Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
троль этих реакций фосфорилирования. Можно предположить» что необходимость равновесного контроля основных, дающих энергию реакций в клетке является одним из факторов эволюции системы фосфорилирования в дыхательной цепи в противоположность субстратному фосфорилированию. Большое число реакций субстратного фосфорилирования могло бы обеспечить такое же количество АТФ, как и система фосфорили-
Рис. 5. Схематическое изображение разомкнутого и замкнутого контуров в регуляции по принципу обратной связи.
В системе с разомкнутым контуром поток (S—*Р) регулируется только положением1 шкалы регулятора. Неправильное положение шкалы приведет к неправильному потоку для данной ситуации. В системе с замкнутым контуром положение шкалы ре~ гулятора определяется действительной скоростью образования Р с помощью механизм ма регуляции по принципу обратной связи X. Таким образом, X измеряет поток вещества через путь и передает эту информацию на шкалу регулятора.
рования в дыхательной цепи, но это, конечно, сильно усложни-ло бы промежуточный метаболизм. Если для обеспечения энергетических потребностей клетки необходима строгая регуляция скорости катаболических процессов, то многочисленные реакции субстратного фосфорилирования должны регулироваться с помощью механизмов ингибирования по принципу обратной связи. Такое большое число неравновесных реакций неизбежно повлекло бы за собой чрезмерную потерю-энергии в виде тепла. Эффективность запасания энергии в окислительном процессе, в котором все реакции фосфорилирования близки к равновесию, возможно, сыграла роль одной из движущих сил естественного отбора, обеспечившего успешное развитие митохондриальной электронтранспортной цепи.
Суммируя, можно сказать, что преимущество равновесного контроля сводится к простоте и эффективности переноса энергии. Недостатком служит отсутствие гибкости: единственными факторами, способными осуществлять регуляцию равновесных реакций, являются субстраты и продукты этих реакций. И наоборот, контроль на уровне неравновесных реакций обес-
тгечивает недостаточно эффективный перенос энергии, но характеризуется большой гибкостью.
Из этих различий возникает интересный вопрос. Равновесный контроль может не иметь непосредственной количественной связи с реальной скоростью пути, и по этой причине он .может быть назван системой контроля с «разомкнутым контуром» по аналогии с системами контроля, используемыми в технике [19]. Например, скорость потока воды в трубе может регулироваться просто, с помощью соединенного со шкалой клапана (рис. 5). Положения шкалы исходно должны быть прокалиброваны так, чтобы каждому положению шкалы соответствовал определенный поток воды. Однако такая градуировка не может учитывать влияние факторов, изменяющих поток воды (таких, как давление воды или повреждения клапанного механизма). С другой стороны, в системе с «замкнутым контуром» информация по принципу обратной связи от потока воды в конце трубы будет контролировать работу клапана (рис. 5). Система с «замкнутым контуром», конечно, аналогична неравновесному контролю, и в этом случае существует точное количественное контролирование скорости потока воды в соответствии с потребностями системы.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.1.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТАНТ РАВНОВЕСИЯ
Существует несколько способов практического олределения кажущихся констант равновесия (К') для реакций, катализируемых ферментами. Наиболее простой и широко используемый метод состоит в том, что субстрат (субстраты) реакции смешивают с соответствующим очищенным ферментом и инкубацию продолжают до тех пор, пока реакция не достигнет равновесия. Если в системе не протекает побочных реакций, в ходе которых происходит образование или удаление субстрата (субстратов) или продукта (продуктов), т. е. если добавленный фермент в достаточной мере очищен, то закрытая система через определенное время достигнет равновесия. В этой точке отношение концентраций продуктов и субстратов (К') всегда будет одним и тем же (для выбранной температуры) независимо от того, в каком соотношении исходно присутствовали субстраты или продукты (т. е. фермент не меняет положения равновесия). Через соответствующий промежуток времени (т. е. после достижения равновесия. — Перев.) реакцию ингибируют добавлением агента,, вызывающего осаждение белка (например, хлорной кислоты), измеряют концентрацию субстратов и продуктов, после чего, может быть рассчитано-значение К'.
Например, константу равновесия фосфоглкжоизомеразы (ФГИ), которая, катализирует взаимопревращение глюкозо-6-фосфата и фруктозо-6-фосфата, измеряют следующим образом. Препарат фермента (ФГИ) добавляют к раствору глю-козо-6-фосфата (Г-6-Ф) и через два различных промежутка времени добавляют соляную кислоту для инактивации фермента. Далее измеряют концентрации Г-6-Ф и фруктозо-6-фосфата (Ф-6-Ф). Если концентрации субстрата и продукта в исследуемые промежутки времени остаются одними и теми же, то реакция достигла равновесия. Эксперимент повторяется) с использованием различных начальных концентраций Г-6-Ф„ а также в обратном направлении с использованием различных; начальных концентраций Ф-6-Ф. С помощью этого метода было получено значение К', равное 0,36 [20].
