Регуляторные эффекты Пастера и Крэбтри

Регуляторный «эффект Пастера» - торможение гликолиза дыханием - объясняется энергозависимой конкуренцией за АДФ и фосфат между системами фосфорилирования в дыхательной цепи (окислительное фосфорилирование) и на уровне субстрата (субстратное фосфорилирование). Хорошо известно, что факультативно анаэробные клетки, растущие в анаэробных условиях, потребляют сравнительно очень большие количества глюкозы (и образуют большие количества продуктов брожения). Если же ввести в среду кислород, то клетки начнут немедленно его поглощать и уровень потребления глюкозы резко снизится. Это снижение скорости гликолитического расщепления глюкозы с началом дыхания и носит название эффекта Пастера.

ЭффектПастера обусловлен подавлением активности фермента фосфофруктокиназы, который катализирует реакцию, лимитирующую общую скорость гликолиза, а именно фосфорилирование фруктозо-6-фосфата с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. Фосфофруктокиназа представляет собой поливалентно регулируемый аллостерический фермент, который активируется АДФ и подавляется АТФ и цитратом. Знание аллостерических свойств фосфофруктокиназы позволяет сделать следующий вывод: если аэробно растущие дрожжевые клетки лишить кислорода и приостановить таким образом окислительное фосфорилирование, то в клетке снизится соотношение концентраций АТФ/АМФ, что приведет к повышению активности фермента и соответственно к ускорению реакции. Таким образом, снижение активности фосфофруктокиназы связано с ускорением образования АТФ и началом функционирования ЦТК при переходе к аэробному окислению глюкозы.

Регуляторный «эффект Кребтри» - торможение дыхания гликолизом - явление, обратное «эффекту Пастера», также объясняется энергозависимыми конкурентными взаимоотношениями систем окислительного и субстратного фосфорилирования за АДФ и фосфат. Одна из точек зрения состоит в том, что эффект Кребтри обусловлен активацией гликолиза высокими концентрациями глюкозы, что приводит к избытку продуктов гликолиза, которые, главным образом в виде ацетата, экскретируются в среду. Другая точка зрения заключается в том, что

можно моделировать, применяя довольно низкие (миллимолярные) концентрации глюкозы, регистрируя при этом явление «дыхательного контроля» у бактерий. Обе точки зрения сходятся в одном - в основе механизма эффекта Кребтри лежит регуляторная способность факультативных анаэробов модулировать в широких пределах поток через гликолиз, чтобы компенсировать при необходимости нефункционирующий ЦТК усилением субстратного фосфорилирования и по той же причине иметь механизм сброса избытка продуктов гликолиза при анаэробиозе.

Таким образом, скорость катаболизма определяется не концентрацией тех или иных субстратов в среде, а потребностью микробной клетки в энергии.

4. Регуляция метаболической активности за счёт компартментализации ферментов и их взаимодействия с клеточными мембранами

Эукариотные и прокариотные клетки имеют пространственные «отсеки», в которых локализована часть их ферментативного аппарата. Так, у грамотрицательных бактерий некоторые гидролазы локализованы в периплазматическом пространстве (между внешней и цитоплазматической мембранами). Эти обстоятельства создают возможность регуляции ферментативной активности путем управления скоростью проникновения в «отсек» субстрата или выхода из него фермента (компартментация).

12. Мультиферментные комплексы это надмолекулярные образования которые включают, несколько ферментов и коферментов. Они катализируют последовательные этапы реакции преобразования одного субстрата. Примером мультиферментов являются реакции окислительного декарбоксилирования α-кетокислот (пирувата и α-кетоглутарата) под влиянием пи-уватдегидрогеназы и α-кетоглутаратдегидрогеназы. Например пируватдегидрогеназный комплекс включает 3 фермента и использует 5 коферментов Биологическое значение мультиферментных комплексов состоит в том, что благодаря их существованию облегчается перенос реагирующих веществ между отдельными ферментами и коферментами, что ускоряет протекание реакций. Мультиферментные комплексы, как правило, формируются на мембранах путем самосборки. Метаболон

Многие белки и в том числе ферменты способны обратимо взаимодействовать с клеточной мембраной, что приводит к изменению физико-химических свойств белков и их ферментативной активности (аллотопия). Так, гидрофобные взаимодействия липидов и белков могут переводить последние в неактивное (латентное) состояние, напротив, электростатические взаимодействия вызывают активирование некоторых ферментов.

В свою очередь степень и характер взаимодействия ферментов с другими мембранными белками и липидами в определенной степени зависят от внутриклеточной концентрации электролитов, а следовательно, могут регулироваться при изменении физиологических условий.

Ферменты, катализирующие серию последовательных реакций, иногда образуют ансамбли, локализованные в цитоплазме (дегидрогеназы a-кетокислот) или в клеточной мембране (ферменты дыхательной и фотосинтетической цепей). Регуляция в таких ансамблях имеет свои особенности, так как продукт, образуемый на предыдущей стадии, «подхватывается» следующим ферментом без выхода в окружающую среду.

Дата добавления: 2014-01-14