О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Продолжим эту аналогию: на поверхности клеток есть рецепторы, которые соответствуют органам чувств и дают сигналы, регулирующие активность ферментов в клетке. Это позволяет клетке общаться с соседями, “чувствовать” окружающую среду и отвечать на ее изменения, адаптируясь к ним. Изучение механизмов этой регуляции и передачи сообщений как внутри клеток, так и между ними — одна из главных проблем современной биохимии.
Активность белка-фермента зависит от того, каким образом свернута его цепь, а на некоторые детали ее конфигурации могут влиять вещества, взаимодействующие с белковой молекулой. Поэтому один фермент может изменять активность другого, катализируя присоединение или отделение таких веществ. Например, некоторые ферменты активируются в результате присоединения фосфата к определенным участкам их цепей, а другие — при удалении фосфата. В клетке имеется целый набор ферментов, которые присоединяют к другим ферментам фосфат или удаляют его. Тем самым они активируют ферменты или подавляют их активность.
Присоединение или отделение некоторых других молекул тоже Может влиять на активность ферментов. Так, работа многих ферментов сильно зависит от концентрации ионов кальция (Са2+), способных связываться с ними. На этом связывании основана еще одна система контроля, определяющая концентрацию этих ионов в клетке. Обычно в клетках мало кальция, гораздо меньше, чем снаружи, но когда “кальциевые ворота” открываются, концентрация Са2+ быстро возрастает. С помощью “кальциевого насоса” она, наоборот, может быть быстро снижена. В клетке есть и белки, способные связывать ионы кальция, и их активность тоже может меняться под влиянием других белков.
Усилитель сигналов
Молекула фермента невелика, но тем не менее она может активировать реакцию, в которой будут участвовать многие миллионы других молекул. Объясняется это тем, что ее действие может быть многократно усилено. Поскольку ферменты — это катализаторы, единственная молекула фермента Е1 способна активировать множество молекул другого фермента, Е2. Если Е2 тоже активирующий фермент, он может усилить активность еще большего числа молекул фермента ЕЗ, и т. д. Такая цепь активаторов обеспечивает выраженный каскадный эффект:
---» Е2
ЕО
Е1
-*• Е1
-» Е2
Е2 и т. д.
Е1
Примером такого рода каскадного усиления может быть процесс свертывания крови. При повреждении кровеносного сосуда (например, при порезе) начинается кровотечение, но вскоре образуется кровяной сгусток, который его прекращает. Дело в том, что в крови растворен белок, называемый фибриногеном. При кровотечении фермент отщепляет от его молекул небольшую часть, и он превращается в нерастворимый фибрин. Молекулы фибрина связываются между собой и образуют сгусток, который закупоривает кровоточащие сосуды:
Фибриноген
Фермент
Фибрин (сгустки) -|- Небольшой пептид.
Фермент, преобразующий фибриноген в фибрин, присутствует в
крови в неактивной форме. Он активируется, если от его цепи будет отщеплен небольшой пептид. Это делает другой фермент, который в норме тоже находится в неактивной форме. Таким образом, мы имеем последовательное действие сразу шести ферментов:
Сигнал 1
I
Фермент 1
I
Фермент 2
1
Фермент 3
у
Фремент 4
I
Фермент 5
I
Фермент 6
I
Фибриноген -------------> Фибрин
Все эти “факторы свертывания”, 1-6, представляют собой про-теолитические ферменты, сходные с теми, которые разрушают белки до аминокислот в нашем кишечнике, но в крови каждый фермент отщепляет от последующего неактивного фермента (“профермента”) только небольшой пептид, что ведет к образованию активной молекулы. Во всех звеньях этой цепи реакций каждая молекула активирует множество других, так что эффект лавинообразно нарастает. Таким образом одна молекула фермента 1 способна превратить огромное множество молекул фибриногена в фибрин.
На самом деле это очень тонкий процесс. Кровь должна быстро свертываться в нужном месте, иначе кровопотеря будет очень большой. Но если это будет происходить слишком легко, кровь может свернуться не только там, где следует, и это нарушит кровообращение, что тоже опасно для жизни.
Чтобы этого не произошло, первичный “сигнал”, запускающий каскад, сам по себе является сложной системой реакций, главную роль в которой играют небольшие кровяные клетки, называемые тромбоцитами. При повреждении сосуда ферменты каскада начи-
