Kiểm soát giải phóng năng lượng trong tế bào

Kiểm soát nhờ các enzyme xúc tác

Trước khi nói đến kiểm soát năng lượng trong tế bào, cần biết nguyên lý cơ bản của sự kiểm soát các phản ứng hoá học có enzyme xúc tác, là loại phản ứng chủ yếu xảy ra trong cơ thể.

Cơ chế xúc tác phản ứng hoá học của enzyme, trước hết là nhờ sự kết hợp lỏng lẻo với một trong các chất phản ứng. Liên kết lỏng lẻo này thay thế cầu nối bền chặt trong phân tử chất để có thể phản ứng được với các chất khác. Vì vậy, khả năng xảy ra của phản ứng hoá học phụ thuộc vào nồng độ enzyme và nồng độ của chất liên kết với enzyme. Công thức cơ bản mô tả mối tương quan này là:

Công thức này được gọi là công thức Michaelis-Menten.

Vai trò của nồng độ enzyme trong điều hoà phản ứng chuyển hoá

Khi nồng độ chất cao, theo như các con số phía bên phải, tỉ lệ phản ứng hoá học tăng theo nồng độ enzyme. Khi nồng độ enzyme tăng từ 1 đến 2, 4, hoặc 8, tỉ lệ phản ứng sẽ tăng tương ứng, biểu thị bởi mức tăng của các đường biểu diễn. Ví dụ, khi một lượng lớn glucose đi vào ống thận ở người đái tháo đường - glucose vượt ngưỡng tái hấp thu của ống thận, dẫn tới glucose không được tái hấp thu hoàn toàn do enzyme vận chuyển đã bão hoà. Trong trường hợp này, tỉ lệ tái hấp thu glucose bị giới hạn bởi nồng độ enzyme vận chuyển trong tế bào ống lượn gần, không phải bởi nồng độ glucose.

Hình. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất và enzym đến tốc độ phản ứng do enzym xúc tác.

Vai trò của nồng độ chất trong điều hoà phản ứng chuyển hoá

Khi nồng độ chất trở nên đủ thấp chỉ có một tỷ lệ nhỏ enzyme cần cho phản ứng, lúc này tỉ lệ phản ứng phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ chất cũng như nồng độ enzyme. Quan hệ này có thể thấy ở hấp thu các chất qua đường ruột và ống thận khi nồng độ của chúng thấp.

Sự giới hạn chuỗi phản ứng

Hầu hết các phản ứng hoá học trong cơ thể xảy ra thành chuỗi, sản phẩm của phản ứng trước sẽ trở thành chất tham gia của phản ứng sau. Vì vậy tỉ lệ xảy ra của chuỗi phản ứng sẽ phụ thuộc vào tỉ lệ xảy ra của phản ứng cuỗi cùng trong chuỗi, được gọi là bước giứo hạn của chuỗi phản ứng.

Nồng độ ADP đóng vai trò yếu tố kiểm soát giải phóng năng lượng. Trong trạng thái nghỉ, nồng độ ADP trong tế bào rất thấp, do đó những phản ứng hoá học có sự tham gia của ADP xảy ra rất chậm. Bao gồm tất cả con đường chuyển hoá hiếu khí giải phóng năng lượng từ thức ăn, cũng như những con đường thiết yếu khác để giải phóng năng lượng trong cơ thể. Vì vậy, ADP là yếu tố giới hạn chủ yếu cho tất cả chuyển hoá năng lượng trong cơ thể. Khi tế bào ở trạng thái hoạt động, ATP chuyển thành ADP, làm tăng nồng độ ADP. Mức tăng nồng độ ADP tương ứng với mức độ hoạt động của tế bào. ADP này sẽ làm tăng tỉ lệ của tất cả các phản ứng sinh năng lượng từ thức ăn. Nhờ vậy lượng năng lượng được giải phóng trong tế bào được kiểm soát bởi mức độ hoạt động của tế bào. Khi tế bào ngừng hoạt động, sự giải phóng năng lượng sẽ ngừng lại do tất cả ADP đều chuyển thành ATP.