Như đã nói ở trên một phản ứngthoát nhiệt là một phản ứng có ∆Go’âm và hằng số cân bằng lớn hơn 1 và có thể diễn ra triệt để nghĩa là về phía bên phải của phương trình.
Tuy nhiên, người ta thường có thể hỗn hợp các chất phản ứng của một phản ứng thoát nhiệt mà không thấy kết quả rõ ràng mặc dù các sản phẩm có thể được tạo thành. Chính enzyme đóng vai trò trong các phản ứng này.
16 trang |
Chia sẻ: haohao89 | Lượt xem: 2161 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tài liệu Enzyme, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
36
16.2. ENZYME
Như đã nói ở trên một phản ứng thoát nhiệt là một phản ứng có ∆Go’ âm và hằng số
cân bằng lớn hơn 1 và có thể diễn ra triệt để nghĩa là về phía bên phải của phương trình.
Tuy nhiên, người ta thường có thể hỗn hợp các chất phản ứng của một phản ứng thoát
nhiệt mà không thấy kết quả rõ ràng mặc dù các sản phẩm có thể được tạo thành. Chính
enzyme đóng vai trò trong các phản ứng này.
16.2.1. Cấu trúc và phân loại các enzyme
Enzyme là các chất xúc tác có bản chất protein, có tính đặc hiệu cao đối với phản ứng
xúc tác và với các phân tử chịu xúc tác. Chất xúc tác là một chất làm tăng tốc độ của một
phản ứng hoá học mà bản thân không bị thay đổi. Do đó enzyme thúc đẩy các phản ứng
của tế bào. Các phân tử phản ứng được gọi là cơ chất và các chất tạo thành được gọi là
sản phẩm. Nhiều enzyme là các protein thuần khiết, nhưng cũng không ít enzyme gồm
hai thành phần: thành phần protein (gọi là apoenzyme) và phần không - protein (gọi là
cofactor); cả hai cần cho hoạt tính xúc tác và enzyme gồm cả hai thành phần trên được
gọi là holoenzyme. Cofactor được gọi là nhóm thêm (prosthetic group) nếu gắn chặt vào
apoenzyme. Nhưng thường thì cofactor gắn lỏng lẻo với apoenzyme, thậm chí có thể
phân li khỏi protein enzyme sau khi các sản phẩm đã được tạo thành và mang một trong
các sản phẩm này đến một enzyme khác. Cofactor gắn lỏng lẻo nói trên được gọi là
coenzyme. Chẳng hạn, NAD+ là một coenzyme mang các electron bên trong tế bào.
Nhiều vitamin mà con người cần đóng vai trò là các coenzyme hoặc là tiền chất
(precursor) của các coenzyme. Niacin được lắp vào NAD+ và riboflavin được lắp vào
FAD. Các ion kim loại cũng có thể liên kết với các apoenzyme và tác dụng như các
cofactor.
Mặc dù tế bào chứa một số lượng lớn và rất đa dạng các enzyme nhưng chúng có thể
được xếp vào một trong 6 nhóm (Bảng 16.2). Tên của các enzyme thường được đặt theo
tên cơ chất mà chúng tác dụng lên và loại phản ứng được xúc tác. Ví dụ, Lactate
dehydrogenase (LDH) loại bỏ hydrogen khỏi Lactate:
Lactate + NAD+ Pyruvate + NADH + H+
Lactate dehydrogenase cũng có thể được đặt tên đầy đủ và chi tiết hơn là L-Lactate:
NAD oxydoreductase. Tên này mô tả các cơ chất và loại phản ứng chính xác hơn.
Bảng 16.2. Phân loại enzyme
(Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Loại enzyme Phản ứng do Ví dụ phản ứng
37
enzyme xúc tác
Oxydoreductase Các phản ứng oxy
hóa khử
Lactate dehydrogenase:
Pyruvate + NADH + H Lactate + NAD+
Transferase Các phản ứng
chuyển nhóm
giữa các phân tử
Aspartate Carbamoyltransferase:
Aspartate + CarbamoylPhosphate
Carbamoylaspartate + Phosphate
Hydrolase Thủy phân các
phân tử.
Glucose-6-Phosphatease:
Glucose-6-Phosphate + H2O Glucose + Pi
Lyase Loại bỏ các nhóm
để tạo thành các
nối đôi hoặc bổ
sung các nhóm
vào nối đôi.
