Khu trú trao đổi chất

Khu trú trao đổi chất

Khu trú trao đổi chất
Bởi:
Nguyễn Lân Dũng

KHU TRÚ TRAO ĐỔI CHẤT (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.
Chu chất ở vi khuẩn cũng có thể được xem là một ví dụ của sự chia khoang. Sự chia
khoang tạo điều kiện cho việc hoạt động và điều chỉnh đồng thời nhưng tách biệt của
các con đường có thể được phối hợp nhờ sự điều chỉnh việc vận chuyển các chất trao
đổi và các coenzyme giữa các khoang của tế bào. Giả dụ, có hai con đường tồn tại trong
các khoang tế bào khác nhau nhưng đều cần NAD+ cho hoạt động. Sự phân bố NAD+
giữa hai khoang sẽ quyết định hoạt tính tương đối của các con đường cạnh tranh này và
con đường nào chiếm dư thừa NAD+ sẽ có lợi thế hơn.
Sự chia khoang cũng gặp bên trong các khoang như nền tế bào chất. Nền (matrix) là
vật thể đông đặc, có cấu trúc gồm nhiều khoang nhỏ. Ở sinh vật nhân thật nền cũng được
chia nhỏ bởi lưới nội chất (endoplasmic reticulum) và bộ khung tế bào (cytoskeleton).
Trong một môi trường như vậy các chất trao đổi và các coenzyme không khuếch tán
nhanh và các gradien chất trao đổi sẽ được thiết lập gần các enzyme hoặc các hệ thống
enzyme cục bộ. Điều này diễn ra vì các enzyme ở một vị trí đặc biệt chuyển hoá các
chất thành sản phẩm dẫn đến giảm nồng độ của một hoặc nhiều chất trao đổi này và tăng
nồng độ của một hoặc nhiều chất trao đổi khác. Chẳng hạn, nồng độ sản phẩm sẽ cao ở
gần enzyme và thấp dần theo khoảng cách tăng lên tính từ enzyme.
Sự khu trú có thể tạo ra những thay đổi rõ rệt trong nồng độ chất trao đổi và vì vậy
ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính enzyme. Nồng độ cơ chất, nói chung, thường ở vào
khoảng 10-3 - 10-6M/l, thậm chí thấp hơn, nghĩa là có thể ở trong cùng phạm vi như
nồng độ enzyme và bằng hoặc nhỏ hơn hằng số Michaelis (Km) của nhiều enzyme. Dưới

các điều kiện như vậy nồng độ cơ chất của một enzyme có thể điều hoà hoạt tính của
chất xúc tác vì nồng độ cơ chất là ở trong phần tăng lên của đường cong hyperbole của
sự bão hoà cơ chất (Hình 16.20).

1/2


Khu trú trao đổi chất

Điều hòa hoạt tính enzyme bởi nồng độ cơ chất

Trong hình là đường cong bão hòa enzyme-cơ chất với hằng số Michaelis (Km) và tốc
độ tương đương với ½ tốc độ cực đại (V max ). Tốc độ ban đầu của phản ứng (v) được
dựng đồ thị đối với nồng độ cơ chất. Tốc độ cực đại là tốc độ lớn nhất đạt được với một
số lượng enzyme cố định dưới những điều kiện xác định. Khi nồng độ cơ chất bằng hoặc
nhỏ hơn Km hoạt tính enzyme sẽ thay đổi hầu như tuyến tính với nồng độ cơ chất. Giả
dụ, nồng độ cơ chất tăng từ mức độ A tới mức độ B. Vì những nồng độ này đều ở trong
phạm vi của Km nên hoạt tính enzyme tăng lên rõ rệt. Sự giảm nồng độ từ B đến A sẽ hạ
thấp tốc độ tạo thành sản phẩm. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Khi nồng độ cơ chất tăng, cơ chất sẽ được chuyển thành sản phẩm nhanh hơn; nồng
độ cơ chất giảm đương nhiên dẫn đến hoạt tính enzyme thấp hơn. Nếu 2 enzyme ở hai
con đường khác nhau cùng sử dụng một chất trao đổi chúng có thể trực tiếp cạnh tranh
chất này, con đường thắng trong cuộc cạnh tranh này, nghĩa là con đường với enzyme
có giá trị Km thấp nhất đối với chất trao đổi, sẽ hoạt động gần như hoàn toàn thống trị.
Do đó sự khu trú bên trong một khoang tế bào có thể điều chỉnh và phối hợp trao đổi
chất thông qua những biến đổi trong nồng độ chất trao đổi và nồng độ coenzyme.

2/2