Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Один из них ингнбнруется фенилалаг нинам, другой — тирозином н третий †трнптофаном. Кроме того, существуют две различные мутазы, превращающие хоризмат в префенат, Олна из ннх ингибнруется феннлаланином, другая — тнрознном, 3. Согласованная регуляция па тину обратной связи. Первая общая реакция (А - В) ингибируется только в том случае, если и т', и 2 одновременно присутствуют в высокой концентрации. При высокой концентрации лишь одного (любого) из этих продуктов ингибнровання реакции А — В не происходит. Как и в первых лвух схемах регуляции, у' ннгибирует реакцию С О, а г. -реакцию С вЂ” Е.
Пример согласованной регуляции по типу обратной связи — ингнбирование аспартил- Иигмбирувтся коивчиым продуктом ' Иигибируется П вЂ” «Е — чу продуктом С А — 1~ — «в — »С У/ Е Ц 2 Иигибируется «оиечиым продуктом киназы конечными продуктами треонином и лизином.
4. Кумулятивная регуляция по типу обратной связи. Первая общая реакция (А В) частично ингибируется каждым нз конечных продуктов. Каждый конечный продукт действует независимо от других. Предположим, при высокой концентрации У скорость реакции А В снижается от 100 до 60 с ',аг.снижаетскоростьот100до 40 с Тогда скорость реакции А — В в присутствии высоких концентраций У и г, булез 24 с ' (0,6 0,4 10з с '). 21.12. Активность глутамнн-сннтетазы регулнруетсв путем аденнлнраваиии Регуляция глутамнн-сннтетазы Е сай — впечатляющий пример кумулятивного ипгийировапия па типу обритнай связи Напомним, что глутамин синтезируется из глутамата, ХН« и АТР(разд.
21.2). Глутамин-синтетаза состоит из 12 субъединиц с мол.массой 50 кДа кажлая, уложенных в два параллельных гексагональных кольца (рнс. 21.15). Этот фермент — ключевой регуляторный элемент метаболизма, поскольку он, как показали Эрл Стздтман(Еаг! Яаг)ггпап) и его коллеги, рез улирует поток азота. Амндная группа глутамина — источник азота в биосинтезе ряда соединений, например зрнптофана, гистиднна, карбамонлфосфата, глюкозамин-6- фосфата, СТР и АМР.
Глутамин-синтетаза кумулятнвно ннгнбнруется каждым нз этих конечных продуктов метаболизма глутамина, а также аланином н глнцином. Видимо, в молекуле этого фермента имеются участки связывания для каждого нз этих ингнбнторов. Ферментатнвная активность глутамин-синтетазы почти полностью подавляется при связывании всех восьми конечных продуктов. Еще одно важное свойство глутамин-син- 21. Бнасантез ямвваквслат н гема 46 А Фермент ( Л сн, С- Р С "ос.
46 А -1 АТР !40 А Дваденмянрсввнная гяутамнн сннтвтаза (Осяее активная) адвнняиасванная гяутамин-сннтетаза (менее активная) АОР Рис. 21.16. Рис. 21.15. Вид на глутамин-синтетазу Е. сой в трех проекциях. Изображения получены путем наложения большого числа электронных микрофотографий. Двеналцать субъед~ниц уложены в два гексагональных кольца, расположенных в параллельных плоскостях. (Печатается с любезного разрешения д-ра Еаг! 5(ад(шап.) тетазы — обратимая ковалентная модификация, изменяющая ее активность (рис. 21.16).
