Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
JI. М. Гинодман
1. Введение
«Главная задача при изучении регуляции активности ферментов в клетках или тканях заключается в том, чтобы понять механизмы, которые связывают процессы метаболизма с функциональной активностью» ш.
Карты метаболических путей, которыми увешаны стены биохимических лабораторий, дают представление о том, как велико число ферментативных реакций, протекающих в живых клетках. Это характеризует масштаб проблем, с которыми постоянно сталкивается организм при регуляции путей метаболизма; действительно, метаболиты должны поставляться в необходимое в данный момент место в нужном количестве и с наименьшими затратами энергии. В настоящее время ясно, что такая регуляция осуществляется главным образом благодаря наличию особых свойств у ряда ферментов, катализирующих ключевые метаболические реакции.
Очевидно, что скорость образования конечного продукта метаболического пути может регулироваться либо посредством изменения активности фермента, лимитирующего скорость этого пути, либо путем увеличения или уменьшения числа молекул фермента (индукция или репрессия). В этой книге мы рассмотрим только первый путь.
Изучение регуляции ферментов преследует две основные цели:
а) идентифицировать фермент, который катализд-рует лимитирующую стадию данной цепи реакций при определенном состоянии метаболических процессов;
б) описать механизмы, регулирующие in vivo активность лимитирующего фермента, и установить связи данной стадии регуляции с общим метаболизмом клетки.
В настоящей книге основное внимание уделено второй из этих задач. Методы, которые используются для идентификации лимитирующих скорость ферментов, описаны в книге [2].
Вопрос о регуляции активности ферментов связан с различными разделами биохимии. Мы предполагаем, что читатель знаком со схемами основных путей метаболизма и имеет представление о важнейших концепциях в области химии белков и кинетики действия ферментов. В нашей книге рассматриваются ферменты, относящиеся к различным системам организма. Мы попытались описать механизмы регуляции в этих системах достаточно подробно, отметив ограничения, обусловленные возможностями используемых в настоящее время методов, и указав вероятные пути дальнейших исследований. По-видимому, первое впечатление, которое возникнет после ознакомления с материалом книги, — это большое разнообразие механизмов, используемых организмами для регуляции активности ферментов.
Можно думать, что за время, прошедшее от написания книги до выхода ее в свет, сформируется ряд новых направлений; краткое заключение в конце каждой главы поможет читателю суммировать сведения, характеризующие общее состояние проблемы.
Литература
1. Helmreich Е., Cori С. F. Adv. Enz. Reg., 3, 91—107 (1966).
2. Denton R, М., Pogson С. I. Metabolic Regulation, Chapman and Hall, London, 1976.
2. Регуляция биосинтеза аминокислот и нуклеотидов у бактерий путем ингибирования конечным продуктом
На минимальной ростовой среде, содержащей углерод, водород, азот, кислород и серу, бактерии, например Е. coli, синтезируют большое число различных метаболитов, включая все 20 аминокислот, необходимых для образования белков, и полный набор нуклеотидов для синтеза РНК и ДНК. В то же время у высших организмов, например у млекопитающих, некоторые важные ферменты отсутствуют, и вследствие этого многие соединения оказываются незаменимыми компонентами пищи. Можно полагать, что необычайная разветвленность метаболических путей у бактерий обусловлена необходимостью использования больших количеств углерода, азота и энергии для синтеза не только всех аминокислот и нуклеотидов, но также и ферментов, катализирующих их образование (только в биосинтезе аминокислот число их превышает 100). Неудивительно поэтому, что в середине 50-х годов,, после того как были раскрыты основные метаболические пути, свое главное внимание исследователи сосредоточили на механизмах регуляции метаболизма — на том, как именно обеспечивается наиболее эффективное использование доступных питательных веществ. Первые сведения о механизмах регуляции активности* ферментов были получены в ходе экспериментов, проводившихся главным образом с целью выяснения последовательности стадий в определенных метаболических путях.
В одной из серий таких экспериментов [1] культуру Е. coli, растущую экспоненциально на глюкозо-солевой среде, центрифугировали, а осадок ресуспендировали в той же среде, но при этом немеченую глюкозу заменили радиоактивной 14С-глюкозой. Инкубацию продолжили еще час, в течение которого число бактерий
примерно удвоилось. В условиях логарифмического роста бактерии активно синтезировали белок и содержали полный набор ферментов для синтеза всех аминокислот. При анализе суммарного бактериального белка было установлено, что радиоактивности отдельных аминокислот, как и следовало ожидать, пропорциональны их относительному содержанию в препарате белка. Если же, однако, в культуральную среду добавляли немеченую аминокислоту, например L-изолейцин, то включение радиоактивной метки в остатки изолейцина снижалось более чем на 95%; аналогичные опыты были проведены и с другими аминокислотами. Эти эксперименты показали, что в процессе роста бактерии преимущественно использовали добавленные аминокислоты и что эти аминокислоты каким-то образом оказывают ингибирующее действие на свой собственный синтез из молекул-предшествен-ников.
