Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Избьг- так субстрата А служит, следовательно, для клеточного ялра сигналом, вынув:дающим его «включитьв гены, контролирующие образова- ние ферментов Еп Ез и Ез. Вюпочеиие генов овна мет синтез соответствующей матричной РНК; она поступает в рибосомы, и вследствие этого в них осуществляется синтез ферментов Еп Е, н Ез. ГЛ. !3. МЕТАБОЛИЗМ.
ОБЩИЙ ОБЗОР 391 цифичных ферментов в зависимости от природы поступающих в них питательных веществ. Это явление носит название индукции ферментов (рис. 13-17). 13.12. Вторичный метаболизм До сих пор речь шла у нас главным бразом о центральных метаболических путях, т.е.
о путях превращения основных пищевых веществ клетки — углеводов, жиров и белков. На этих центральных путях потоки метаболитов довольно внушительны. Например, в организме взрослого человека ежесуточно окисляется до СОз н воды несколько ~а~си ~раммов глюкозы. Есп, однако, н другие метаболические пути со значительно меньшим потоком мегаболитов; ежесуточный синтез или распад измеряется здесь милли- граммами. Эти пути составляют так называемый вторичный метаболизм, роль которого состоит в образовании различных специализированных веществ, требующихся клеткам в малых количествах.
К вторичным метаболическим путям принадлежит, например, биосинтез коферментов и гормонов, потому что эти соединения выраба.гываются и используются только в следовых количествах. Сотни различных высокоснециализнрованных биомолекул, в том числе нуклеотиды, пигменты, токсины, антибиотики и алкалоиды, продуцируются у разных форм жизни на вторичных метаболических путях. Все эти продукты, разумеется, очень важны для тех организмов, которые их вырабатывают. и все они выполняют какие-то определенные биологические функции. Однако специализированные вторичные метаболические пути„ ведущие к их синтезу, не во всех случаях хорошо изучены.
В этой книге мы лишены возможности рассматривать эти вторичные метаболические пути, порой весьма сложные; мы здесь займемся главным образом центральными, илн первичными, путями метаболизма. 13ДЗ. Метаболические пути могут быть идентифицированы в прямых опьпах Для того чтобы выявить последовательность химических реакпий, составляющих тот ипи иной метаболическнй путь, можно воспользоваться тремя главными эксперимент.альнымн подходами, Первый из них, наиболее прямой, заключается в изучении метаболического пути )п чл1га (в пробирке), т.е.
не в самой живой ткани, а в ее бесхлетачном экстракте, сохраняющем способность катализировать весь исследуемый процесс в целом. Еще в середине прошлого века стало, например. известно, что дрожжи сбраживают глюкозу до этилового спирта и СОх. Однако изучение отдельных стадий этого метаболнческого пути, поставляющего анаэробным дрожжевым клеткам почти всю необходимую им энергию, началось по-настоящему только с 1898 г., когда Эдуард Бухнер обнаружил, что отжатый нз дрожжей сок, не содержащий живых клеток, тоже способен сбраживать глюкозу до этилового спирта и СОз (разд.
9.1). Позже выяснилась, что брожение в таких экстрактах происходит лишь прн добавлении неорганического фосфата и что по мере потребления глюкозы этот фосфат исчезает из экстракта. Оказалось, что в среде накапливается прн этом какое-то фосфорилированное производное гексазы, обладающее всеми теми свойствами, какими должен обладать олин из промежуточных пролуктов на пути превращения глюкозы в этиловый спирт н СОх. После того как этот промежуточный продукт был идентифицирован. в дрожжевом экстракте удалось обнаружить фермент, превращающий его в другой продукт.
Этот последний в свою очередь был выделен и иден.гифицирован, Таким образом, идентифицированными оказались уже два промежуточных продукта расщепления глюкозы. Добавляя к эстрактам ингибиторы ферментов, исследователи добивались накопления других промежуточных пролуктав. В конце концов благодаря комбинированию така~ о рода приемов удалось выделить н илентифн- ЧАСТЬ П.
БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ цировать 11 метаболитов, представляющих собой промежуточные продукты спиртового брожения глюкозы. Все 11 ферментов, катализирующих эту последовательность реакций, были выделены и очищены. Этот же прямой метод применяется и при изучении других метаболических путей. Он позволяет идентифицировать один за другим промежуточные продукты данного процесса и ферменты, катализирующие их образование и распад. Послевыявления всей последовательности реакций процесс может быть воспроизведен в пробирке с использованием очищенных компонентов.
13.14. Промежуточные стадии метаболизма можно выявлять с помощью мутантпых организмов Второй важный подход к выяснению метаболических путей связан с изучением мутантных организмов, не способных синтезировать данный фермент в активной форме. Такой дефект, если только он не является летальным, может проявиться в том, что у мутанта будет накапливаться и выводиться из организма субстрат дефектного фермента. Некоторые этапы обмена аминокислот удалось, например, выяснить, исследуя у людей врожденные нарушения обмена, при которых в организме не вырабатывается определенный фермент (рис.
