Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
При исследовании ферментов в опытах in vitro ферменты во многих случаях используют в концентрациях около
1 мкг/мл, тогда как в живой клетке их концентрации могут достигать 1 мг/мл. Измерение ферментативной активности существующими методами проводят в течение нескольких минут, и поэтому с помощью этих методов невозможно измерить активности ферментов в таких больших концентрациях. Для экспериментального решения этих проблем необходимо использовать метод остановленного потока. Этот метод дает возможность точно регистрировать процесс в течение десятых долей секунды, что делает возможным изучение свойств ферментов в условиях, когда концентрация их довольно велика. Пока что при изучении свойств регуляторных ферментов этот метод не использовался.
5. ПРОВЕРКА ТЕОРИИ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Правомочность теории можно проверить с помощью экспериментальных манипуляций, приводящих к изменению концентраций тех факторов, роль которых в регуляции ферментативной активности исследуется. Если теория правильна, то вызванные изменения концентрации должны коррелировать с изменением скорости метаболического пути. Решающее значение имеют обычно эксперименты, проведенные на интактных' тканевых препаратах. К сожалению, из-за компартментали-зации внутриклеточного пространства негативный результат не всегда опровергает теорию. Невозможно проверить гипотезу непосредственно из-за того, что трудно измерить изменения концентраций предполагаемого регулятора в том участке клетки, где локализован исследуемый фермент [14].
Взаимосвязи между свойствами фермента, положениями теории и проверкой ее предсказаний различны в каждом конкретном случае. Нели после первоначальной проверки теория оказывается неудовлетворительной, то необходимо исследовать свойства фермента более детально. Отдельные примеры методов применения этапов б, в и г рассматриваемого подхода к изучению метаболической регуляции будут подробно обсуждаться в соответствующих главах.
Г. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
В живых организмах изменение скорости метаболических процессов в ответ на изменение окружающих условий может происходить по крайней мере двумя путями. Существует быстрый механизм (действующий в течение секунд или минут) регуляции ферментативной активности, и этот механизм зависит от изменений каталитической активности индивидуальных молекул фермента. Существует также несколько более медленный механизм (действующий в течение часов или дней)', который зависит от увеличения количества молекул фермента за счет изменения скорости процессов синтеза и распада (см. обзор [15]). В настоящей книге в первую очередь мы рассмотрим изменения каталитической активности, которые не зависят от систем синтеза и деградации ферментов. Существует несколько общих механизмов изменения активности ферментов, и эти механизмы можно разделить на различные классы. Представленная здесь классификация ни в коей мере не является полной и, быть может, нуждается в дальнейшем подразделении индивидуальных классов. Однако она должна облегчить разъяснение термина регуляторный и обсуждение механизмов регуляции в по9ледующих главах.
1. ЧЕТЫРЕ КЛАССА МЕТАБОЛИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
За регуляцию потока веществ через метаболические пути могут быть ответственны следующие четыре фактора:
а) доступность субстрата,
б) доступность кофактора,
в) удаление продукта,
г) механизм обратной связи.
Такая произвольная классификация не имеет физиологического значения; ее ценность состоит в том, что она упрощает сложную проблему метаболического контроля. Общие свойства и преимущества каждого регуляторного механизма будут упомянуты здесь только вкратце. Примеры регуляторных механизмов, существование которых можно считать доказанным, мы рассмотрим более детально в последующих главах.
а) Доступность субстрата
Самый простой способ регуляции любого метаболического пути может быть, по крайней мере теоретически, основан на доступности субстрата. Уменьшение концентрации субстрата будет приводить к снижению активности фермента (при усло-
3—1100
вии, что последний не насыщен субстратом), что в свою очередь может привести к снижению скорости потока вещества через метаболический путь. Аналогично увеличение концентрации субстрата может стимулировать метаболический путь. Вместе с тем постоянство состава внутренней среды целого организма и отдельной клетки в отношении субстратов метаболических путей (таких, как глюкоза крови и внутриклеточный гликоген) дает основание думать, что подобного рода регуляторные механизмы не слишком распространены у высших животных. Существует, однако, по крайней мере один важный пример регуляции доступностью субстрата (этот пример будет детально разбираться в гл. 3 и 5): концентрация жирных кислот в плазме, по-видимому, играет важнейшую роль в регуляции окисления жирных кислот в различных тканях, что в свою очередь может изменять скорость утилизации углеводов в организме животного. В таких случаях, когда удалось показать, что концентрация субстрата служит регуляторным фактором, основное внимание следует уделять не изучению метаболического пути как такового, а выяснению факторов, ответственных за изменения концентрации субстрата. Факторы, ответственные за регуляцию содержания жирных кислот в плазме крови, обсуждаются в гл. 5.
