Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
Возможны по крайней мере два механизма, совершенствующие взаимосвязь между изменением концентрации регулятора и активностью фермента. Первый, усиливающий механизм — циклическое взаимопревращение субстратов (substrate cycling) — сохраняет пустоту равновесного связывания молекулы регулятора с регуляторным ферментом, тогда как другой механизм, предусматривающий существование энзиматически взаимопревращаемых форм фермента, включает совершенно иную и более сложную систему.
а) Механизмы усиления в регуляции
ферментативной активности
I. Циклы субстратных взаимопревращений. Рассмотрим метаболический путь, в котором неравновесной реакции В—ИЗ независимо противопоставляется другая неравновесная реак-
ция, ведущая к превращению С—^В. Эти две отдельные реакции катализируются ферментами Ei и Ег следующим образом:
Поскольку реакция В—неравновесная (т. е. происходит потеря энергии в виде тепла), реакция С—>-В должна включать дополнительные реагенты, с тем чтобы и в этой реакции также затрачивалась энергия (например, АТФ-j-C—>-B-j-+АДФ). Предполагается, что регулятор X активирует фермент Ei и ингибирует фермент Ег с помощью механизмов равновесного связывания и что в ситуации, поддающейся регуляции, оба фермента (Ei и Ег) каталитически активны. Таким образом, между В и С устанавливается цикл субстратных взаимопревращений и активности обоих ферментов вовлекаются в регуляцию скорости суммарного процесса превращения S в Р. Это повышает эффективность ответной реакции ферментной системы на изменение концентрации регулятора X. Фактически ответная реакция будет зависеть в первую очередь от скорости субстратных взаимопревращений относительна скорости общего потока через метаболический путь. Это положение иллюстрируется табл. 3, в которой показано влияние двукратного увеличения активности фермента Ei и'двукратного уменьшения активности фермента Ег на скорость суммарного протекания процесса при изменении скоростей субстратных взаимопревращений.
В сущности, ответная реакция ферментной системы на действие регулятора пропорциональна отношению:
Чем выше величина этого отношения, тем больше усиление,, вызываемое циклическим взаимопревращением субстратов.
Основное ограничение аллостерической регуляции преодолевается циклическим субстратным взаимопревращением, так как теоретически нет предела степени достигаемого усиления.
Однако за возможность усиления приходится платить, и ¦ платой служит энергия, затрачиваемая в процессе циклических взаимопревращений. При любом субстратном взаимопревращении необходимо постоянно использовать энергию для поддержания. цикличности процесса.
В гл. 3 и 6 будут приведены данные, подтверждающие существование цикла субстратных взаимопревращений между фруктозо-6-фосфатом и фруктозодифосфатом, катализируемого одновременно фосфофруктокичазой (ФФК) и фруктозоди-
Скорость циклических взаимопревращений
Скорость суммарного протекания
Таблица 3
Влияние двукратного увеличения активности «прямого фермента» (В—»-С) и двукратного снижения активности «обратного фермента» (С—>-В) иа протекание метаболического пути1.
Оба фермента каталитически активны в одно и то же время, образуя субстратный цикл
Начальный поток Скорость взаимопре Новый поток через Увеличение потока
через метаболический вращений субстрата метаболический путь под действием
путь (S -> Р) в про в произвольных (S ---> Р) в услов регулятора, %
извольных единицах единицах ных единицах (после
двукратных изменений
активностей фермен
тов)
0.1 0,1 0,35 350
0,1 0,2 0,50 550
0,1 0,5 0,95 950
0,1 1.0 1,70 1700
0,1 2,0 3,20 3200
0,1 5,0 7,70 7700 -
1 Метаболический путь, в котором соединение S превращается в соединение Р, представляет собой следующую последовательность реакций:
Скорость превращения В в С, зависящая от соотношения активностей «прямого фермента». (Ei) и «обратного фермента» (Е2), лимитирует суммарную скорость потока через метаболический путь. Таким образом, Е| и Ег являются регуляторными ферментами всего метаболического пути; при этом предполагается существование специфического регулятора, способного повышать активность фермента Ei и снижать активность фермента Еа. Двукратное увеличение активности фермента Ei и двукратное уменьшение активности фермента Ег осуществляется небольшим изменением концентрации регулятора (возможно, 50%-ным увеличением концентрации). Начальная скорость потока через метаболический путь (перед повышением концентрации регулятора) равна 0,1 произвольной единицы. Другими словами, если скорость циклического взаимопревращения составляет 0,1, фермент* Ei катализирует переход В—со скоростью 0,2, а фермент Е2 катализирует обратный ^переход С—»-В со скоростью 0,1 произвольной единицы (разница обеспечивает суммарную скорость потока через метаболический путь). Аналогично при скорости циклического превращения 5,0 н скорости протекания 0,1 активность фермента Ei равна 5,1, а Еа — 0,1 произвольной единицы. В отсутствие циклического взаимопревращения субстратов увеличение концентрации регулятора на 50% вызвало бы примерно двукратное ускорение потока через метаболический дуть (расчеты аналогичны приведенным в табл. 2) вследствие изменения активности только лишь «прямого фермента» (Hi). Одиако при существовании циклического взаимопревращения субстратов, скорость которого в 10 раз превышает скорость потока через метаболический путь S—*-Р, суммарная скорость последнего возрастает в 17 раз при том же увеличении концентрации регулятора на 50% [29].
