Tính chất và ý nghĩa của việc điều chỉnh trao đổi chất

Tính chất và ý nghĩa của việc điều chỉnh trao đổi chất

Tính chất và ý nghĩa của việc
điều chỉnh trao đổi chất
Bởi:
Nguyễn Lân Dũng

TÍNH CHẤT VÀ Ý NGHĨA CỦA VIỆC ĐIỀU CHỈNH TRAO ĐỔI CHẤT
Bộ máy điều chỉnh có vai trò cực kỳ phức tạp và khó khăn. Các con đường cần phải
điều chỉnh và phối hợp có hiệu quả sao cho tất cả các thành phần của tế bào đều có mặt
với số lượng thích hợp, chính xác. Hơn nữa tế bào vi sinh vật phải có khả năng đáp ứng
rất kịp thời với những thay đổi của môi trường bằng cách sử dụng các chất dinh dưỡng
hiện có và bằng cách bật mở các con đường dị hoá mới khi có mặt các chất dinh dưỡng
khác. Vì tất cả các thành phần hoá học của một tế bào thường không tồn tại trong môi
trường, do đó vi sinh vật cũng phải tổng hợp chúng và phải thay đổi hoạt tính sinh tổng
hợp đáp ứng với những thay đổi trong việc sử dụng chất dinh dưỡng. Thành phần hoá
học của môi trường bao quanh tế bào thường xuyên thay đổi, do đó các quá trình điều
chỉnh này cũng phải năng động và phải liên tục đáp ứng với các điều kiện thay đổi.
Việc điều chỉnh là cần thiết cho tế bào vi sinh vật duy trì được năng lượng, vật
chất và cân bằng trao đổi chất. Nếu một nguồn năng lượng đặc biệt không có mặt, các
enzyme cần cho việc sử dụng nguồn năng lượng này là không cần thiết và việc tổng hợp
chúng tiếp tục sẽ là một sự tiêu phí C, N và năng lượng. Cũng tương tự như vậy, sẽ là
rất vô ích đối với vi sinh vật nếu chúng tổng hợp các enzyme cần cho việc tạo thành một
sản phẩm cuối cùng nào đó khi sản phẩm này đã có mặt với số lượng đầy đủ. Như vậy,
cả dị hoá và đồng hoá đều được điều chỉnh theo cách sao cho hiệu quả của hoạt động
đạt được tối đa.
Có thể thấy rõ xu hướng duy trì cân bằng và bảo tồn năng lượng của vật chất trong
sự đáp ứng điều chỉnh ở vi khuẩn E. coli... Khi sinh trưởng trong một môi trường rất đơn
giản chỉ chứa glucose là nguồn C và nguồn năng lượng vi khuẩn sẽ tổng hợp các thành
phần mà tế bào cần với số lượng cân bằng (chẳng hạn acid amin tryptophan). Việc bổ
sung một sản phẩm sinh tổng hợp cuối cùng vào môi trường sẽ dẫn đến kìm hãm ngay

lập tức con đường tổng hợp sản phẩm cuối cùng nói trên. Việc tổng hợp các enzyme
của con đường cũng sẽ bị ngừng hoặc chậm lại. Nếu chuyển E. coli sang môi trường
chỉ chứa lactose, vi khuẩn sẽ tổng hợp các enzyme cần cho sự chuyển hoá đường này.
Trái lại, khi sinh trưởng trong môi trường chứa cả glucose và lactose E. coli sẽ sử dụng
1/2


Tính chất và ý nghĩa của việc điều chỉnh trao đổi chất

glucose đầu tiên vì đây là loại đường đơn giúp cho sinh trưởng của vi khuẩn diễn ra
nhanh nhất chỉ sau khi glucose đã cạn kiệt, lactose mới được sử dụng.
Dòng carbon chuyển hoá qua con đường có thể được điều chỉnh theo ba cách chủ
yếu:
1. Tập trung các chất trao đổi và các enzyme trong những phần khác nhau của tế
bào, từ đó ảnh hưởng đến hoạt tính của con đường,
2. Các enzyme quan trọng thường được kích thích hoặc bị kìm hãm trực tiếp
nhằm thay đổi nhanh hoạt tính của con đường,
3. Số lượng các phân tử enzyme cũng có thể được điều hoà. Các phân tử chất xúc
tác có mặt càng nhiều thì hoạt tính của con đường càng lớn. Ở vi khuẩn, việc
điều chỉnh thường chịu tác dụng ở mức độ phiên âm. Việc điều hoà tổng hợp
mRNA chậm hơn việc điều chỉnh trực tiếp hoạt tính enzyme nhưng tiết kiệm
được nhiều năng lượng và nguyên liệu vì các enzyme không được tổng hợp khi
không cần thiết.
Hai cơ chế 1 và 2 sẽ được trình bày ở đây, đó là: khu trú trao đổi chất và điều hoà
hoạt tính enzyme.

2/2