Fumarate hydratase:
L-malate Fumarate + H2O
Isomerase Các phản ứng xúc
tác đồng phân
hóa.
Alanine racemase:
L-alanine D-alanine
Ligase Nối 2 phân tử nhờ
năng luợng của
ATP (hay của các
nucleoside
triphosphate khác)
Glutamine synthetase:
Glutamate + NH3 + ATP Glutamine + ATP +
Pi
16.2.2. Cơ chế của các phản ứng enzyme
Cần nhớ rằng các enzyme tăng cường tốc độ phản ứng nhưng không làm thay đổi
hằng số cân bằng. Nếu một phản ứng là thu nhiệt enzyme sẽ không chuyển dịch cân bằng
và nhiều sản phẩm hơn sẽ được tạo thành. Các enzyme chỉ nâng cao tốc độ mà ở đó phản
ứng diễn ra theo hướng cân bằng cuối cùng.
Để hiểu được enzyme xúc tác các phản ứng như thế nào ta hãy xem xét diễn biến của
một phản ứng hoá học thải nhiệt bình thường sau đây:
A + B C + D
38
Khi các phân tử A và B tiếp cận nhau để phản ứng chúng sẽ tạo thành một phức hợp
ở trạng thái quá độ chi cả cơ chất và sản phẩm (Hình 16.13)
Hình 16.13: Coenzyme như các chất mang
Chức năng của 1 coenzyme trong vai trò mang các chất đi khắp tế bào. Coenzyme C
cùng với enzyme E1 tham gia ch uyển hóa A thành sản phẩm B. Trong quá trình phản
ứng coenzyme C nhận X từ cơ chất A và có thể chuyển X sang cơ chất P trong phản ứng
2. Kết quả là coenzyme lại trở về dạng ban đẩu để sẵn sàng tiếp nhận 1X khác.
Coenzyme không chỉ tham gia vào 2 phản ứng mà còn vận chuyển X đi khắp tế bào.
(Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Năng lượng hoạt hoá là cần nhằm mang các phân tử phản ứng tiếp xúc với nhau theo
một cách chính xác để đạt được trạng thái quá độ (hay chuyển tiếp). Phức hợp ở trạng
thái quá độ có thể phân ly để tạo thành các sản phẩm C và D. Sự khác nhau trong mức độ
năng lượng tự do giữa các chất phản ứng và các sản phẩm là ∆Go’. Vì vậy, trong ví dụ
nêu trên cân bằng sẽ nằm về phía các sản phẩm vì ∆Go’ là âm (nghĩa là các sản phẩm ở
mức năng lượng thấp hơn cơ chất). Trong hình 16.13 rõ ràng A và B không thể
chuyển hoá thành C và D nếu chúng không được cung cấp một lượng năng lượng tương
đương với năng lượng hoạt hoá. Enzyme thúc đẩy các phản ứng bằng cách hạ thấp năng
lượng hoạt hoá. Do đó nhiều phân tử cơ chất hơn sẽ có năng lượng đầy đủ để tiếp cận
nhau và tạo thành sản phẩm. Mặc dù hằng số cân bằng (hoặc ∆Go’) không thay đổi nhưng
cân bằng sẽ đạt được nhanh hơn khi có mặt enzyme do năng lượng hoạt hoá giảm.
39
Hình 16.14: Enzyme hạ thấp năng luợng hoạt hóa
Trong tiến trình của 1 phản ứng hóa học nêu trên A và B được chuyển thành C và D. Phức hợp chuyển tiếp
được biểu thị bởi AB* và năng luợng hoạt hóa cần để đạt được trạng thái này bởi Ea. Đường đỏ biểu thị
tiến trình của phản ứng trong sự có mặt của 1 enzyme. Cần chú ý, năng luợng hoạt hóa trong phản ứng có
enzyme xúc tác thấp hơn rất nhiều. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Sở dĩ enzyme có khả năng hạ thấp năng lượng hoạt hoá của các phản ứng vì chúng
mang các cơ chất lại gần nhau tại một điểm đặc biệt gọi là vị trí hoạt động hoặc vị trí xúc
tác để tạo thành phức hợp enzyme - cơ chất (Hình 16.15 và 16.16). Sự tương tác giữa cơ
chất và enzyme có thể diễn ra theo hai con đường:
1. Enzyme có hình dạng cố định, khớp với hình dạng của cơ chất giúp cho cơ chất
liên kết chính xác và thuận lợi cho phản ứng diễn ra.
