SINH TỔNG HỢP VÀ ĐIỀU PHỐI TRAO ĐỔI CHẤT pps

Ch.VI. Hô hấp tế bào

CHƯƠNG VIII

SINH TỔNG HỢP VÀ ĐIỀU PHỐI TRAO ĐỔI CHẤT

Ở các sinh vật dị dưỡng (heterotrophic), song song với dị hóa hay thoái dưỡng (catabolism) phân hủy các chất

hữu cơ cung cấp năng lượng cho sự đồng hóa hay biến dưỡng (anabolism) là sinh tổng hợp các chất và các hoạt động

khác tế bào. Thoái dưỡng và biến dưỡng diễn ra đồng thời trong mối quan hệ tương hỗ hài hòa do sự điều phối chung

của tế bào.

I. CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA SINH TỔNG HỢP

Không phải tất cả các chất dinh dưỡng đều dùng cung cấp năng lượng. Chúng còn cung cấp sườn carbon để tạo

nên các phân tử cấu trúc cho bản thân tế bào. Một số các chất đơn phân (monomer) như các amino acid từ sự tiêu hóa

protein được sử dụng trực tiếp cho sinh tổng hợp.

1. Các đặc điểm của sinh tổng hợp

Quá trình tổng hợp có những đặc điểm như sau :

– Tổng hợp theo trật tự sinh học : Nói chung mỗi tế bào đều tổng hợp các protein, acid nucleic, polysaccharide và

những phân tử phức tạp khác riêng cho mình, chứ không nhận ở dạng nguyên bản. Ví dụ: glycogen của cơ được tổng

hợp trong tế bào cơ chứ không nhận glycogen của gan.

– Enzyme xúc tác mỗi bước trong chuỗi sinh tổng hợp bởi enzyme riêng cho từng phản ứng. Nhờ tính đặc hiệu cao của

enzyme nên nhiều phản ứng xảy ra đồng thời.

– Năng lượng hóa học : Mặc dù một số bước sinh tổng hợp được thực hiện không sử dụng phosphate giàu năng lượng,

nhưng nói chung sự tổng hợp các chất phức tạp cần năng lượng hóa học ở những điểm khác nhau của chu trình.

– Nguyên liệu ban đầu không nhiều : Quá trình tổng hợp sử dụng một số ít chất như: acetyl CoA, glycine, succinyl

CoA, ribose, pyruvate và glycerol.

– Không là đảo ngược của quá trình phân hủy : Nói chung, các quá trình tổng hợp không phải đơn giản là sự đảo

ngược những quá trình mà phân tử bị phân hủy và các bước tổng hợp hay phân hủy được kiểm soát bởi những enzyme

khác nhau. Nhờ đó có các cơ chế kiểm soát riêng cho việc tổng hợp hay phân hủy các phân tử phức tạp.

– Các phức hợp phân tử : Quá trình sinh tổng hợp bao gồm không chỉ sự hình thành các thành phần đại phân tử từ

những tiền chất đơn giản mà còn tập hợp chúng lại thành một số cấu trúc như màng hay phức hợp đa protein.

Như vậy, thậm chí khi tế bào không sinh sản và tăng kích thước, nó vẫn sử dụng một phần đáng kể năng lượng

cho hoạt động sinh tổng hợp. Tế bào tăng trưởng nhanh thì sử dụng một phần năng lượng nhiều hơn cho sinh tổng hợp.

Tế bào vi khuẩn tăng trưởng nhanh có thể dùng đến 90% năng lượng cho sinh tổng hợp protein.

2. Sự khác nhau trong tổng hợp các phân tử nhỏ và lớn

Sự khác nhau trong cơ chế thể hiện ở nhiều điểm căn bản. Quá trình tổng hợp các chất hữu cơ phân tử nhỏ được

thực hiện từ các tiền chất đơn giản qua nhiều bước kèm theo sự phức tạp dần của các phân tử do sự xúc tác của các

enzyme. Các đại phân tử thông tin (Informational macromolecules) như protein va acid nucleic được tổng hợp theo

khuôn từ các đơn phân.

Ngoài ra, protein va nucleic acid được tổng hợp theo các nguyên tắc sau :

– Chúng được tạo ra từ một số đơn phân nhất định như protein từ 20 loại amino acid và nucleic acid từ 5 loại

nucleotide.

– Các đơn phân như amino acid hay nucleotide được gắn từng cái một trong quá trình polymer hoá

(polymerization) nối nhau thành đại phân tử.

– Mỗi mạch polymer có điểm khởi sự (starting point) đặc hiệu và nối dài theo một hướng đến điểm kết thúc

(teminus) cố định. Điều đó đòi hỏi phải có các tín hiệu khởi sự và kết thúc, mà tế bào đảm bảo cơ chế tổng hợp

chính xác theo các tín hiệu đó.

– Các sản phẩm tổng hợp sơ cấp (Primary synthetic products) thường bị biến đổi sau khi được tạo ra mới có hoạt

tính sinh học. (chi tiết ở chương X và XI)

II. SỰ TỔNG HỢP CÁC PHÂN TỬ NHỎ

Sự tổng hợp lipid và polysaccharide cần ít năng lượng từ ATP hoặc các hợp chất phospho hoá tương tự.

Tuy nhiên, cần nhớ rằng các chất này khi cần thiết dễ dàng bị phân hủy để cung cấp năng lượng. Như vậy, ATP và

lực đẩy proton là các dạng năng lượng chuyển đổi qua lại.

1. Tổng hợp các chất đường và polysaccharide

Các polysaccharide là thành phần chủ yếu của vách tế bào ở nhiều loài sinh vật, và ở vi khuẩn

peptidoglycan có khung nền polysaccharide. Hơn nữa, tế bào thường dự trữ Carbon và năng lượng ở dạng

polysaccharide như glycogen và tinh bột, mà các đơn phân của chúng là đường đơn 6C hexose, chủ yếu là glucose.

Ngoài ra, đường 5C pentose cũng hiện diện thường xuyên trong tế bào, đáng kể là ribose và deoxyribose tạo khung

trong RNA và DNA.

1

1