Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Regulation of metabolism - Coggle Diagram
Regulation of metabolism
ความสำคัญของการควบคุมยีนในโปรคารีโอต
โปรคารีโอต เช่น แบคทีเรีย มีระบบควบคุมการแสดงออกของยีนเพื่อปรับตัวให้เหมาะสมกับสิ่งแวดล้อม เช่น การตอบสนองต่อแหล่งอาหารหรือสารเคมี โดยใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งการควบคุมนี้มักเกิดในระดับการสร้าง mRNA (Transcriptional Control)
บทบาทของเอนไซม์ในกระบวนการเผาผลาญ
เอนไซม์เป็นโปรตีนที่ช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีในกระบวนการเผาผลาญของเซลล์ (metabolic pathways) โดยเฉพาะในจุดสำคัญของเส้นทางเคมี (key steps) เพื่อให้เกิดความรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ เซลล์จึงจำเป็นต้องควบคุมการทำงานของเอนไซม์เพื่อปรับสมดุลและตอบสนองต่อสภาวะแวดล้อม
การควบคุมแบบอัลโลสเตอริก (Allosteric Regulation)
ลักษณะ : เอนไซม์ที่มี allosteric site (ตำแหน่งควบคุม) นอกเหนือจาก active site (ตำแหน่งจับกับ substrate)
เมื่อโมเลกุลที่เรียกว่า ligand จับกับ allosteric site จะทำให้โครงสร้างของเอนไซม์เปลี่ยนแปลง ซึ่งส่งผลต่อการทำงานของ active site
ตัวกระตุ้น (Activator) : ทำให้เอนไซม์จับกับ substrate ได้ง่ายขึ้นและเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา ตัวอย่าง: ATP เป็นตัวกระตุ้นเอนไซม์ phosphofructokinase ใน glycolysis
ตัวยับยั้ง (Inhibitor) : ลดหรือหยุดการทำงานของเอนไซม์โดยลดความสามารถสามารถในการจับกับ substrate ตัวอย่าง: ATP เป็น allosteric inhibitor ในบางกรณี เช่น การยับยั้งเอนไซม์ในกระบวนการที่ ATP ล้นเกิน
การยับยั้งแบบย้อนกลับ (Feedback Inhibition)
ลักษณะ: เป็นกลไกที่ ผลิตภัณฑ์สุดท้าย (Final Product) ในเส้นทางการเผาผลาญจะย้อนกลับมายับยั้งเอนไซม์ตัวแรกใน pathway ช่วยหยุดการสร้างสารเกินความจำเป็น ลดการใช้พลังงาน และควบคุมสมดุลของสารเคมีในเซลล์
รูปแบบของ Feedback Inhibition
Basic Feedback Inhibition: ผลิตภัณฑ์ตัวเดียว (Product) ยับยั้งเอนไซม์ตัวแรกใน pathway ตัวอย่าง: การยับยั้ง threonine deaminase โดย isoleucine
Sequential Feedback Inhibition: ผลิตภัณฑ์ใน branch pathway แต่ละเส้นทางสามารถยับยั้งเอนไซม์เฉพาะทาง ตัวอย่าง: การสังเคราะห์กรดอะมิโนหลายชนิด
Concerted Feedback Inhibition: ผลิตภัณฑ์หลายตัว (เช่น P1 และ P2) ต้องทำงานร่วมกันเพื่อยับยั้งเอนไซม์ตัวแรก ตัวอย่าง: การควบคุมการสังเคราะห์ purine nucleotides
Cumulative Feedback Inhibition: ผลิตภัณฑ์แต่ละตัวสามารถยับยั้งเอนไซม์ได้อย่างอิสระ ตัวอย่าง: การสังเคราะห์ lysine และ threonine
การปรับเปลี่ยนแบบโควาเลนต์ (Covalent Modification)
ลักษณะ: การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของเอนไซม์ เช่น การเติมหรือเอาหมู่เคมีออก ซึ่งทำให้เอนไซม์เปลี่ยนสถานะระหว่าง “ทำงาน” และ “หยุดทำงาน”
Phosphorylation (การเติมหมู่ฟอสเฟต): กระบวนการเติมหมู่ฟอสเฟตบนเอนไซม์ผ่านการทำงานของ kinase ตัวอย่าง: Glycogen phosphorylase ถูกกระตุ้นโดยการเติมหมู่ฟอสเฟตเพื่อเร่งการสลายไกลโคเจน
Dephosphorylation (การเอาหมู่ฟอสเฟตออก): กระบวนการเอาหมู่ฟอสเฟตออกผ่านการทำงานของ phosphatase ตัวอย่าง: Glycogen synthase ถูกยับยั้งเมื่อเติมหมู่ฟอสเฟต และถูกเปิดใช้งานเมื่อเอาหมู่ฟอสเฟตออก
Operon
(แบบจำลองโอเปอรอน)
• Operon คือกลุ่มของยีนที่ทำงานร่วมกันและถูกควบคุมผ่านกลไกเดียวกัน
1.Promoter: บริเวณที่ RNA polymerase จับเพื่อเริ่มการถอดรหัส (transcription)
2.Operator: จุดควบคุมที่ repressor protein จับเพื่อเปิดหรือปิดการทำงานของ operon
3.Structural Genes: ยีนที่ผลิตโปรตีนหรือเอนไซม์
Lac Operon
ระบบนี้ถูกเปิดใช้งานเมื่อมี lactose และควบคุมการผลิตเอนไซม์ที่ย่อยสลาย lactose
Negative Control ของ Lac Operon
ไม่มี lactose: • Regulator gene สร้าง active repressor protein
• Repressor จับกับ operator → ปิด operon → ไม่เกิดการสร้าง mRNA
มี lactose: • Lactose เปลี่ยนเป็น allolactose ซึ่งทำหน้าที่เป็น inducer
• Inducer จับกับ repressor → Repressor ไม่สามารถจับ operator → operon เปิด → เกิดการสร้าง mRNA → สร้างเอนไซม์ที่ย่อย lactose
ความแตกต่างระหว่าง Positive และ Negative Regulation
การควบคุมระดับต่างๆ
• การควบคุมที่รวดเร็ว (Fast Response): เช่น การปรับระดับ mRNA
• การควบคุมที่ประหยัดพลังงาน (Efficient Resource Use): เช่น การปิด operon เมื่อไม่จำเป็น
• Positive: กระตุ้น RNA polymerase
• Negative: ยับยั้ง RNA polymerase