ĐIỀU HÒA HOẠT TÍNH ENZYME docx

ĐIỀU HÒA HOẠT TÍNH ENZYME


Hoạt động của nhiều con đường trao đổi chất có thể được điều hoà nhờ việc
điều chỉnh hoạt tính của các enzyme điều chỉnh. Mục này mô tả các enzyme nói
trên và đề cập vai trò của chúng trong việc điều chỉnh hoạt tính của con đường.
Điều chỉnh dị lập thể
Các enzyme điều chỉnh thường là các enzyme dị lập thể (allosteric enzymes).
Hoạt tính của một enzyme dị lập thể bị thay đổi bởi một phân tử nhỏ gọi là
effector (effector, chất tác động) hoặc modulator (modulator, chất điều biến).
Effector liên kết thuận nghịch nhờ lực không - cộng hoá trị vào một vị trí điều
chỉnh (regulatory site) tách biệt khỏi vị trí xúc tác (catalytic site) và gây ra sự thay
đổi trong hình dạng hoặc hình thể của enzyme (Hình 16.21). Hoạt tính của vị trí
xúc tác do đó bị thay đổi. Một effector dương làm tăng hoạt tính enzyme, một
effector âm, trái lại, làm giảm hoạt tính hoặc kìm hãm enzyme. Những thay đổi
như vậy trong hoạt tính thường bắt nguồn từ những biến đổi trong ái lực biểu kiến
của enzyme đối với cơ chất, tuy nhiên những thay đổi trong tốc độ cực đại cũng có
thể diễn ra.


Hình 16.21: Điều chỉnh dị lập thể

Cấu trúc và chức năng của 1 enzyme dị lập thể. Trong hình bên effector hoặc
modulator (chất điều biến) trước hết gắn vào 1 vị trí điều hòa tách biệt và làm
thay đổi hình thể enzyme dẫn đến sự thay đổi hình dạng của vị trí hoạt động. Vị trí
hoạt động giờ có thể liên kết cơ chất hiệu quả hơn. Ở đây effector là dương tính vì
nó kích thích sự liên kết cơ chất và hoạt tính xúc tác. (Theo Prescott, Harley và
Klein, 2005)
Các enzyme điều chỉnh thường là các enzyme dị lập thể (allosteric enzymes).
Hoạt tính của một enzyme dị lập thể bị thay đổi bởi một phân tử nhỏ gọi là
effector (effector, chất tác động) hoặc modulator (modulator, chất điều biến).

Effector liên kết thuận nghịch nhờ lực không - cộng hoá trị vào một vị trí điều
chỉnh (regulatory site) tách biệt khỏi vị trí xúc tác (catalytic site) và gây ra sự thay
đổi trong hình dạng hoặc hình thể của enzyme (Hình 16.21). Hoạt tính của vị trí
xúc tác do đó bị thay đổi. Một effector dương làm tăng hoạt tính enzyme, một
effector âm, trái lại, làm giảm hoạt tính hoặc kìm hãm enzyme. Những thay đổi
như vậy trong hoạt tính thường bắt nguồn từ những biến đổi trong ái lực biểu kiến
của enzyme đối với cơ chất, tuy nhiên những thay đổi trong tốc độ cực đại cũng có
thể diễn ra.


Hình 16.22: Sự điều chỉnh ACTase
Phản ứng Aspartate
-
carbamoyltransferase và vai trò của enzyme này trong việc
điều chỉnh sinh tổng hợp pyrimidine. Sản phẩm cuối cùng CTP kìm hãm hoạt tính
của ACTase (-) còn ATP lại hoạt hóa enzyme (+). Cacbamoyl Phosphate
synthetase cũng bị kìm hãm bởi các sản phẩm cuối cùng của con đường như UMP.
(Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Các đặc tính động học của enzyme không - điều chỉnh chứng minh rằng hằng
số Michaelis (Km) là nồng độ cơ chất cần cho một enzyme hoạt động ở tốc độ
bằng nửa tốc độ cực đại. Hằng số này chỉ ứng dụng cho các đường cong bão hoà
cơ chất hyperbole mà không cho các đường cong xích-ma thường gặp với các
enzyme dị lập thể (Hình 16.23). Nồng độ cơ chất cần cho một nửa tốc độ cực đại
với các enzyme dị lập thể có đường cong cơ chất xích-ma được gọi là giá trị [S]
0,5

hoặc K
0,5
.
Một trong các enzyme điều chỉnh dị lập thể được nghiên cứu kỹ nhất đó là

