Enzyme
-
29
-
VIII. HỆ THỐNG CASCADE - BIẾN ĐỔI ĐỒNG HÓA TRỊ.
Điều hòa hoạt tính enzyme còn có thể được thực hiện bằng cách biến
đổi enzyme theo chu trình kín giữa dạng biến đổi đồng hóa trò và dạng không
biến đổi. Sự biến đổi có tính chu kỳ này được thực hiện nhờ các enzyme biến
hóa (converter enzymes), chúng cùng với các enzyme bò biến đổi và không
bò biến đổi và các chất hiệu ứng của chúng tạo thành một hệ thống cascade.
Một enzyme bò biến đổi đồng hóa trò có thể trở nên hoạt động hơn so
với dạng không biến đổi, hoặc hai dạng có thể có cách phản ứng khác nhau
với các chất gây hiệu ứng.
Hệ thống cascade đơn giản nhất là hệ thống đơn chu kỳ (monocycle) và
hoạt động của nó được mô tả trong hình 9 đối với một enzyme giả thuyết vốn
biến đổi đồng hóa trò bằng cách phosphoryl-hóa. Qúa trình biến đổi được bắt
đầu khi enzyme biến hóa E
i
ở dạng không hoạt động được hoạt hóa nhờ một
chất cảm ứng dò lập thể đặc hiệu e
1
thành dạng hoạt động E
a
. Enzyme chưa
bò biến đổi I
0
sau đó bò phosphoryl hóa bởi E
a
trong một phản ứng phụ thuộc
ATP để biến thành enzyme bò biến đổi I
m

I
m
có thể đạt được với số lượng bão hòa của e
1
. 3/ Chúng có thể điều chỉnh
mức độ nhạy cảm của sự biến đổi đối với những thay đổi nồng độ của chất
cảm ứng. 4/ Chúng được sử dụng như những hệ thống hợp nhất (integration
systems) cảm nhận được những biến đổi rất nhỏ của nồng độ nội bào của
các chất trao đổi và điều chỉnh nồng độ của I
o
và I
m
cho thích hợp. 5/ Chúng
là những hệ thống linh hoạt có khả năng thực hiện các kiểu đáp ứng
khácnhau đối với các kích thích thích dò lập thể. 6/ Chúng là bộ khuếch đại
tốc độ đáp ứng ở mức mili-giây đối với những biến đổi của nồng độ các chất
trao đổi trong tế bào.
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
30
-

Hình 9
. Sơ đồ hoạt động
của hệ thống cascade
đơn chu kỳ cho phép
phosphoryl hóa enzyme
không biến đổi I
o

thyrosine trong các enzyme xảy ra trong nhiều hệ thống cascade; hơn 20
enzyme được biết là những enzyme chòu phosphoryl hóa thuận nghòch bởi hệ
thống tương tự như đã mô tả trong hình 9. Mỗi hệ thống này sử dụng ATP
nhằm cung cấp năng lượng để duy trì lượng enzyme biến đổi tương hổ thích
hợp vốn cần để điều hoà tốc độ phản ứng. Những quá trình rất khác nhau
như sinh tổng hợp và phân giải glycogen, sinh tổng hợp cholesterol, chuyển
hóa aminoacid đều được điều hòa theo kiểu này.
Một số hệ thống cascade được điều hòa bởi các kiểu biến đổi đồng
hóa trò khác với phosphorryl-hóa. Ví dụ glutamine synthetase của E. coli
hoạt động trong một hệ thống cascade kéo theo nucleotide hóa các enzyme
hoặc các protein điều hòa chúng bằng phản ứng với ATP hoặc UTP.
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
31
-
IX. HOẠT HÓA ENZYME.
Nhiều enzyme để thể hiện hoạt tính của mình, cần phải có sự hỗ trợ của
các yếu tố khác nhau, trong đó mỗi enzyme được hoạt hóa bằng một con
đường nhất đònh. Bốn kiểu hoạt hóa khác nhau được mô tả trong hình 10.
Một số enzyme, ví dụ pepsinogen, trypsinogen được hoạt hóa bằng
cách cắt bỏ một đoạn oligopeptide khỏi phân tử proenzyme (1);

