Биологический каталог




Основы общей биологии

Автор Э.Гюнтер, Л.Кемпфе, Э.Либберт, Х.Мюллер, Х.Пенцлин

ть также продукты или субстраты конвертируемого фермента. Например, пируват тормозит активность той протеинкиназы, которая инактивирует (см. выше) комплекс пируватдегидрогеназы; таким способом пируват, накопившийся в повышенной концентрации, ускоряет свое собственное превращение. Ацетил-СоА, наоборот, стимулирует ту же самую протеинкиназу. Если для цикла лимонной кислоты ацетил-СоА

178 Глава 4

Обмен веществ и энергии в клетке 179

имеется уже в достаточном количестве и в то же время поступает из других источников (например, в результате расщепления жиров), то превращение пн-рувата в ацетил-СоА тормозится и пируват направляется по другим путям (4.6, разветвление путей метаболизма).

Наряду с фосфорилированием известны и другие химические модификации: обратимое аденилирование (присоединение AMP), ADP-рибоэилирование (присоединение аденозиндифосфорибозы), ацилирование (присоединение остатка жирной кислоты), карбамилирование (присоединение карбамильного остатка— CONH2) или переход SH—>-SS (дегидрирование двух остатков —SH в белке с образованием дисульфидного мостика —S—S—, см. рис. 2.4).

4.6.1.3. Агрегация макромолекул. К изменению активности ферментов может

приводить также обратимое соединение одинаковых или (чаще) различных

белковых молекул.

Особенно часто встречаются ингибиторы протеаз. Это низкомолекулярные белки (мол. масса 5000—50 000), которые присоединяются к каталитическому центру ферментов, расщепляющих белки (протеаз, например трипсина) и инак-тивируют их. В зависимости от способа связывания с ферментом ингибиторы протеаз могут либо вытесняться, либо отщепляться или разрушаться другим ферментом,.например у растений при прорастании семян, когда возникает необходимость в протеазах для расщепления резервных белков.

В других случаях ферментативная активность регулируется путем диме-ризации илн полимеризации (соединение двух или нескольких протомеров). Из неактивного протомера фосфатаэы Escherichia coli под влиянием ионов Zn!+- образуется активный дймерный фермент; в зернах злаков активный мономер а-амилазы полимеризуется с помощью дисульфидяых мостиков (—S—S—, см. выше, 4.6.1.2), и это ведет к инактивации фермента.

4.6.1.4. Изостерическая модуляция. Модуляция — это обратимое

изменение ферментативной активности в результате нековалентных взаимодействий с небольшими молекулами—так называемыми эффекторами, большинство из которых представляют собой промежуточные метаболиты.

0 ©

Изостерические эффекторы в химическом отношении сходны с субстратом и поэтому связываются каталитическим центром фермента и блокируют его, так как не подвергаются ферментативному превращению (рис. 4.20, Л). Субстрат и эффектор конкурируют за молекулу фермента в зависимости от их концентрации; в этом случае говорят о конкурентном торможении, а изостерические эффекторы называют конкурентными ингибиторами.

Классическим примером служит сукцииатдегидрогеназа (один из ферментов цикла лимонной кислоты, см. рис. 4.8). Ее субстрат — сукцинат HOOC.CHjCH2COOH, а конкурентный ингибитор — малонат НООССНзСООН. Ингибитор, присутствуя в избытке, может остановить весь цикл.

Торможение продуктом реакции представляет собой род обратной связи (1.3.4), когда продукт ферментативной реакции действует как отрицательный эффектор (ингибитор) непосредственно на ферм1ент (рис. 4.21, Л). Это ведет к рационализации обмена веществ: если количество какого-то вещества чрезмерно возрастает (в результате его синтеза или поглощения), то его дальнейший синтез блокируется. Эффектор (продукт) и субстрат химически сходны, и регулирование (в большинстве случаев) основано на изостерической модуляции.

Примером может служить комплекс пируватдегидрогеиазы (реакция: Пв-руват+СоА+ЫАО+—+Ацетил-СоА+СОг+ЫАГЭ .Н+Н+ ). Он уже через несколько секунд ннгибируется, если накапливаются продукты реакции ацетил-СоА или NAD-H. Тот же эффект за несколько минут достигается химической модификацией, уже описанной выше, где говорилось о целесообразности такого механизма (4.6.1.2). Таким образом, здесь существует двойной контроль.

4.6.1.5. Аллостерическая модуляция основана на изменении кон-формации фермента, ведущей к изменению его активности. Такую модуляцино вызывают аллостерические эффекторы (рис. 4.20,Л).

4.-6.1.5,1. Механизм аллостерической модуляции. Аллостерические ферменты — это белки из нескольких субъединиц (протомеров), имеющие вне своего каталитического центра добавочный связывающий участок, так называемый регуляторный (аллостерический) иентр; Аллостерические эффекторы не сходны с субстратом. Они связываются регуляторным центром и таким образом вызывают изменение конформации аллостерического фермента и его каталитического центра. Согласно гипотезе, представленной на рис. 4.20, Б, оба конформационных состояния фермента находятся в равновесии, но под действием положительных эффекторов (активаторов) фиксируется более активное состояние, а под действием отрицательных эффекторов (ингибиторов) — менее активное.

