Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
S 3F=fc А -->¦ В ч—С <—>- D =;—Р
Р будет быстрее синтезироваться из В, чем из А или из S, если реакция А—>-В является неравновесной. На практике, однако, постановка экспериментов по нагрузке затрудняется из-за непроницаемости клеточных мембран (или мембран субклеточных органелл) для промежуточных продуктов данного метаболического пути. Следовательно, Р может быстрее образовываться из С, чем из В, по той простой причине, что клеточная мембрана лучше проницаема для С; в этом случае взаимопревращение В и С может быть ошибочно принято за неравновесную реакцию. Необходимо также учитывать, что если используемый субстрат не является промежуточным соединением per se, но может увеличивать содержание какого-либо промежуточного соединения, то реакция, в ходе которой происходит включение такого субстрата в метаболический
путь, может быть неравновесной. Например, если в метабо-. лическом пути
Е
S А --->¦ В —С г<—^ D Р
скорость образования Р из С больше, чем из Е, то это еще не доказывает, что реакция В—vC неравновесная, так как этапом, лимитирующим весь процесс, может быть скорость превращения Е—»-В.
г) Общие положения
И наконец, реакцию, способную осуществлять регуляторную функцию, можно оценить по ее положению в метаболическом пути. В общем случае наиболее эффективный контроль утилизации субстрата может осуществляться реакцией, расположенной в начале метаболического пути, возможно даже на уровне транспорта веществ в клетку. Регуляция может осуществляться также на этапе, расположенном сразу же после разветвления метаболического пути. Очевидно, эти общие положения только определяют линию исследования на его начальных этапах, но если эти положения подтверждают экспериментальные данные, то можно надеяться, что окончательные результаты исследования будут надежными.
2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ регуляторных ферментов
Приведенные выше рассуждения касались идентификации ферментов, катализирующих неравновесные реакции. Каковы же взаимоотношения между «неравновесным» ферментом и регуляторным ферментом? Одна из трудностей в понимании проблемы метаболического контроля состоит в определении регуляторного фермента. В метаболическом пути до некоторой степени регулируются активности всех ферментов, и при изменении потока веществ через путь должны изменяться активности всех ферментов. Решающее значение имеет выяснение вопроса, какой фермент отвечает на первичный метаболический сигнал и, следовательно, инициирует последующие изменения активности остальных ферментов пути. Поскольку природа метаболического сигнала остается неизвестной до тех пор, пока регуляторный фермент не идентифицирован, постулированные механизмы контроля не могут быть использованы для выявления регуляторных ферментов. Для решения этой проблемы необходимо дать точное определение термина «регуляторный фермент».
Регуляторный фермент можно определить просто как «фермент, который катализирует неравновесную реакцию». (Хотя в определенных условиях регуляторными могут быть ‘реакции, которые близки к равновесию; см. разд. Г.2.) «Неравновесный» фермент обладает низкой каталитической активностью, и по этой причине он будет лимитировать поток веществ через путь. Активность такого фермента могла бы регулироваться только изменениями концентрации субстрата. В этом случае следовало бы вести поиск факторов, ответственных за изменения концентрации субстрата. Если активность фермента контролируется не концентрацией субстрата, а какими-то другими факторами, то регуляция может осуществляться с помощью ингибирования по принципу обратной связи. Следовательно, регуляторный фермент можно определить как «фермент, который катализирует неравновесную реакцию и активность которого контролируется факторами, отличными от концентрации субстрата». Это второе определение значительно уже первого, но оба они вполне приемлемы, так как не может быть абсолютного определения понятия «регуляторный фермент». Оба приведенных выше определения оперативны, поскольку они подсказывают экспериментальные подходы к решению проблемы идентификации регуляторных ферментов. Экспериментальные подходы к идентификации неравновесных реакций были описаны ранее. Прием, который может быть использован для идентификации регуляторных ферментов (в соответствии со вторым, более строгим определением), описан ниже.
а) Изменения концентрации субстрата
неравновесной реакции
Для идентификации неравновесной реакции необходимо, чтобы метаболический путь находился в условиях стационарного состояния; при этом не обязательно знать параметры общего потока вещества через данный путь. Однако для идентификации регуляторного фермента поток вещества через путь должен быть нарушен, чтобы можно было измерить изменения концентраций субстратов «неравновесных» ферментов в стационарном состоянии. Если концентрация субстрата «неравновесного» фермента изменяется в направлении, противоположном изменению потока (например, поток возрастает, а концентрация субстрата уменьшается), то это указывает, что исследуемый фермент является регуляторным. Обоснование такого подхода является очень простым: изменение концентрации субстрата в направлении, противоположном изменению каталитической активности, несовместимо с представ-