Hình 4.
Các kiểu hoạt hóa enzyme

Hình 10.
Các kiểu hoạt hóa enzyme
Một số enzyme khác được hoạt hóa bằng cách hình thành cầu disulfide,
ví dụ ribonuclease (2), hoặc bằng cách tạo phức với ion kim loại (3). Kiểu

enzyme trường hợp đối với lactose synthetase - enzyme có nhiệm vụ tổng
hợp lactose trong tuyến sữa của động vật có vú. Lactose synthetase xúc tác
phản ứng:
UDP-Galactose + Glucose ⎯→ Galactosyl-β -1,4-glucose (Lactose) +
UDP.
Enzyme synthetase này cần enzyme UDP-galactose:N-acetylglucosa-
mine galactosyl transferase vốn có mặt trong nhiều mô không phải tuyến sữa
và tham gia vào việc tổng hợp các nhóm prostetic có bản chất
oligosacchaside của một số glycoprotein, ví dụ:
UDP-Gal + GlcNAc Protein ⎯→ Gal-β -1-GlcNAc Protein + UDP.
Trong tế bào tuyến sữa của động vật có vú galactosyl transferase liên
kết trên màng tương tác với một protein hòa tan là α-lactalbumin để tạo ra
lactose synthase, enzyme xúc tác tổng hợp lactose. Trong tương tác α-
lactalbumin với galactosyl-transferase tính đặc hiệu cơ chất của transferase
được biến đổi sao cho glucose trở thành chất nhận cơ chất. Glucose là một
chất nhận rất yếu (K
m
= 1 → 2M) đối với transferase này, song, khi có mặt
α-lactalbumin, nó trở thành một chất nhận rất tốt. (K
m
= 10 → 13M).
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
33
-
XI. TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME ĐỐI VỚI CƠ CHẤT.
Enzyme khác một cách rõ rệt với các chất xúc tác hóa học khác ở tính
đặc hiệu cơ chất và hiệu quả xúc tác. Phần lớn enzyme chỉ có một số ít các
cơ chất tự nhiên để được biến hóa thành sản phẩm đơn giản với hiệu qủa rất

C=O
C=O
NH
3
+
HN O NH
2
+
HN O
H
2
C - (CH
2
)
3
- CH - C - NH
2
H
2
N - C -NH -(CH
2
)
3
-CH - C - NH
2α
-Benzoyl-L-lysinamide
α

α
-Benzoyl-L-ornitinamide
α
-Benzoyl-L-homoargininamide
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
34
-
Các nghiên cứu tinh thể cho thấy rằng tính đặc hiệu này gắn liền
với phản ứng của nhóm cation của cơ chất với nhóm COO
-
của acid aspartic
tại trung tâm hoạt động. Sự đổi chỗ của nhóm cation do tăng hoặc giảm một
nhóm -CH
2
- đã ngăn cản sự liên kết của cơ chất và do đó không cho phép
enzyme thực hiện phản ứng deamine-hóa.
Các enzyme khác phản ứng với các hợp chất khác nhau và có tính đặc
hiệu tương đối rộng. Leucine aminopeptidase là một ví dụ. Enzyme này thủy
phân nhiều amide của α-L-aminoacid và dipeptide với tốc độ khác nhau
trong các phản ứng có dạng như sau:
NH
2
O NH
3
+
R – C - C - NHR’ + H
2
O ⎯→ R - C -COO

Có hai cơ sở cấu trúc quan trọng xác đònh tính đặc hiệu của enzyme đối
với cơ chất. Đó là:

GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học
Enzyme
-
35
-
1/ Cơ chất cần chứa kiểu liên kết
hóa học đặc trưng mà enzyme có thể
công phá;
Hình 11. Sự phù hợp về cấu trúc
giữa enzyme và cơ chất
2/ Bên cạnh yếu tố thứ nhất, cơ
chất còn chứa một hoặc một số nhóm
chức có khả năng kết hợp với enzyme
bằng cách nào đó để đònh hướng cơ
chất tại trung tâm hoạt động, tức
trung tâm phản ứng, của enzyme. Ví
dụ điển hình là trường hợp
acetylcholine esterase phân giải liên
kết ester giữa choline và gốc acetyl
(hình 11). Khả năng của enzyme phân
giải liên kết ester phụ thuộc cả vào sự
tồn tại của các gốc serine, tyrosine và
histidine vốn trực tiếp tham gia quá
trình phản ứng, cũng như vào sự có