc hiệu xúc tác cho nó.
Hàng ngàn các phản ứng có xúc tác
enzyme xảy ra mọi lúc ở mọi cơ thể
sinh vật, mỗi phản ứng được xúc
tác bởi một protein đặc hiệu có cấu
trúc ba chiều đặc thù. Cùng với
nhau các phản ứng này tạo nên quá
trình chuyển hóa, chính là toàn bộ
các hoạt động hóa học của một cơ
thể sống; ở bất kỳ thời điểm nào
quá trình chuyển hóa đều gồm có
hàng nghìn các phản ứng hóa học
riêng rẽ. Nhiều phản ứng chuyển
hóa có thể được phân loại là phản
ứng xây đắp sự phức tạp trong tế
bào, sử dụng năng lượng để làm
điều đó, hoặc phân hủy các chất
phức tạp thành các chất đơn giản
hơn và giải phóng năng lượng trong
quá trình đó.
Chương này quan tâm đến năng
lượng và các enzyme. Nếu không

có chúng, cả chúng ta lẫn các sinh
vật khác sẽ không có khả năng thực
hiện các chức năng. Trước khi tìm
hiểu enzyme thực hiện ma thuật
phân tử như thế nào chúng ta sẽ
xem xét các nguyên lý chung về
năng lượng trong các hệ sinh học.