2. Enzyme thay đổi hình dạng khi gắn với cơ chất tạo điều kiện cho vị trí xúc tác bao
quanh và khớp chính xác với cơ chất.
Cơ chế diễn ra theo con đường thứ nhất được gọi là mô hình “ổ khoá và chìa khoá”
(lock - and - key model). Theo con đường thứ hai cơ chế được gọi là mô hình “khớp cảm
ứng” (induced fit). Mô hình này được ứng dụng cho hexokinase và nhiều enzyme khác
(Hình 16.16).
40
Hình 16.15. Chức năng của enzyme. Sự tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất và
chuyển hóa phức hợp thành 1 sản phẩm. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Việc tạo thành phức hợp enzyme - cơ chất có thể hạ thấp năng lượng hoạt hoá theo
một số cách. Chẳng hạn, bằng cách mang các cơ chất lại gần nhau tại vị trí xúc tác, trên
thực tế, enzyme đã làm tăng nồng độ của chúng và thúc đẩy phản ứng. Tuy nhiên, một
enzyme không chỉ đơn giản làm đậm đặc nồng độ các cơ chất của chúng mà còn liên kết
các cơ chất sao cho các cơ chất này hướng chính xác với nhau để tạo thành phức hợp ở
trạng thái quá độ. Một sự định hướng như vậy sẽ hạ thấp lượng năng lượng mà các cơ
chất cần để đạt được trạng thái quá độ. Các hoạt tính này và các hoạt tính khác của vị trí
xúc tác đã tăng cường phản ứng hàng trăm nghìn lần bất kể vi sinh vật sinh trưởng giữa
200C và khoảng 1130C. Những nhiệt độ này không đủ cao để giúp cho hầu hết các phản
ứng hữu cơ trong sự vắng mặt của enzyme, hơn nữa các tế bào không thể sống sót ở
những nhiệt độ cao dùng bởi một nhà hoá học hữu cơ trong các quá trình tổng hợp hữu cơ
thường ngày. Enzyme giúp cho sự sống tồn tại bằng cách thúc đẩy các phản ứng đặc biệt
ở nhiệt độ thấp.
41
Hình 16.16. Một ví dụ về sự tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất
a) Mô hình đầy đủ của hexokinase nấm men và cơ chất Glucose (màu tía). Vị trí hoạt
động trong khe tạo thành bởi thùy nhỏ của enzyme (màu lục) và thùy lớn (màu xám). (b)
Khi Glucose liên kết để tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất hexokinase thay đổi hình
dạng và bao quanh cỏ chất. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
16.2.3. Tác động của môi trường lên hoạt tính enzyme
Hoạt tính enzyme thay đổi rõ rệt với sự thay đổi của các yếu tố môi trường mà một
trong các yếu tố quan trọng nhất là nồng độ cơ chất. Như ta đã biết, nồng độ các cơ chất
bên trong tế bào thường thấp. Ở nồng độ cơ chất rất thấp enzyme chậm tạo thành sản
phẩm do ít khi được tiếp xúc với phân tử cơ chất. Nếu có mặt nhiều phân tử cơ chất hơn
enzyme sẽ liên kết cơ chất thường xuyên hơn và tốc độ phản ứng (thường được thể hiện
như tốc độ tạo thành sản phẩm) cũng lớn hơn ở nồng độ cơ chất thấp hơn. Do đó tốc độ
của một phản ứng do enzyme xúc tác tăng lên theo nồng độ cơ chất (Hình 16.17).
Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng cũng không tăng nữa
vì các phân tử enzyme đã bão hoà cơ chất và đang chuyển hoá cơ chất thành sản phẩm
với tốc độ cực đại (Vmax). Đường cong của nồng độ cơ chất bây giờ sẽ là đường hyperbole
(Hình 16.17). Để biết được nồng độ cơ chất mà một enzyme cần để hoạt động thích hợp
người ta thường dùng hằng số Michaelis (Km). Đây là nồng độ cơ chất enzyme cần để
thực hiện được một nửa tốc độ cực đại và được dùng như một đại lượng đo ái lực thực sự
của một enzyme đối với cơ chất. Giá trị Km càng thấp có ý nghĩa là nồng độ cơ chất mà
enzyme xúc tác phản ứng cũng càng thấp.Hoạt tính enzyme cũng thay đổi theo sự thay
đổi của pH và nhiệt độ (hình 16.18).
