Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Одновременно при этом возникает новая проблема— прохождение метаболитов через разделяющие барьеры. Эта проблема решается с помощью «челночных механизмов», переводящих метаболит в форму, которая способна проходить через барьер. Затем по другую сторону барьера происходит обратное превращение метаболита в первоначальную форму. В связи с наличием барьеров возникает потребность в функционировании, например, цитозольной и митохондриальной форм некоторых ферментов.
Поскольку эти формы фермента физически разделены, их независимая регуляция облегчается. Роль челночных механизмов в поддержании равновесия между метаболическими пулами восстановительных эквивалентов промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты и ряда других интермедиатов обсуждается в гл. 17. г'ми«а ю лическому пути. Адекватное взаимное расположение ферментов облегчает перенос продукта от одного фермента к другому без его предварительного уравновешивания с метаболнческим пулом.
Это обеспечивает более эффективный метаболический контроль, чем в том случае, когда компоненты комплекса изолированы друг от друга. Кроме того, конформационные изменения в одном из компонентов могут передаваться через межбелковые взаимодействия на другие компоненты комплекса. Это позволяет усиливать регуляторные эффекты. Эффективные концентрации субстратов, коферментов и катионов Средние внутриклеточные концентрации субстрата, кофермента или ионов металлов мало что могут сказать нам о поведении фермента ш что. Необходимо иметь информацию о концентрациях соответствующих метаболитов в непосредственном окружении рассматриваемого фермента.
Однако даже измерение концентрации метаболита в отдельных компартментах клетки не позволяет учесть локальные перепады его концентрации внутри компартмента, обусловленные, например, приближением к месту поступления или синтеза метаболита. Наконец, далеко не всегда обращают достаточное внимание на различие между общей концентрацией метаболита и концентрацией свободного метаболита. Например. общая концентрация 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах очень велика„тогда как концентрация свободного бисфосфоглицерата в этих клетках сравнима с его концентрацией в других тканях.
Эритроциты содержат приблизительно 5 ммолей гемоглобина. которые связывают 1 моль бисфосфоглицерата на моль дезоксигенированного тетрамера. Поэтому при общем содержании бисфосфоглице рата 4 ммоля концентрация свободного бисфосфоглицерата в эритроцитах венозной крови оказывается значительно меньше. Подобные же явления наблюдаются и в случае других метаболитов в присутствии эффективно связывающих их белков, значительно понижающих концентрацию свободных метаболитов.
Кинетический анализ Михаэлиса — Ментен основан на предположении, что общая концентрация субстрата равна концентрации свободного субстрата. Как мы видим, 1п иапо это предположение может не выполняться, поскольку в этом случае концентрация свободного субстрата часто бывает примерно того же порядка, что и концентрация фермента. Ионы металлов, играющие каталитическую и структурную роль в действии многих ферментов (в их число попадает свыше четверти всех известных ферментов, см.
гл. 9), могут осуществлять и регуляторные функции, особенно в тех случаях, когда субстратом служит АТР. В реакциях, в которых в каче- стае субстрата фигурирует комплекс между АТР и ионом металла, максимальная активность чаще всего наблюдается при молярном отношении АТР/металл 1. Избыток металла нли избыток АТР оказывает ингнбируюшее действие. Поскольку нуклеозидди- и трифосфаты образуют прочные комплексы с двухвалентными катионами, внутриклеточные концентрации нуклеотидов сказываются и на внутриклеточных концентрациях свободных ионов металлов, а следовательно, и на активности некоторых ферментов. Например.
в отсутствие ионов металлов глутаминсинтаза в клетках Е. сой принимает «релаксированную», каталитически неактивную конформацию. Ионы Мд" или Мп" превращают синтазу в активную, «напряженную» форму. Кроме того, аденилирование синтазы меняет ее специфичность— фермент отдает предпочтение уже не Мя1', а Мп-''. И наконец, активность аденилированного фермента становится чувствительной к отношению АТР~Мй", тогда как неаденилированная форма этой особенностью не обладает. АЛЛОСТЕРИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ Принцицы Каталитическая активность некоторых регуляторных ферментов может модулироваться низкомолекулярными аллостерическими эффекторами, обычно имеющими либо незначительное структурное сходство с субстратами или с коферментами регулируемого ими фермента, либо не имеющими его вообще. Ингнбирование фермента, катализирующего одну из реакций в цепи, конечным продуктом этой цепи называют ингибировапием по принципу обратной связи.
В цепи реакций биосинтеза Р из А„катализируемой ферментами Епх,, ... Епх,: Еп«, Е»г, Епг А — +' В -~' С -+' Е), при высоких концентрациях 0 обычно наблюдается ингибирование превращения А в В. Это не простое «обращение» реакции, связанное с накоплением промежуточных продуктов, а следствие того, что продукт О способен связываться с ферментом Епх,, выступая в качестве его ингибитора. Таким образом, О действует как отрицательный аллостерический эффектор фермента, или ннгибитор, действующий по принципу обратной связи.
