Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Добавление глюкозы репрессировало синтез ферментов, участвующих в ката бол изме Х. Это явление вначале называли «эффект глюкозы», но потом обнаружилось, что сходные эффекты могут вызывать и другие окисляемые питательные вещества; поэтому был предложен термин «катаболитная репрессия». Катаболитная репрессия осуществляется при участии сАМР. Молекулярные механизмы индукции, репрессии и дерепрессии осуждаются в гл.
41. В разветвленных процессах биосинтеза, например при биосинтезе аминокислот с разветвленными боковыми цепями или аминокислот семейства аспартата, ферменты начальных стадий участвуют в биосинтезе нескольких аминокислот (рис. 10.3). Если в среду, на которой растут бактерии, добавить лизин. репрессируется синтез ферментов, участвующих исключительно в биосинтезе лизина (Епх„). Добавление в среду треонина вызывает репрессию ферментов, участвующих только в биосинтезе треонина (Епъ,). Это — примеры простой репрессии конечным продуктом.
В то же время ферменты Епх, и Епх, (рис. 10.3) участвуют одновременно в биосинтезе и лизина, и треонина. Если бы репрессию их синтеза вызывал каждый из конечных продуктов по отдельности, то наблюдался бы недостаток другой аминокислоты. Если же в среду добавить одновременно и лизин, и треонин, то ферменты Епх, и Епх, г Аспартат-поп Епа Г уападегиа Треонин Рис. 16.3.
Синтез аминокислот семейства аспартата. Под Епх„и Енхт подразумеваются группы ферментов, участвующих в биосинтезе лизина и треонина соответственно. Число стрелок соответствует числу стадий. окажутся излишними; их репрессия была бы выгодна бактерии, поскольку позволила бы более эффективно испольэовать имеющиеся питательные вещества. В присутствии всех конечных продуктов, образующихся на различных ответвлениях пути бносинтеза, может наблюдаться мультивалеитпая репрессия. Это происходит только тогда, когда все конечные продукты, синтезируемые данным набором ферментов, присутствуют в избытке.
Следовательно, для полной репрессии аспартокиназы (Епх,) необходимо присутствие не только лизина и треонина, но также еще и метионина, и изолейцина. Обновление ферментов В быстро растущих бактериях общая скорость распада белков составляет около 2% в час.
Иное положение складывается, когда бактерии находятся в условиях голодания или их переносят на свежую среду, бедную углеродом. В этих условиях распад бактериальных белков идет со скоростью 7 — 10% в час. Сочетание процессов синтеза и распада ферментов называют обновлением ферментов. Обновление происходит и у бактерий, и у млекопитающих, однако значение распада ферментов как средства регуляции их количества у бактерий недооценивалось. !02 Глава 10 В клетках млекопитающих обновление белков было обнаружено гораздо раньше, чем у бактерий.
Указания на этот процесс у человека были получены более ста лет назад на основании наблюдений за людьми, получавшими специальную диету. Однако лишь после классических работ Шенхеймера, начатых незадолго до второй мировой войны, было твердо установлено, что обновление клеточных белков происходит на протяжении всей жизни. Измеряя скорость включения в данный белок 'Ъ-меченных аминокислот и скорость утраты метки белком, Шенхеймер пришел к выводу, что белки в организме человека находятся в состоянии «динамического равновесия»; это представление позднее было распространено на другие компоненты организма, включая липиды и нуклсиновые кислоты.
Регуляция синтеза и распада ферментов Основные этапы синтеза белков достаточно хорошо изучены, чего нельзя сказать о процессах распада ферментов. Распад ферментов происходит в результате их гидролиза протеолитическими ферментами, но о механизме регуляции этой протеолитической активности мало что известно. Установлено только, что процессы регуляции могут быть сопряжены с расходованием АТР, Чувствительность фермента к протеолизу зависит от его конформации. Присутствие нли отсутствие субстратов, коферментов, ионов металлов †в это способно влиять на конформацию белка и его чувствительность к протеолизу. Поэтому скорость распада специфических ферментов может зависеть от концентрации в клетке субстрат он, ко ферментов и, возможно, ионов.
Эти представления можно хорошо проиллюстрировать на примере аргиназы и триптофаноксигеназы (триптофанпирролазы). Регуляция содержания аргиназы в печени может осуществляться путем изменения либо 1г,„„„, либо й „. Переход на обогащенную белковую диету приводит к возрастанию содержания аргиназы из-за повышения скорости ее синтеза. Содержание фермента в печени возрастает также у голодающих животных.
Но это обусловлено снижением скорости распада аргиназы, поскольку значение й,„„, остается постоянным. Теперь о ситуации, которая наблюдается со вторым ферментом: инъекция млекопитающим глюкокортнкоидов, как и инъекция триптофана, повышает содержание триптофаноксигеназы. Гормон вызывает повышение скорости синтеза фермента 1г „„тогда как Тгр не оказывает влияния на Й„„„„а понижает Й„„, повышая устойчивость оксигеназы к протеолизу. Сравним оба этих примера с индукцией ферментов у бактерий. В случае аргиназы повышенное потребление азота при нахождении на обогащенной белковой диете может увеличить содержание аргиназы (см. гл. 30). Повышение скорости синтеза аргиназы внешне напоми- нает индукцию субстратом, наблюдающуюся у бактерий.