Hình 16.17. Động học Michaelis-Menten
Velocity= tốc độ, Substrate concentration: nồng độ cơ chất
42
Sự phụ thuộc của hoạt tính enzyme vào nồng độ cơ chất. Đường cong cơ chất ở đây khớp
với phương trình Michaelis-Menten cho trong hình; phương trình này liên kết tốc độ
phản ứng (v) với nồng độ cơ chất (S) khi sử dụng tốc độ cực đại và hằng số Michaelis
(Km). Km = nồng độ cơ chất enzyme cần để hoạt động ở nửa tốc độ cực đại. Vmax = tốc
độ tạo thành sản phẩm khi enzyme được bão hòa cơ chất và hoạt động nhanh tối đa.
(Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Mỗi enzyme hoạt động mạnh nhất ở một pH thích hợp nhất. Khi pH chệch xa khỏi giá
trị tối thích hoạt tính của enzyme sẽ giảm đi và enzyme có thể bị hư hại. Với nhiệt độ
enzyme cũng có giá trị tối thích cho hoạt tính cực đại. Nếu nhiệt độ tăng quá cao so với
giá trị tối thích cấu trúc của enzyme sẽ bị huỷ hoại và enzyme mất hoạt tính. Hiện tượng
biến tính (denaturation) này của enzyme có thể là hậu quả của các giá trị quá độ (tột
cùng) của pH và nhiệt độ hoặc các yếu tố khác. Các giá trị tối thích của pH và nhiệt độ
của các enzyme vi sinh vật thường phản ánh pH và nhiệt độ nơi sống của chúng. Do đó,
ta dễ hiểu, các vi khuẩn sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ cao thường có các enzyme với
nhiệt độ tối thích cao và độ bền nhiệt độ lớn.
Hình 16.18: pH, nhiệt độ và hoạt tính enzyme
Sự thay đổi hoạt tính enzyme cùng với những thay đổi trong pH và nhiệt độ. Phạm vi pH
và nhiệt độ ở đây chỉ là tượng trưng. Các enzyme khác nhau về vị trí của điểm tối thích
và hình dạng của các đường cong pH và nhiệt độ. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
16.2.4. Sự kìm hãm enzyme
Nhiều hoá chất là độc đối vi sinh vật và những chất độc mạnh nhất chính là những
chất kìm hãm enzyme. Một chất kìm hãm cạnh tranh trực tiếp cạnh tranh với cơ chất ở vị
trí xúc tác của một enzyme và ngăn cản enzyme tạo thành sản phẩm. Chẳng hạn,
succinate dehydrogenase là enzyme xúc tác sự oxy hoá succinate thành fumarate trong
chu trình Krebs. Acid malonic có cấu trúc tương tự succinate do đó là chất kìm hãm cạnh
tranh của enzyme nói trên. Sau khi liên kết vào enzyme malonat không bị oxy hoá và việc
tạo thành fumarate không diễn ra. Các chất kìm hãm cạnh tranh thường chi với các cơ
chất bình thường nhưng không thể bị chuyển hoá thành các sản phẩm.
43
Hình 16.19: Kìm hãm cạnh tranh của succinate-dehydrogenase
Acid malonic có cấu trúc tương tự acid succinic do đó là chất kìm hãm cạnh tranh
của enzyme nói trên. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Các chất kìm hãm cạnh tranh được sử dụng để điều trị nhiều bệnh do vi sinh vật.
Chẳng hạn các thuốc sulfa như sulfanilamit chi với p-aminobenzoat là một phân tử dùng
trong việc tạo thành coenzyme acid folic. Các thuốc cạnh tranh với p-aminobenzoat đối
với vị trí xúc tác của một enzyme tham gia tổng hợp acid folic do đó ngăn cản sự tạo
thành acid folic và kìm hãm sinh trưởng của vi khuẩn. Cơ thể người không chịu tác dụng
của thuốc do không có khả năng tổng hợp acid folic và phải thu nhận acid này từ thức ăn.
16.3. 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
44
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 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.
16.4. 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.
45
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).
Hình 16.20: 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 (Vmax). 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.
16.5. 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.
46
16.5.1. Điều chỉnh dị lập thể
Các enzyme điều chỉnh thường là các enzyme dị lập thể (allosteric enzymes). Hoạt
tí