Мы уже встречались с таким механизмом ре- Часть П1. Биосиитез 246 предшественников макромолекул аденяяиреаеннвга фзрмент гуляции при синтезе и распаде гликогена (разд. ! 6,11). Фосфорилирование активирует гликоген-фосфорилазу и инактивирует гликоген-синтазу, Активность глутамнн-синтетазы регулируется в некоторой степени ковалентным присоединением остатка А МР к гндроксильной группе специфического остатка тнрозина в каждой субъелинипе. Такой адепишронанный фермент оолее чувствителен к куиулятинному ингибиронаникт но типу обратной связи, чен неиденилиро- на нный фермент. Остаток АМР, ковалентно присоединенный к ферменту, может быть удален с помощью фосфоролиза. Любопытная особенность этих реакций состоит в том, что они катализнруются одним и тем же ферментом, аденилилтрансферизой, Чем же определяется, присоединяет ли ш от фермент остаток АМР или отщепляет сто? Оказа- Регуляция активности глутамин-синтетазы с помощью обратимой ковалентной модификации.
Аденилирование каталнзируется комплексом аденнлилтрансферазы (АТ) и одной из форм регулятор- ного белка (Рл). Тот же фермент в комплексе с другой формой регуляторного белка (Ро] катализирует деапеннлирование. лось, что специфичность аленилилтрансферазы контролируется регуляторным белком (он обозначается буквой Р), который может существовать в двух формах: Рл и Ро. Комплекс Рл — аденилаттрансфераза присоединяет АМР к глутамин-сингазе и тем самым снижает ее активность, тогда как комплекс Р!э — аденилаттрансфераза отщепляет АМР. Итак, мы столкнулись с еще одним уровнем обратимой ковалентной модификации. Рд превращается в Ргз путем присоединения уридинмонофосфата(()МР)(рис.
2!.!7). Эта реакция, которая катализируется уридилтраясферазой, стимулируется АТР и з-оксоглутаратом и ингибируется глутамином. Остаток (ЗМР, присоединенный к Ро, может быть в свою очередь удален ферментативным гидролизом. В результате этого регулянюрного каскада при ограниченном поступлении активированных атомов азота вденилирование ингибируется, а деаденилирование стимулируется. Глутамин-синтетаза становится менее чувствительной к кумулятивному ингибированию по типу обратной связи, и поступление глутамина соответственно увеличивается.
Почему для регуляции этого фермента используется каскадный механизм? Одно из преимуществ этого механизма состоит в том, что он усиливает сигналы, как, например, при свертывании крови (разд. 8.!7) или при регуляции метаболизма гликогена (разд. 16. 17). Еще одна причина состоит, видимо, в том, что сунгествеяяа возрастает возлюжяость аллостеричвского контроля, так как каждый фермент каскада становится независимым обьвктом регуляции.
Для интеграции метаболизма азота в клетке необходимо воспринимать и перерабатывать большое количество сигналов. Возможности одного белка в этом смысле ограничены, даже если молекула настолько чувствительна, как молекула глутамин-синтетазы ! Возникновение каскадной регуляции обеспечило много дополнительных регуляторных участков и позволило тонко настраивать поток азота в клетке. 2 0ТР 2 РР; 20МР 2 Н,О Рнс. 21.17.
Более высокий уровень каскалной регуляции глутаминсинтетазы. Регуляторные белки Рд н Ро, определяющие специфичность глутамин-синтетазы, способны к взаимо- превращениям. Р„ превращается в Ро путем уридилирования (присоединения остатка $3МР). Обратная реакция происходит путем гидролиза. Ферменты, катализирующие эти реакции, «чувствуют» концентрации промежуточных продуктов ме|аболизма. Рнс. 21.18. Модель глутамии-синтетазы. Показаны периферические участки аденилирования. (По рисунку, любезно предоставленному д-ром Оа«Ы Е1вепЬегй.) 21.13.
