Математическая биофизика клетки - Иваницкий Г.Р.
Скачать (прямая ссылка):
няется с изменением (34. Это свойство, однако, является в значительной степени артефактом моделирования: если расщепить затравочную ступень (3.16) на две последовательные ступени, связанные через общий интермедиат
то в таком случае угнетение второй затравочной ступени (аналогичной фосфофруктокиназной реакции) приводит к простому снижению плато нагрузочной характеристики, как зто показано на рис. 27, а.
Влияние аллостерической регуляции вида (3.16) на механизм стабилизации концентрации АТФ в гликолитической системе эритроцитов было подробно проанализировано Рапопортом и со-авт. [169] с помощью модели, являющейся обобщением модели
(3.1). Эта обобщенная модель при значениях параметров, определенных экспериментально, как и более простая модель (3.1), имеет нагрузочную характеристику с четко выраженными плато и гистерезисом. Из-за угнетающего действия АТФ на фосфо-фруктокиназу плато расположено ниже уровня, стабилизируемого стехиометрической структурой. Аналогичные результаты были описаны в работе Жаботинского [170].
Кинетическая схема (3.16) при постоянном пуле аденилатов (а2 + а3 = 1) качественно эквивалентна активации затравочной ступени АДФ
АТФ
АДФ
/ 1
(3.25)
Эта регуляция может быть представлена в уравнении (3.18) для Vj функцией вида
Ti (я0 --! с,,«"«)/(! I саа>) («о < 1, са > 0, па > 1),
(3.26)
где са и па — коэффициент и порядок активации, а0 — безразмерная активность инициаторной ступени без активатора (при а2 = 0).
С учетом функции (3.26) уравнение нагрузочной характеристики принимает вид
& = (><5 + а8) (-f а + Ро (^- - lV
\ i -\-са*а \ аг+ 04 / \«з П
(3.27)
Семейство нагрузочных характеристик, построенных по уравнению (3.2) при различных порядках активации, показано на рис.
27,6.
Другими аналогами регуляторной связи (3.16) являются угнетение генераторной ступени АТФ и активация этой же ступени
АДФ
м 2 *5
Эти регуляторные связи могут быть феноменологически описаны функциями
= 1/(1 + сга?) и?3 = о4\ (3.30), (3.31)
на которые следует помножить скорость генераторной ступени
v3 = i2a2?3. (3.32)
Нагрузочные характеристики с учетом функций (3.30) и (3.31) описываются уравнениями вида
Р. = <». + о,) / ((¦ ) + р. (-L _ !)). (3.33,
Как видно из семейств нагрузочных характеристик, построенных с помощью уравнений (3.30), (3.33) и (3.31), (3.33) на рис. 27, в и з, регуляции типа (3.28), (3.29), как и регуляции (3.16) и (3.25), снижают плато нагрузочной характеристики.
Отметим, что регуляции вида (3.28) и (3.29) обеспечивают значительно лучшую форму нагрузочной характеристики, чем регуляции, контролирующие инициаторную ступень. Именно этим, по-видимому, можно объяснить широкое распространение в энергетическом обмене различных клеток связей вида (3.28) и (3.29). В гликолизе регуляция типа (3.28) представлена угнетением АТФ пируваткиназы (КФ 2.7.1.40), в системе окислительного фосфори-лирования — угнетением посредством АТФ или НАДН цитратсин-тазы (КФ 4.1.3.7), изоцитратдегидрогеназы (КФ 1.1.1.41) и а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса (КФ 1.2.4.2 и другие ферменты комплекса). В окислительном фосфорилировании многих клеток регуляция типа (3.29) представлена кооперативной активацией изоцитратдегидрогеназы посредством НАД.
Распространенными и эффективными аналогами регуляций вида (3.25) и (3.29) являются аллостерические воздействия АМФ на инициаторную и (или) генераторную ступень:
АМФ
АДФ I АТФ
W ! / (3.34), (3.35)
Эффективность этих регуляций объясняется тем, что в области плато нагрузочной характеристики при а3 ~ const концентрация АМФ в результате быстрой реакции (3.14) оказывается пропорциональной квадрату концентрации АДФ. Эта квадратичная зависимость [АМФ] от [АДФ] делает АМФ одним из ведущих аллосте-рических регуляторов энергетического метаболизма [31, 32], контролирующих стабилизируемый уровень АТФ в клетке.
Заметим, что со снижением плато нагрузочной характеристики в энергетическом метаболизме происходит замещение чисто стехиометрического механизма стабилизации концентрации АТФ аллостерическим механизмом. Действительно, стехиометрическая стабилизация [АТФ] в автокаталитическом механизме типа (3.1) объясняется нехваткой АДФ для генераторной ступени и компенсирующим эту нехватку накоплением интермедиата 12 по мере стремления [АТФ] А0 [146]. При действии любой из рассмотренных аллостерических связей концентрация АДФ уже не падает так низко, как в случае чисто стехиометрической регуляции, и это предотвращает сильное накопление 12.
По принципу действия каждая из аллостерических регуляций, снижающих плато, представляет собой механизм отрицательной обратной связи [26], стремящийся стабилизировать не только концентрацию АТФ, но и концентрации любых других веществ, через которые замыкается петля обратной связи. Эффективность такой стабилизации тем выше, чем больше соответствующие константы угнетения или активации ct или сл и чем выше порядки аллостерических взаимодействий п-, или пл.
