Метаболизм ингибирование продуктом

Обычно после инокуляции стерильной культуральной среды мгновенного увеличения числа клеток не наблюдается. В течение какого-то периода времени, называемого лаг-фазой, клетки адаптируются к новым условиям другим pH или концентрации питательных веществ. В ходе такой адаптации может произойти включение каких-то новых, ранее не проявившихся путей метаболизма. Лаг-фаза наблюдается всякий раз, когда посевной материал получен из культуры, рост которой прекратился в результате исчерпания субстрата или ингибирования продуктом (т. е. культуры в стационарной фазе). Продолжительность лаг-фазы зависит от времени, в течение которого клетки посевного материала находились в стационарной фазе, и от того, как сильно различались среда, в которой росла [c.351]

Регуляция на уровне активности ферментов свойственна, как правило, только ключевым ферментам клеточного метаболизма. Каталитическая активность ферментов, участвующих в том или ином пути биосинтеза, может подвергаться изменениям она может повышаться (под действием положительного эффектора) или снижаться (под действием отрицательного эффектора). При ингибировании конечным продуктом (ретроингибировании) этот продукт подавляет активность первого фермента, участвующего в данной цепи реакций. [c.473]

Общие положения. Ингибиторами называются вещества, снижающие скорость реакций. Классические исследования, в которых ингибиторные эффекты изучались на изолированных ферментных системах и на метаболических процессах, сыграли исключительно важную роль в установлении строения субстратов, природы тех групп, при помощи которых субстрат связывается с ферментом, а также в выяснении специфичности ферментативных реакций и самого их механизма. В клетке ингибирование ключевых реакций веществами, которые являются продуктами тех же реакций или тех же (а иногда и других) метаболических процессов, служит тонким регуляторным механизмом, обеспечивающим поддержание относительного постоянства состава внутриклеточной среды, а также ответные реакции на изменения во внешней среде. Наконец, избирательное ингибиторное действие ряда природных и синтетических соединений антиметаболитов), несомненно, должно быть положено в основу по крайней мере одного из подходов к разработке рациональной фармакологии и химиотерапии. На этом пути открываются две возможности. Первая связана с тем, что разные ферменты имеют разную специфичность, а потому какой-нибудь ненормальный продукт одной из начальных реакций данного метаболического пути вполне может оказаться ингибитором какой-либо более поздней стадии того же процесса (Петерс назвал такую ситуацию летальным синтезом ). Вторая возможность заключается в направленном изменении синтеза ферментов. Поскольку сами ферменты являются продуктами метаболизма, их синтезом, очевидно, можно управлять, воздействуя на метаболизм. [c.182]

При рассмотрении ингибирования можно, как и ранее, проследить различные подходы к учету влияния тормозящих факторов (концентрации биомассы, токсических продуктов метаболизма) на процессы размножения или гибели клеток. [c.82]

Другое направление в создании математических моделей рассматриваемого типа связано с попытками связать торможение роста популяции не с отмиранием, а с ингибированием процесса роста и размножения микробных клеток, вызываемым токсическими продуктами метаболизма. [c.84]

Примером данного явления служит реакция, протекающая во время гликолиза, который составляет одну из стадий процесса клеточного дыхания. Клеточное дыхание служит источником АТФ. Если концентрация АТФ высока, то АТФ, действуя как аллостерический ингибитор, подавляет активность одного из ферментов гликолиза. Если же клеточный метаболизм усиливается, а следовательно, АТФ расходуется и его общая концентрация падает, то после того как ингибитор будет удален, данный метаболический путь снова вступает в действие. Это может также служить примером ингибирования конечным продуктом. [c.164]

Следующий опыт, впервые проведенный в конце 50-х годов, показывает, что механизм регуляции активности ферментов с помощью ингибирования конечным продуктом является общим для метаболизма бактерий. Культуру Е. соИ выращивали в синтетической среде, подобной приведенной в табл. 1, но содержащей меченную С глюкозу в качестве единственного источника углерода. В этих условиях удельная радиоактивность всех строительных блоков клетки должна быть такой же, как и удельная радиоактивность углерода глюкозы (в питательной среде), из которой они синтезированы. [c.109]

