загрузка...
 
НЕРАЗВЕТВЛЕННАЯ МУЛЬТИФЕРМЕНТНАЯ СИСТЕМА
Повернутись до змісту

НЕРАЗВЕТВЛЕННАЯ МУЛЬТИФЕРМЕНТНАЯ СИСТЕМА

Почти любой метаболический процесс протекает через множество промежуточных стадий. Каждая из них катализируется своим ферментом. Совокупность таких ферментов, действующих последовательно один за другим, называется мультиферментной системой.

На рис. 4-18 представлен простейший из таких вариантов — неразветвленная (линейная) мультиферментная система.


Две очень важные особенности присущи любой такой системе.

Концентрация каждого промежуточного метаболита (от В до М включительно) будет поддерживаться довольно постоянной даже в условиях очень больших колебаний скорости всего процесса в целом. Действительно, ускорение реакции на первой стадии (например, из- за повышения концентрации метаболита А) должно привести к увеличению концентрации метаболита В, которое автоматически «заставит» работать быстрее и фермент Е2; накопление вещества В будет, таким образом, преодолеваться. И так - по всей цепочке. Отсюда ясно, что концентрация любого промежуточного метаболита не зависит от скорости всего процесса. Она предопределена только соотношением кинетических констант двух ферментов — того, который ведет к образованию данного метаболита, и того, который обеспечивает его дальнейшее превращение. Например, концентрация метаболита В обусловлена соотношением кинетических констант ферментов, обозначенных на схеме как Е] и Е2. Оба они, как вся цепочка в целом, могут работать быстрее или медленнее, но концентрация метаболита В останется практически неизменной. Эта особенность, обусловленная только природными качествами ферментов, лежит в основе феномена гомеостаза — постоянства состава внутренней среды организма.

Значения кинетических констант у всех ферментов метаболической цепи в общем случае различны. Очевидно, у какого-то из них величина Уши* окажется наименьшей среди партнеров. Следовательно, именно этот фермент (точнее, его Ущах) определяет максималь- но возможную скорость всего процесса в целом. Поэтому его называют лимитирующим ферментом данной мультиферментной системы. Такой фермент катализирует всегда необратимую реакцию (для простоты в схеме на рис. 4-18 не обозначено, что большинство стадий метаболической цепи являются обратимыми). Как правило, лимитирующим является тот фермент, который находится в начале цепи. Обычно это либо Е[, либо Е2 (в приведенной схеме). И еще одна закономерность: именно на лимитирующее звено нацелены регуляторные влияния (чаще всего — аллостерические). Они могут быть «внешними» (для данной системы),

например, гормоны, лекарства и т.д. Но бывают они и «внутренними», т.е., метаболитами самой системы, начиная от исходного субстрата А и кончая конечным продуктом N. Понятно, что только второй вариант относится к сфере автономной саморегуляции мультиферментной системы. Хотя аллостерическое воздействие оказывается только на один фермент, из-за лимитирующей его роли регулируется фактически работа всей мультиферментной системы в целом. Объединяя и лимитирующую роль, и регуляторную функцию такого фермента, его называют ключевым ферментом данной метаболической цепи. Именно через такие решающие звенья осуществляется метаболический контроль (получается — самоконтроль!) за интенсивностью биохимических процессов.

Нередко аллостерическим эффектором выступает не субстрат или непосредственный продукт ключевого фермента, а более отдаленный метаболит, зачастую — конечный продукт цепи (метаболит N в приведенной схеме). Если он является ингибитором ключевого фермента, то имеет место саморегуляция по механизму отрицательной обратной связи: на каком-то уровне накопления конечного продукта начинается торможение всех реакций метаболической цепи, начиная с лимитирующего звена. В этом случае функционирование всей системы характеризуется такого же вида графиком, как и кривая для простейшей системы на рис.

15. Если же конечный продукт оказывается аллостерическим активатором ключевого фермента. то говорят о саморегуляции по принципу положительной обратной связи. Такой системе свойственна готовность к самовозбуждению: при накоплении некоторой критичной массы продукта начинается лавинообразное ускорение работы всей мультиферментной цепи в целом.

РАЗВЕТВЛЕННАЯ МУЛЬТИФЕРМЕНТНАЯ СИСТЕМА

Рис. 4-19. Схема разветвленной мультиферментной системы.

Линейная метаболическая цепь чаще бывает всего лишь фрагментом более сложных биохимических «блоков», среди которых превалируют разветвленные мультиферментные системы. Особенности саморегуляции таких систем видны уже на примере простейшей из них, имеющей только одну точку ветвления (хотя их может быть несколько).

В такой системе (рис. 4-19) ключевой фермент (ЕО находится, как обычно, в самом начале, т.е., до точки ветвления. В этом положении он контролирует совокупную скорость превращений исходного метаболита А всеми существующими путями.

Главной особенностью разветвленных цепей является наличие дополнительных» ключевых ферментов. Как правило, они расположены сразу или вскоре после точки ветвления (в приведенной схеме это могут быть, например, Е3 и Еч). Такие ключевые звенья называют пунктами вторичного контроля. Каждый из них лимитирует скорость только своей ветви метаболизма (и обеспечивает ее регуляцию).

Нельзя сказать, чтобы пункты вторичного контроля были совсем независимыми друг от друга и не влияли бы на состояние начального фрагмента, общего для всех путей. Напротив. Например, торможение Е3 приведет к накоплению его предшественников. Наступающее при этом повышение концентрации метаболита В чревато ускорением его превращений по альтернативному пути, контролируемому ферментом Ел. Если же вещество В окажется еще и аллостерическим ингибитором фермента Е[, то накопление В, вызванное угнетением фермента Е3, приведет к замедлению суммарной скорости превращений субстрата А всеми путями (при этом утилизируемое все же количество вещества А станет направляться преимущественно по пути образования конечного продукта У. Конкретные примеры изложенных взаимоотношений будут представлены, в частности, при рассмотрении главных путей метаболизма глюкозы (раздел 6.8).

В заключение необходимо подчеркнуть, что все изложенные механизмы автономной саморегуляции строго детерминированы. Невозможно «отменять» их или произвольно «заставлять» работать иначе; недопустимо приписывать им несвойственные параметры функций. Ибо обусловлены они самой природой конкретных белковых молекул, трансформация свойств которых возможна только путем соответствующих изменений на генетическом уровне. Описанные «модели поведения» являются теми элементами, из которых слагается сложная и чувствительная к внешним воздействиям система регуляции всего метаболизма и любых физиологических функций клеток, тканей, организма в целом.



загрузка...