Другие аллостерические ферменты состоят из разных протомеров с различными функциями. Например, аспартаткарбамонлтрансфераза (фермент биосинтеза пирнмидинов-ых оснований) построена нз двух больших протомеров с каталитическими центрами и четырех малых протомеров с регуляторными (ал-лостернческнми) центрами.

160 Глава 4

Обмен веществ и энергии в клетке 181

обмена (хотя небольшие количества АТР используются как субстрат этого фермента: Фруктозо-6-фосфат + АТР-»-Фрукто-зо-1,6-бисфосфат+АОР). Таким образом, повышенная концентрация АТР (признак того, что клетка хорошо обеспечена энергией!) снижает активность пути гликолиз-мгикл лимонной кислоты и тем самым уменьшает дальнейшее освобождение энергии и образование АТР: происходит рационализация энергетического обмена. Это вместе с тем и регуляция дыхания (4.3.4); значит, интенсивность дыхания также находится под двойным контролем.

Это аллостерическое действие АТР на фосфофруктокиназу (вместе с противоположным, активирующим действием фосфата на тот же фермент) объясняет эффект Пастера, который представляет собой замедление обмена глюкозы в присутствии кислорода в клетках, способных к брожению и дыханию. При доступе Ог начинающееся дыхание приводит к повышению концентрации АТР (и, благодаря реакции ADP + Фосфат-^АТР, к уменьшению концентрации фосфата). Результат — торможение активности фосфофруктокиназы, а тем самым и всего пути гликолиз-»-цикл лимонной кислоты.

4.6.1.5.3. Активация начальным субстратом представляет собой аллостериче-скую прямую связь: накапливающийся промежуточный продукт ускоряет свое собственное потребление тем, что он активирует фермент, удаленный на несколько этапов (рис. 4.21, В).

В особых случаях, например у протеиикиназ (4.6.1.2), белковый комплекс, состоящий из каталитического (К) и регуляторного (R) протомеров, неактивен. При связывании эффектора Е (например, сАМР; 4.6.2) регуляторным прото-мером последний отделяется от каталитической субъединицы, которая в результате становится активной [K-R (неактивный комплекс)+Е—>-К (активный белок)+R-E] и может, будучи конвертирующим ферментом, приводить в действие регуляторный каскад (4.6.1.2).

4.6.1.5.2. Торможение конечным продуктом — это род аллосте-рической обратной связи, когда продукт какого-то пути обмена реагирует как аллостерический ингибитор с ферментом, стоящим где-то далеко, в начале этого пути (рис. 4.21,Б). Торможение конечным продуктом часто осуществляется в точке после разветвления метаболических путей и ведет к переключению на другой путь (рис. 4.21,75: пируват может после торможения синтеза валина направляться в цикл лимонной кислоты).

АТР — продукт реакций гликолиза и цикла лимонной кислоты— одновременно является аллостерический ингибитором фосфофруктокиназы (4.6), с которой начинается весь этот путь

4.6.2. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ ВНЕКЛЕТОЧНЫМИ ФАКТОРАМИ

У животных фермент плазматической мембраны аденилат-циклаза регулируется внешними химическими влияниями, например доставляемыми к клетке гормонами. Гормон реагирует с аллостерический мембранным белком, который после этого активирует аденилатциклазу (7.6.4). Затем этот фермент катализирует образование циклического аденозин-3',5 -монофосфата (сАМР): АТР-ч-сАМР + РР (Р —фосфат; рис. 4.21,Г).

сАМР диффундирует в клетке и активирует, в зависимости от типа клеток, различные ферменты. Например, в клетках коры надпочечников он стимулирует синтез кортикостероидов, в частности кортизола, а в клетках печени и мышц с помощью регуляторного каскада (4.6.1.2) активирует фосфорилазу а.

Непосредственное действие сАМР (всегда?) направлено на протеинкиназу, которая, фосфорнлируя (химически модифицируя) ферменты или другие белки, контролирует их активность. Действуя как аллостерический эффектор, .сАМР регулирует активность протеинкнназы (4.6.1.5.1), а тем самым и активность контролируемых ею белков.

К ферментам, регулируемым благодари сАМР протеинкиназой, относятся <Ьосфофруктокиназа (4.6) и пируваткиназа (рнс. 4.21, В), так что гормоны

182 Глава 4

участвуют в регуляции интенсивности дыхания. Оба фермента находятся, таким образом, под двойным контролем — аллостерический (4.6.1.5.2, рис. 4.21, В) и связанным с химической модификацией.

К гормонам, вызывающим образование сАМР в различных клетках путем стимуляции аденилатциклазы, наряду с гипофи-зарными гормонами относятся, например, адреналин, глюкагон и паратгормон (см. табл. 7.2). Поскольку гормоны рассматриваются как посредники, доставляющие клеткам информацию» сАМР называют вторым посредником: он представляет собой второе звено в механизме передачи информации клеткам (7.6).

Другие внеклеточные факторы, в том числе физические (например, в случае растительных клеток — свет), регулируют активность ферментов при участии других механизмов, уже не связанных с сАМР.

ЛИТЕРАТУРА

Geisster Я., Libbert ?., Nitschmann I., Thonas-Petersein G. (Hrsg.). Kleine Enzyklopadie Leben, 3. Aufl., Bibliographisches Institut, Leipzig, 1981.

Hofmann E. Dynamische Biochemie, Teil II, III, IV, 4. Aufl., Akademie-Ve

страница 31
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Скачать книгу "Основы общей биологии" (4.30Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.10.2018)