Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
2.1. Регуляция биосинтеза L-изолейцина
Путь биосинтеза L-изолейцина показан на рис. 2.1; на этом же рисунке приведена схема пути синтеза структурно сходной аминокислоты — L-валина. Описанный выше эксперимент показал, что присутствие L-изолейцина в ростовой среде тормозит внутриклеточный синтез этой аминокислоты. В дальнейшем было установлено, что количество L-треонина, обеспечивающее оптимальную скорость роста бактериального мутанта, не способного синтезировать данную аминокислоту, уменьшается при добавлении к среде изолейцина [3]. Этот факт свидетельствует не только о том, что L-треонин необходим для биосинтеза L-изолейцина, но также и о том, что L-изолейцин каким-то образом снижает активность одного или нескольких ферментов, которые катализируют превращение L-треонина в L-изолейцин. Поскольку в приведенной последовательности (рис. 2.1) первая стадия, катализируемая треоницдезаминазой, является необратимой, действие L-изолейцина нельзя объяснить просто обращением
Пируват ‘
Кетобутират
I1
Треонин
а- Ацетолактат
Дигидрокси- ~^ а-Кетоизовалерат иэовалерат j
I
4
Валин
Ацетогидрокси -бутират
' а, 0-Дигидрокси- *
?*метилвалерат
Кето-^-метилвалерат Изолейцин
Рис. 2.1. Биосинтетические пути образования L-нзолейцина и L-валина. Ферменты: 1 — треониндезаминаза; 2 — синтетаза аце-тогидроксикислот; 3 — изомероредуктаза ацетогидроксикислот; 4 — дегидрам дигидроксикислот; 5 — трансаминаза В и (только для валинового пути) валин-аланин-амннобутират—трансаминаза [2].
направления процесса, т. е. образованием L-треонина из L-изолейцина.
Открытие ингибирования треониндезаминазы L-изолейцином in vitro {4] послужило важной вехой на пути выяснения механизмов регуляции активности ферментов. Ингибирование является высокоспецифичным, например L-лейцин менее эффективен как ингибитор в 100 раз, а L-валин и D-изолейцин вообще не обладают ингибирующим действием. Более того, ни один из других ферментов рассматриваемой цепи не ингибируется in vitro L-изолейцином. Эти данные позволяют сформулировать простой механизм, который объясняет, каким образом L-изолейцин и другие аминокислоты оказываются способными регулировать свой собственный биосинтез без дополнительных энергетических затрат. Согласно этому механизму, в ин-тактной клетке при повышении концентрации L-изо-лейцина происходит ингибирование треониндезаминазы — первого фермента цепи реакций; это приводит к уменьшению скорости всех реакций рассматриваемого пути и к снижению биосинтеза L-изолейцина. Наоборот, при понижении концентрации L-изолейцина его образование из L-треонина автоматически ускоряется, поскольку эффект ингибирования полностью обратим.
Ингибирование треониндезаминазы L-изолейцином является конкурентным в том отношении, что в при-
Рис. 2.2. Влияние L-изолейцина иа активность L-треониидеза-миназы в экстракте Е. coli К12. Опытные пробы содержали
0,1 0,5 0,02 М (#) или 0,04 М (О)
L- изолейцин, мМ L-треонина [5].
сутствии L-изолейцина концентрация L-треонина, не-
обходимая для достижения полумаксимальной скорости, повышается. Однако кинетика этого процесса
сложная: зависимость начальной скорости дезаминирования L-треонина от его концентрации (в отсутствие L-изолейцина) описывается не гиперболой, а S-образной кривой [5]. Сходный вид имеет график зависимости скорости дезаминирования L-треонина от концентрации L-изолейцина (при постоянной концентрации L-треонина) (рис. 2.2): заметное ингибирование наблюдается лишь после того, как уровень L-изолейцина превысит определенный порог. Вопрос о том, чем обусловлена столь необычная кинетика, рассматривается в гл. 6; отметим, однако, что при такой зависимости скорости от концентрации конечного продукта, какая показана на рис. 2.2, активность фермента в определенной области концентрации L-изолейцина будет меняться более резко, чем в случае функционирования фермента в соответствии с простой кинетикой Михаэлиса— Ментен. Сложная кинетика действия треониндезаминазы, наблюдаемая in vitro, может иметь важное физиологическое значение, поскольку она обеспечивает более эффективную регуляцию скорости функционирования данного пути в ответ на изменение концентраций L-треонина и L-изолейцина.
2.2. Утрата чувствительности треониндезаминазы, к L-изолейцину; аллостерическая теория
При. нагревании треониндезаминаза становится нечувствительной к ингибирующему действию L-изолей-
Рис. 2.3. Десенситизация треониндезаминазы при нагревании. Концентрация L-треоиииа 0,02 М; опыты проводили в присутствии (#) или в отсутствие (О)
•0,01 М L-изолейцина [5].
цина; при этом ее активность в отсутствие данной аминокислоты не меняется (рис. 2.3), т. е. обнаруживается эффект десенситизации. Этот важный факт означает, что L-изолейцин и L-треонин связываются с разными участками фермента и, следовательно, L-изолейцин влияет на связывание L-треонина опосредованно.