13-18). У человека такие генетические нарушения встречаются сравнительно редко и вследствие этого не могут служить объектом систематического изучения. Однако у микроорганизмов их можно вызнаешь искусственно, воздействуя на клепги различными мутагенными агентами (рентгеновскими лучами или определенными химическими соединениями), способными изменять структуру определенных генов в их ДНК.
Полученные таким путем мутантные микроорганизмы, утратившие способность синтезировать тот или иной фермент, могут служить прекрасным орудием для изучения метаболизма. Познакомимся ~еперь с тем, как используются такие мутанты. Нормальные, т.е. немутантные клетки хлебной ч сдаст его акжчь вызывает фенялгмтоаурме Тарелки у' Ъ, Меланж — темный Гндроксифенилакруват -ь вызывает !'амагентиэат Недаогатачлость Макея лвцктоаветат 1 ) В цикл лимонной кяалатм Рис. !3-!8 Случаи генетического нарушения обмена аминокислоты фенилалвнина, наблюдавшиеся у человека. Кажцый из таких саучаев связки с выпадением функции одного-единственнога гена Изучение этих нарушений лала воэмажнасчь установить природу промежуточных продуктов обмена фенилаланнна.
плесени Хешоярога сгалае [рис. 13-19), могут расти на простой среде, содержащей в качестве единственного источника углерола глюкозу и единственного источника азота — аммиак. Однако если споры этого гриба подвергнуть рентгеновскому облучению, то среди возникших мутантов обнаружатся н такие, которые уже не способны расти на этой простой среде, но вполне нормально раса.ут на среде, содержащей определенные метаболиты.
Так, например, некоторые мутанты )Чеигоурога нормально развиваются на среде, содержащей аминокислоту аргинин, которая немутантным клеткам не требуется. Ясно, что у таких мутантов не активен или вообще не вырабатывается какой-то из ферментов, участвующих в синтезе аргинина из аммиака. Из-за отсутствия аргинина мутантные клетки не в состоянии образовать белки, в состав которых входит аргннин, и потому не растут. Однако они будут нормально расти, если мы добавим к питательной среде помимо глюкозы и аммиака еще и аргиннн. Такие мутанты с нарушением какого-либо био- ГЛ.
13. МЕТАБОЛИЗМ. ОБЩИЙ ОБЗОР 393 Е, Ех А — + .8 $ 0 дч Мутант И, которому для роста Ее ~БЕ робу „вили А, утаят 1!1, которому для роста Еэ Е. Мтн требуется С, 0 или Агк Рис. 13-19. Вегетативная форма, или мнпелий, хлебной плесени ЛГеиго»рою ггяма. У этого ор. ганизма легко получить мутантные штаммы, которые оказались весьма полезным инструментом при изучении некоторых метаболических путей. На соискании экспериментов с мутантами !таило»рею была сформулирована гипотеза «один ген -одни ферментж синтетического пути, рост которых можно восстановить, обеспечив их нормальным продукт.ом данного процесса, называют ауксатдофными мулшкпшмп (от греч. нап)сво» вЂ” повышать; имеются в виду повышенные пищевые потребности тгих мутантов).
Не все мутанты )т'еигозрогеь утратив- шне способность синтезировать аргинин, одинаковы; они различаются в зависимости от того, какая стадия биосинтеза аргинина у них нарушена (рис. 13-20). Набор различных мутантов, нужлающихся в аргинине, можно использовать для выявления промежуточных стадий в последовательности ферментативных реакций, из которых слагается синтез этой аминокислоты. Если мутант 1(рис. )3-20) выращива.гь на среде с очень небольшим (лимитирующим) количеством аргинина, то клетки растут до тех пор, пока весь имеющийся аргинин не будет израсходован на синтез белка.
Одновременно в культуральной среде накапливается предшественник !3, который не может превратиться в аргинин, поскольку у му- Рис 13-Ю. Ауксотрофные мутанты №игоерою сгшю, утратившие в результате мутации спо- собность синтезировать один яз ферментов !отмечен на р»сунке красной полосой), участ- ку шлюх в бносинтезе ар» ини»ж (Агй! иэ пред- шественника А. Веннччаа В, С и О играют роль промежуточных продуктов в этом прглра- шении. У мутанта 1 отсутствует фермент Е«, но его можно вырашивать на среде, обогв- шенной аргинином.
В этих условяях в хульту- ральной среде будет накапливаться промежу- точный продукт О. У мутанта П отсу»с»пуст фермент Ез, однако активность Е у него сокраняется. Поэтому он может расти, если добавить к среде либо аргинин, лкбо проме- жуточный продует О, вырабатываемый мутан- том 1. Аналогичным образом мутант П1, ли- шенный фермента Е», растет на краш, содер. нашей С, О илн аргинин, поскольку он мо- жет преврашать в аргииин промежуточные продукты С или О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
