Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
При обсуждении функционирования метаболона необходимо учитывать симметрию его структуры. Как и в случае мульти-ферментного комплекса (см. разд. 7.1) «симметрия управляет динамикой комплекса». Очевидно, ось симметрии третьего порядка должна сохраняться в процессе функционирования метаболона.
Обсудим режим работы метаболона, обладающего осью симметрии третьего порядка, на примере комплекса ферментов ЦТК [15]. Для того, чтобы цикл трикарбоновых кислот замкнулся, необходимо, чтобы оксалоацетат вернулся на первый фермент цикла — цитратсинтазу. Следовательно, структура метаболона должна быть замкнутой. Однако, из рисунка 18 видно, что асимметричная субъединица комплекса не замкну-
та, поскольку малатдегидрогеназа не контактирует с цитрат-синтазой в этой субъединице. Это означает, что после однократного прохождения метаболического цикла оксалоацетат попадает на молекулу цитратсинтазы соседней субъединицы. Для того, чтобы субстрат вернулся на молекулу цитратсинтазы исходной субъединицы, он должен пройти полный круг по каналу одного «этажа» микрокомпартмента. Можно полагать, что перемещение субстратов происходит синхронно во всех трех субъединицах одного «этажа». Такой режим работы метаболона получил название режима работы по типу «карусели» [15]. В то же время два «этажа» метаболона функционируют, по-видимому, в режиме «качелей» («флип-флоп»), как это требует наша модель переноса энергии в биоструктурах (см. разд. 4.3.2).
7.7. Контроль функционирования метаболона
Необходимо иметь в виду, что на одном уровне организации возможно существование нескольких механизмов с различными временными характеристиками. В случае метаболона можно выделить медленную регуляцию через процесс сборки и разборки комплекса и быструю регуляцию, осуществляемую путем воздействия на центр управления метаболона.
7.7.1. Метаболой как мобильная структура
Важно иметь в виду, что метаболой является мобильной •структурой и находится в равновесии со свободными ферментами. В пользу этого свидетельствуют следующие экспериментальные результаты. Согласно данным Дженкинса и соавторов Г42], в интактных эритроцитах человека около 50% 6-фосфо-фруктокиназы и около 40% фруктозобисфосфат-альдолазы связаны с мембраной. Что касается глицеральдегидфосфатдегид-рогеназы, то 2/3 от общего количества этого фермента находится в связанном состоянии [47]. Количество полноценных комплексов, формирование которых начинается с посадки 6-фосфофруктокиназы на якорную площадку мембраны эритроцитов, зависит прежде всего от соотношения между концентрациями 6-фосфофруктокиназы и других белков, способных конкурировать с 6-фосфофруктокиназой за связывание на белке полосы 3. К числу таких белков относятся не только фрук-тозобисфосфат-альдолаза и глицеральдегидфосфатдегидрогена-за, но и гемоглобин [73]. Содержание гликолитических комплексов в эритроцитах зависит, по-видимому, и от степени загруженности их кислородом. Дезоксиформа гемоглобина обладает более высоким сродством к белку полосы 3, чем оксигемо-глобин [73], и поэтому можно ожидать, что при снижении ко-
личества кислорода в эритроцитах количество адсорбированных гликолитических ферментов будет уменьшаться.
Объем матрикса претерпевает значительные изменения при переходе митохондрий от конденсированной конформации к ортодоксальной [61]. Этот процесс, контролируемый энергетическим состоянием митохондрий, должен оказывать влияние на равновесие между комплексом ферментов ЦТК и свободными ферментами. Высокая концентрация белка в матриксе в конденсированной конформации должна способствовать образованию метаболона. При набухании матрикса возможен частичный обратимый распад комплекса на свободные ферменты.
Другим важным файтором, определяющим формирование метаболона, являются уровни концентраций определенных метаболитов. Известно, что адсорбция ферментов на биологических мембранах чувствительна к присутствию специфических метаболитов. Сведения о влиянии метаболитов на связывание гликолитических ферментов с мембраной эритроцитов и со структурными белками скелетных мышц приведены в работе [50]. Адсорбция цитратсинтазы на внутренней мембране митохондрий усиливается в присутствии низких концентраций цитрата и ослабляется в присутствии оксалоацетата, СоА, аце-тил-СоА, ATPMg, а также высоких концентраций цитрата [54].
Таким образом, равновесие между метаболоном и свободными ферментами зависит от функционального состояния клетку или органеллы.
7.7.2. Метаболой как управляемая система
В разделе 1.2 мы отметили два общих принципа регуляции биологических систем: во-первых, пространственную обособленность рабочих центров и центров управления и, во-вторых, то обстоятельство, что роль факторов контроля играют факторы, являющиеся внешними по отношению к регулируемой системе. Эти принципы должны быть справедливы и для метаболона. Метаболой как управляемая система должен иметь пространственно разделенные рабочие центры и центры управления. В роли рабочего центра метаболона выступает, очевидно, микрокомпартмент, в котором осуществляется химическая трансформация поступающих в него субстратов. Роль центра управления мы отводим якорному белку подложки, участвующему в сборке комплекса [10]. Например, в комплексе ферментов гликолиза, адсорбированном на мембране эритроцитов, роль центра управления принадлежит белку полосы 3.