Следовательно, ингибирование Епх, под действием Р регулирует синтез Р. Обычно О связывается с ингибнруемым ферментом в аллостерическом центре, удаленном от каталитического центра. В кинетическом плане ингибирование по принципу обратной связи может быть конкурентным, неконкурентным, частично конкурентным и смешанным. Ингибирование по принципу обратной связи Ферлитиы: регуляция активиаети 105 характерно для биосинтетических путей.Оченьчасто ннгнбнтор, действуияцнй по принципу обратной связи.
является последней малой молекулой перед синтезом макромолекулы (например, аминокислотой„ если речь идет о синтезе белков, или нуклеотидом в синтезе нуклеиновых кислот). Регуляция по принципу обратной связи обычно происходит на первой функционально необратимой' стадии, уникальной для данной цепи реакций бносннтеза. Примерами ингибирования по принципу обратной связи в микроорганизмах могут служить ингибирование фосфорибозил: АТР— пирофосфорилазы гпстидином, антранилатсинтазы — триптофаном, аспартаттранскарбамоилазы — под действием СТР. В каждом случае регуляторный фермент участвует в цепи реакций биосинтеза единственного конечного продукта — Н)з, Тгр или СТР. Цепь реакций биосинтеза часто бывает разветвленной — ее первые реакции дают начало синтезу сразу двух или большего числа метаболитов.
На рнс. 10.4 указаны вероятные участки в разветвленной цепи биосинтеза, по которым осуществляется простое ннгибирование по принципу обратной связи (ингибиторами могут служить аминокислоты, пурнны илн пиримидины). Б,, Б, и Б, являются предшественниками всех четырех конечных продуктов (А, В, С и Е1), 3,— предшественником В и С, а Б,— предшественником только В.
Последовательности Бз з4 В, Б„- С, Б, -~ Б, — Р являются линейными и могут подвергаться ингибированию конечными продуктами по принципу обратной связи. Более тонкая регуляция осуществляется с помощью множественных петель обратной связи (рис. 10.5). Например, если В присутствует в избытке, то снижается потребность в Б,. Следовательно, способность В ингибировать процесс, в котором сам этот продукт образуется, представляется биологически целесообразной. Однако, если избыток В ннгибирует не только реакции, которые связаны исключительно с синтезом В, но и те реакции, которые одновременно ведут к синтезу А, С и 1л, то он будет препятствовать синтезу всех четырех продуктов. Это, конечно, нецелесообразно.
Впрочем, сформировались механизмы, позволяющие преодолеть эту трудность. Существует несколько вариантов ингибирования по принципу обратной связи. При кумулятивном нн- ' Имеется в виду реакция, равновесие которой (в термодннамическом смысле) сильно смещено в одну сторону, т.е. реакция, характеризующаяся большим по величине отрицательным значением Л 6. Рве. 10.4. Ингябярованяе по принципу обратной связи ~а различных участках разветвленного бпосяптетяческого пути. 8,— -Б,— — промежуточные соединения. образующиеся в холе бйосинтсза конечных продуктов А — О. Прямые стрелки соответствуют ферментам, катализирующим указанные превращения.
Кривыми стрелками указаны петли обратной связи,и вероятные участки ингибирования по принципу обратной связи специфическими конечнымн про- дуктамн. гнбнрованни ингибируюшее действие двух н более конечных продуктов на один и тот же регулируемый фермент строго аддитивно. В случае согласованного или мультнвалентного иигнбнрования полное ингибирование наблюдается только тогда, когда в избытке одновременно присутствуют два или более конечных продукта. При кооперативном ингнбнровании ннгибирующее действие на регуляторный фермент оказывает избыток каждого из конечных продуктов, но ннгнбируюп1ее действие сразу двух и более конечных продуктов намного превосходит адднтнвиый эффект, характерный для кумулятивного ннгнбирования.
Еще один вариант регуляции наблюдается в случае ферментов аспартатного семейства: оно включает множественные формы ферментов (изозимы), каждый из которых имеет свои регуляторные характеристики. В Е. сой синтезируются три аспартокиназы. Одна из них (АК,) специфически и полностью ингибируется лизином, другая (АКт) — треонином, а третья (АК„) — гомосерином, предшественником Мег, ТЬг и 11е (рис. 10.6). Избыток 1.уз ингибирует АК.„, что приводит к снижению синтеза аспартилфосфата. Но одного только этого еще недо- Рве.
16.$. Множественное ингибнрование по прннцвпу обратной связи на различных участках разветвленного биосинтетического пути. Помимо простых петель обратной связи (кривые штриховые стрелки) указаны петли (крнвые сплошпыс стрелки), регулирующие активность ферментов, общнх для процессов биосинтеза нескольких конечных про- дуктов. Глави 10 Организм й-Аееартилфосфат Е. сов (киназа 1) Е. со11 (кииаза 1!) Е. со11 (кииаза Ц1) Я.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
