Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Мутант 1, которому для роста требуется Агб чАсть ц. БНОэнергетикд и метАБОлизм Таблица 13-1. Некоторые изп'!опы. нпнпдьзуемып н канпнтпе мппзн Средняя атпмннп масса Период ппдурзапндн Э.замп!! ! Иызпп, Тнп нзптппа нспозьзуеммя в начепзне метан зН зН !зс 'аС ! з14 ! зО за1чп ззР ззб "'К заре ззз! Стабильный Радиоактивный Стнбидьныя Радиоанзинный Стабильный Рндиопктппнъзй и 1.01 1А1 гола 5700 дет ! 2.,01 14.01 16„00 22,99 30,97 32.06 39.10 55,85 12б,90 м О Хн Р 5 К Гн 1 15 ч !4,3 сут 87,1 сут 12,5 ч 45 сут 8 сут танга 1 блокирована именно та ферментативная реакцня, в результате которой происходит это превращение. Удалим теперь фильтрованием из культуральной среды клетки мутанта ! и поместим в нее клетки мутанта 11, тоже нуждающегося в аргинине, но уже по другой причине- из-за неспособности синтезировать промежуточный продукт О.
Культуральная срела от муганта 1 будет, очевзщно, поддерживать рост мутанта 11, потому по в ней присутствует предшественник 13. Однако отфильтрованная культуральная среда мутанта 1! не должна поддерживать рост мутанта 1. Мы можем поэтому определить предшественник, накапливающийся у мутанта 1, по скорости роста мутанта В, Именно этим путем удалось в конечном счете идентифипировать все четыре предшественника ар!иннин-А, В, С и !3. В подобных экспериментах по перекрестному питанию с использованием ауксотрофных мутантов Хенгозрога гуама нли Езс)зег)с)зяз со!1 были выяснены пути биосинтеза многих аминокислот. 13.15.
Включение изотопной метки — весьма эффективный метод изученна метаболпзма Еще один мощный метод, дающий возможность проследить в общих чертах данный метаболический путь, основан на применении изотопов определенных элементов, вводимых в качестве метки в тот или иной метаболит (табл. 13-1). Так, в органические молекулы в качестве метки часто вводят атом радиоактивного изотопа углерода 'аС (средняя масса атома углерода равна 12,01). Меченая молекула в химическом отношении не отличима от нормальной, т.е. немеченой, молекулы, но благодаря радиоактивности ее можно легко обнаружить и проследи~ь за ее сульбой.
Можно, например, с этой целью синтезировать уксусную кислоту, у которой углерод карбоксильной группы будет обогащен радиоактивным изотопом 'аС. В норме этот изотоп присутствует в углеродных соединениях биосферы и геосферы в крайне малых и неизменных концентрациях. Скармливая животному '"С-ацетат, можно прослелить метаболическую сульбу этого соединения. При этом мы убедимся, например, что выдыхаемая животным СОз содержит 'аС„и это покажет нам, что некоторая часть ацетата претерпевает такие метаболические превращения, в процессе которых углерод его карбоксильной группы включается в состав СОз.
Если выделить затем у животного из липидов печени пальмитиновую кислоту, то и в ней обнаружится 'аС; следователь- ГЛ. 13. МЕТАБОЛИЗМ. ОБЩИЙ ОБЗОР 195 Алогат, меченный по углероду карбоксильной группы (выделен краевым) Н о Н вЂ” С вЂ” С 1 О Н Скармхнвается крысане НЭ ЛНЗЫДОН ПЕЧЕИИ ЭТИХ кРыс ыяделнат пахьмитиновуы кислоту О О ') Сгч ) ~н, СН, ГНз СН ) ~Не СН, 1 ~Нз СН, ( ~н СН ~Н СН ( ~Не Рис. 13-2Ь Применение радиоактивного изото- па углерода для прослеживания метаболиче- ской сульбы углеродного атома кврбоксильной группы апетата.
Зяачнтельная часть радиоак- тивного углерода меченога аистята обнаружи- вается в аыдыхммой СОь однако довольно больпюе его количество нападает также в пальмитнновую кислоту липидов печени. В мо. пекуле пальмитиновой кислоты мечеными ока- зываются только нечетные атомы углерода (считая от кирбоисильной грвзпы; абоэяачены красным пестом), т.е. данный эксперимент сви- детельствует а том, что пвльмитиновая кисло- та образуется в результате соединения восьми молекул апетата по способу «голова-хваст», но, карбоксильный углерод ацетатв является биосинтетическим предшественником пальмитиновой кислоты.