Аминокислоты — предшественники множества других биомолекул Аминокислоты †строительн блоки белков и пептидов. Они служат также предшественниками многих малых молекул, играющих важную биологическую роль. Рассмотрим вкратце некоторые молекулы, синтезируюшиеся из аминокислот (рис. 21.!9). Лу- рины и ниримндины происходят частично из аминокислот. Биосинтез этих предшественников ДНК, РНК и многих коферментов будет подробно обсуждаться в следующей главе. Шесть из девяти атомов пуриновых колец и четыре из шести атомов пиримидинового 21. Биосинтез аминокислот и гема нн, сн и н Цм топим (пмрмммдмповоо ооноввпмв) нн, н с с "сн нс с l н Сйштмвмм алом ми (птрммовоо ооповвнмо) Тмровомм (твтрвмовтмроммм] Гмотмммм но О с — мн, НО ~' ~ СН Снт-йн,- СН й Нмкотммвммямка остаток мяц' Фицюмаммм Н~=с — СНт — Снт — ННзч ( н~ нн н Рис. 21.19.
Биомолекулы, образующиеся из аминокислот. кольца пронсхолят нз аминокислот. Реакцнонноспособная концевая группировка сфингазипа, промежуточного продукта в синтезе сфинголнпидов, происходит из серина. Гигтамин, вызывающий сильное расширение сосудов„образуется из ~ истндина путем декарбоксилирования. Тирозин— предшественник гормонов тираксииа (тетранодтироннна), а также адреиалииа и малинина, полимерного пигмента. Нейромедиатор 5-гидракситриптамин (сератапип) и пикатииамидпае кольцо ХАП' синтезируются из триптофана.
Глугамин поставляет амидогруппу для остатка никотинамида. 21.14. Порфирины синтезируютсв из глицннв н сукцннил-СоА Участие аминокислот в биосинтезе порфириновых колец гемов и хлорофиллов было вначале открыто в экспериментах по введению изотопной метки, проведенных Дэвидом Шемином (11ат1д Ятеш1п) и его коллега- Часть Ш. Биосинтез 248 предшественинков макромолекул н н н Н,С вЂ” (СНг),г-С=С вЂ” С вЂ” С вЂ” СНгОН н ) ) ОН НН,~ 1 1 ннз' НО г т О г х СН вЂ” С вЂ” СОО ( н 1 ( ми. В 1945 г. они показали, что после введения людям с пищей 1в)к(-глнпина в молекуле тема обнаруживается "Х, однако после ввеления 'вХ-глутамата включение метки оказывается незначительным. С помощью углерода-14, который как раз к этому времени стал доступен для исследователей, они установили, что в ядерных эритроцитах уток 8 углеродных атомов гема происходят из а-углерода глицнна; нн один атом не происходит из карбоксильных углеродов (рис.
21.20). Дальнейшие исследования показали, что остальные 2б атомов гема могут происходить из ацетата. Более того, атомы 'лС меченного по метильной группе ацетата обнаруживаются в виде 24 из 26 атомов углерода гема, а а~омы 'лС из ацетата, меченного по карбоксилу, обнаруживаются только в лвух других атомах. Таким образом„в результате проведенного эксперимента была обнаружена четкая картина распределения метки, на основе которой Шемин высказал предположение, что предшественник гема образуется путем конденсации глицина с активированным соединением сукцината. Действительно, первый этап биасиитеэа порфирипов — конденсация глиципа и сукцинил-СаА с образованием 8-амиполевулипата. «Н~ВОО- Ацвт»т +Н,И вЂ” СН,— СОО нн,+ со, ° сн, + соо сн,— нн,' Глиц»» 1 Р .
21.гй. соо ( сн ( сн 2 ( 0 С ( сн ( Мн +2НО+Н+ Ь Аоннолввтлннвт Порфоонлнногвн оу»ц»»»» Гл»ц»» В.лн»»»л»»ул»»»т С»А Эта реакция катализируется 6-аминолевулинат-синтазой, пиридоксалевым ферментом митохондрий. Как и следовало ожидать, эта решающая реакция в биосинтезе порфиринов регулируется. Затем две молекулы 6-аминолевулината конденсируются с образованием лорфобилиногеиа. Эта реакция дегндратации катализируется 6-аминолевулинат-дегидратазой. Четыре молекулы порфобилиногена конденсируются по типу еголова к хвосту», образуя линейный тпетпрапиррол, который остается связанным с ферментом (рис. 21.21).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