Для триптофанпирролазы ситуация иная: в бактериальных клетках Тгр может действовать как индуктор (увеличивая А;„„), но в тканях млекопитающих он действует только на процесс распада фермента (уменьшает /с „.„). Содержание ферментов в тканях млекопитающих может изменяться в результате действия различных физиологических и гормональных факторов, а также под влиянием диеты. Известно много примеров такого рода для разных тканей и различных метаболических путей (табл. 1О.1), однако наши знания о молекулярном механизме процессов носят фрагментарный характер.
Глюкокортикоиды повьппают концентрацию тирозин-трансаминазы, увеличивая й,.„„,. На этом примере была впервые четко показана гормональная регуляция синтеза фермента в тканях млекопитающих. Инсулин и глюкагон, несмотря на взаимный антагонизм их физиологического действия, оба независимо повышают й „, в 4 — 5 раз.
Действие глюкагона, вероятно, опосредуется сАМР, который оказывает аналогичное гормону действие в органной культуре печени крысы. Превращение проферментов в активные ферменты Ферментативная активность может регулироваться путем превращения неактивного профермента в каталитически активную форму. Чтобы перейти в такую форму, профермент должен подвергнуться ограниченному протеолизу, сопровождающемуся конформационными изменениями; при этом происходит либо демаскирование каталитического центра, либо его формирование (см.
гл. 8). Синтез в форме каталитически неактивных проферментов является характерным свойством пищеварительных ферментов, а также ферментов системы свертывания крови и системы фибринолиза (см. гл. 55). РЕГУЛЯЦИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОИ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ Определения Если в результате физиологических процессов изменяется активность фермента, то мы часто не можем сказать, чем это обусловлено — изменением количества фермента или эффективности его функционирования.
Мы будем называть все изменения актив« ности фермента, происходящие при постоянном количестве присутствующего фермента, изменением его каталитической эффективности. Ферменты: регулярная активности ЮЗ Таблица 10Л. Некоторые ферменты печени крысы, скорость синтеза которых изменяется в зависимости от условий среды'> Внешний стимул Время полуобновлеиия, п.ч Фермент Относительное изменение скорости синтеза Метабо еизм аминокислот Аргиназа Голодание, глюкокортикоиды Переход от обогащенной к бедной белком диете Глюкагон, аминокислоты Переход от бедной к обогащенной белком диете 100 — 120 +2 — 2 +! ОО +20 20 60 Сернндегндратаза Гнсгндаза Углеводный обмен Глюкозо-6-фосфатдегндроге- наза !5 + 1О Гормоны щитовидной железы; переход от бедной диеты к диете с высоким содержанием углеводов Гормоны щитовидной железы О-Глнцерофосфатдегидрогеназа Фруктозо-1,6-фосфатаза Липидный обмен Цнтратлназа +10 Глюкоза +10 Переход от голодания х диете с высоким содержанием углеводов н низким содержанием жиров Голодание Переход от голодания к диете, не содержащей жиров Постная диета, 5% холесгерола н пище Суточные вариации Инсулин, гормон щитовидной железы +30 Сннтаза жирных кислот — Ю +30 2 — 3 НМО-СоА-редухтаза — 10 +5 от 2 до !О Метаболизм пуринов и пиримидинов Ксантнноксидаза Аспартат-трансхарбамонлаза Дигндрооротаза Переход к богатой белками диете 1%-ная оротоиая кислота 1%-ная оротоиая кислота — Ю +2 +3 60 12 и Все данные, за исключением данных по НМО-СоА-редуатазе„азаты из работы Апаш нет.
В!оспеш. 1970: 39: 929. Концентрации реактантов Комцартментация ферментов Макромолекулярныс комплексы Объединение набора ферментов, катализирующнх многоступенчатую последовательность метаболических реакций, в макромолекулярный комплекс позволяет координировать работу ферментов н канализирует перемещения интермедиатов по метабо- Изучение кинетических н регуляторных свойств ферментов позволяет лучше понять характер физиологических процессов, протекающих в неповрежденных клетках, в тканях и целом организме. Однако большая часть информации получена при изучении ферментов !и 9т1то, в условиях, существенно отличающихся от тех, которые имеют место в живых клетках.
Поэтому распространение полученных данных на условия ш что требует осторожности. Например, концентрации субстратов ш ч!1го могут значительно отличаться от тех, которые имеются !и ~что. Роль компартментации (пространственного разделения) метаболическнх процессов в клетках эукариот, в том числе в клетках млекопитающих, трудно переоценить. Локализация специфических метаболическнх процессов в цитозоле или в клеточных органеллах облегчает независимую регуляцию этих процессов. Развитая компартментация метаболических процессов особенно характерна для высших форм живых организмов — она позволяет осуществлять наиболее тонкую регуляцию метаболизма.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