В опытах с химическим расгцеплением такой пальмитиновой кислоты выяснилось также, что избыток '"С характерен не для всех положений атомов углерода в ее молекуле, а ~олько для положений через один углеродный ат-ом, считая от карбоксильной группы (рис. 13-21). Если же скармливать животному ацетат. меченный '4С только по метильной группе, ' то мечеными в молекуле пальмитиновой кислоты снова окажутся чередующиеся углеродные атомы, но на этот раз считая от а-углерода, или С-2. Эти наблюдения позволили сделать вывод, что все угле- родные атомы пальмитиновой кислоты ведут свое происхожление от молекул ацетата и что при синтезе пальмитиновой кислоты углеродные скелеты ацетатных молекул соединяются по типу «голова — хвост». Метод изотопных меток применяется и для определения скорости обменных процессов в целом организме.
Одним из самых важных результатов, которые удалось получить с помощью этого очень мощного метода, является открытие того фактц что макромолекулярные компоненты клеток и тканей подвергаются непрерывному меглаболическому обнонленидц иными словами, содержание этих компонентов в клетке в каждый данный момент носит динамический характер, т.е. является результатом непрерывно протекающих процессов их биосинтеза и распада, иду1цих с одинаковой скоростью. Методом изотопных меток было, например, установлено, что время полужизни белков печени крысы равно 5-6 пням (табл. 13-2).
В то же время показано, что обновление белков скелетных мышц или мозга происходит гораздо медленнее. Именно методу изотопных меток мы обязаны целым рядом крайне важных наблюдений, касающихся метаболизма. 396 ЧАСТЬ Ц. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ Таблица !5-2. Метаболнчеекое абновденне некоторых компонентов тканей крысы (ло данным алкою нз ранних наследований с радиоактивным углеродом) Время полтжязии, Сук Ткм~ь Печень Общий белок Глнкоген Фосфоялн чглииерояы Трнаинлглннеролы Холестерол Мнтохондрньльные белки Мышцы Общий белок Гчнкаген Мозг Трнаинлглниеролы Фосфолнинды Хояестерол 5,0-6,0 0,5 1,0 1-2 ! 2 57 9,7 50 0,5-1,0 10-15 200 > 100 (3.)б. Различные метаболические пути могут быть локализованы в разных участках клетки В прокарнотическнх клетках нет отсеков, или компартментов, разделенных внут:ренними мембранами.
Однако и у бактерий обнаруживается известная компартментализация некоторых ферментных систем (рис. 13-22). Так, больщннство ферментов, участвующих в биосинтсзе белка, локализуется у ннх в рнбосомах, а некоторые ферменты био- В гл. 1 мы уже говорили о том, что есть два больщнх класса клеток-прокариотическнеи эукариотнческие.Представители этих двух классов сильно различаются по размерам, по своей внутренней структуре, а также по генетическая и метаболической организации. Прокариотические клетки, к которым принадлежа~ бактерии н сине-зеленые водоросли (цнанобактерин),— это очень мелкие клетки, сравнительно простого строения, с одной-единственной мембранной системой, а именно мембраной, окружающей клетку. синтеза фосфолнпидов сосредоточены в клеточной мембране. Эукариотические клетки„ к которым относятся клетки высших животных и растений, грибов, высших водорослей и простейших, значительно крупнее прокариотнческих и гораздо более сложно устроены (рнс.
13-23). Помимо клеточной, или плазматнческой. мембраны в них имеется еще и окруженное мембраной ядро, в котором находятся хромосомы (число их у разных организмов различно; у некоторых оно весьма велико). Есть и другие мембранные органеллы, а именно митохонарии, энданлазматический ретикулум, аппарат Гальяйжи, хлоранласты клеток зеленых растений. В эукариотнческих клетках ферменты тех илн иных метаболических путей часто локализуются в особых органеллах нлн компартментах.
Каким образом это стало известно? Клеточные органеллы можно выделить из клеток и тканей центрифугированием (рис. 13-24). Для этого животные илн растительные ткани сначала цодверганл щадящей гомогенизапии в изотоннческом растворе сахарозы. Плазматическая мембрана прн таком воздействии разрушается, а различные клеточные органеллы по большей части остаются неповрежденными. Сахароза удобна тем, что она сравнительно ~рудно проходит сквозь мембраны и потому не вызывает набухания таких внутриклеточных структур, как митохондрии илн хлоропласты.
Разные вилы органелл, например ядра н митохондрии, различающиеся по своим размерам н по удельному весу. а значит, и оседающие в поле центробежных сил с разной скоростью, могут быть выделены после этого нз гомогсната аифференциальным центрифугираванием (рнс. 13-24).
Затем зти ядра, митохондрии и прочие выделенные фракции исследуют на способносзь катализировать определенный метаболнческий процесс. Именно этот подход и дал возможность установить, что разные метаболические пути локализованы в эукарнотнческих клетках раздельно (рис. 13-23). Выяснилось, например, что в некоторых клетках все ферменты, участвующие в превращении глюкозы в мо- 397 ГЛ. !3. МЕТАБОЛИЗМ. ОБШИЙ ОБЗОР переноса фосфорилиро- и синтез очной мембране механизмы, е питательных ктов метаболизма также многие ессы мРНК .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