Aspartate-carbamoyltransferase (ACTase) ở E. coli. Enzyme xúc tác sự ngưng tụ
của cacbamoylphosphate với aspartate tạo thành cacbamoylaspartate (Hình 16.22).
ACTase xúc tác phản ứng quyết định tốc độ của con đường sinh tổng hợp
pyrimidine ở E. coli. Đường cong cơ chất bão hoà là xích-ma khi nồng độ của một
trong hai cơ chất thay đổi (Hình 16.23)


Hình 16.23: Động học của Aspartate carbamoyltransferase ở E. coli
CTP là 1 effector âm làm tăng giá trị K
0,5
, còn ATP là 1 effector dương, hạ thấp
K
0,5
. V
max
vẫn là hằng số. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)

Enzyme có trên một vị trí hoạt động và sự liên kết của một phân tử cơ chất vào
một vị trí hoạt động sẽ kích thích sự liên kết của cơ chất vào các vị trí khác. Hơn
nữa, cytidine triphosphate (CTP), một sản phẩm cuối cùng của sinh tổng hợp
pyrimidine, kìm hãm enzyme, trái lại ATP (purine) lại hoạt hoá enzyme. Cả hai
effector thay đổi giá trị K
0,5
của enzyme nhưng không thay đổi tốc độ cực đại của
enzyme. GTP kìm hãm bằng cách nâng cao K
0,5
hoặc chuyển dịch đường cong bão
hoà cơ chất lên các giá trị cao hơn. Điều này cho phép enzyme hoạt động chậm
hơn ở một nồng độ cơ chất đặc biệt khi CTP có mặt. ATP hoạt hoá bằng cách
chuyển đường cong tới các giá trị nồng độ cơ chất thấp hơn khiến cho enzyme

hoạt động cực đại qua một phạm vi nồng độ cơ chất rộng lớn. Do đó, khi con
đường hoạt động tới mức nồng độ CTP tăng quá cao hoạt tính ACTase sẽ giảm và
tốc độ tạo thành sản phẩm cuối cùng bị chậm lại. Trái lại, khi nồng độ sản phẩm
cuối cùng ATP tăng lên so với CTP, ATP sẽ kích thích tổng hợp CTP thông qua
tác dụng lên ACTase.
Aspartate carbamoyltransferase ở E. coli cung cấp một ví dụ rõ rệt về các vị trí
điều chỉnh và vị trí xúc tác riêng rẽ trong các enzyme dị lập thể. Enzyme là một
protein lớn gồm 2 dưới đơn vị xúc tác và 3 dưới đơn vị điều chỉnh (Hình 16.24a).
Các dưới đơn vị xúc tác chỉ chứa các vị trí xúc tác và không chịu ảnh hưởng bởi
CTP và ATP. Các dưới đơn vị điều chỉnh không xúc tác phản ứng nhưng có các vị
trí điều chỉnh liên kết CTP và ATP. Khi liên kết vào enzyme hoàn toàn các
effector này gây ra những thay đổi về hình thể trong các dưới-đơn vị điều chỉnh,
sau đó trong các dưới đơn vị xúc tác và các vị trí xúc tác. Enzyme có thể thay đổi
thuận nghịch giữa một dạng T ít hoạt động và một dạng R hoạt động hơn (Hình
16.24 b, c). Do đó vị trí điều chỉnh ảnh hưởng đến vị trí xúc tác ở khoảng cách
khoảng 6,0 nm.



Hình 16.24: Cấu trúc và điều chỉnh của Aspartate carbamoyltransferase ở E. coli.
(Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)