Тысячи и тысячи различных биохимических реакций, одновременно осуществляемых клеткой, тесно скоординированы между собой. Разнообразные механизмы контроля регулируют активность клеточных ферментов при изменении существующих в клетке условий. Наиболее общая форма регуляции - это легко обратимое ингибирование по принципу обратной связи, когда первый фермент метаболического пути ингибируется конечным продуктом этого пути Более длительная форма регуляции включает в себя химическую модификацию одного фермента под действием другого, что часто происходит в результате фосфорилирования Комбинации регуляторных механизмов могут вызывать сильные и длительные изменения в метаболизме клетки. Не все клеточные реакции происходят в одних и тех же внутриклеточных компартментах, и пространственное разграничение клетки внутренними мембранами позволяет органеллам осуществлять специализацию своих биохимических функций. [c.111]

В реальных условиях клеточного метаболизма концентрация субстрата, потребляемого в ферментативных реакциях, изменяется не только в результате самой реакции, но и за счет притока его в реакционный объем. Одновременно происходит и отток продукта из сферы реакции в другие области, где он используется в дальнейших метаболических превращениях. Иными словами, в клетке каждая отдельная реакция, так же как и их совокупность, представляет собой открытую систему, обладающую механизмами саморегуляции. Одним из самых мощных способов регуляции ферментативного процесса является изменение активности фермента с помощью различных ингибиторов. Существуют, как известно, конкурентные ингибиторы, занимающие места субстрата в активном центре фермента с образованием неактивного комплекса. Возможно также неконкурентное, или аллостерическое, ингибирование, при котором ингибитор не имеет структурного сродства с субстратом и присоединяется не к активному центру фермента, а к определенным местам белковой глобулы, вызывая деформацию фермента. Регуляторные эффекты могут осуществляться также по принципу обратной связи, когда при больших концентрациях субстрата или продукта угнетается реакция. Наряду с ингибиторами имеются и активаторы — вещества, повышающие активность фермента. Активирующий эффект может оказывать и сам продукт реакции (активация продуктом). [c.39]

На уровне энергетических взаимодействий регуляторные функции, строго говоря, свойственны всем веществам, участвующим в метаболизме клетки. Концентрации ионов водорода и аммония, ионов металлов, а также аминокислот и их производных обеспечивают потенцирование или ингибирование биохимических реакций как участники или продукты этих реакций. (Кричевская и др., 1983). Можно сказать, что биохимическая регуляция лежит в диапазоне концентраций компонентов Ю М. [c.84]

О том, что рассмотренные варианты регуляции метаболизма реально функционируют, свидетельствуют данные о характере ингибирования конечными продуктами пути биосинтеза, начинающегося с аспартата, у различных бактерий (табл. 10.2). [c.106]

Реакции типа (8-47) протекают неферментативным путем только в присутствии сильного основания. В то же время дегидрогеназы часто обеспечивают относительно быстрое и обратимое протекание подобных реакций конденсации. Эти реакции специфичны для тех кетонов, которые возникают в реакциях, катализируемых дегидрогеназами пируват ингибирует только лактатдегидрогеназу, а-кетоглутарат — глутаматде-гидрогеназу и т.д. [91] Мы уже видели (гл. 6, разд А, 9), что ингибирование продуктом является одним из типичных факторов регуляции метаболизма явления, которые мы здесь обсуждали, могут быть частью таких механизмов регуляции. [c.251]

Широко распространен механизм регуляции активности ферментов, основанный на присоединении к ним молекул-эффекто-ров. Чаще всего в роли эффекторов выступают конечные продукты цепей биосинтеза, которые связываются с первым или с одним из первых ферментов данного метаболического пути и подавляют его активность, тем самым выключая всю цепь синтеза. Это ингибирование конечным продуктом, благодаря которому регулируются сразу несколько этапов метаболизма. Конечный продукт связывается с ферментом не в его активном центре, а в аллостерическом центре, и такое взаимодействие индуцирует изменение (инактивацию) активного центра фермента. [c.415]

Один из методов повышения производительности биореакторов в технологии биосинтеза связан с так называемым "высокоплотностным культивированием" микроорганизмов, которое реализуется при проведении процесса по специальной программе с подпиткой субстратом в периодическом режиме культивирования [24]. Это повышает концентрацию клеток микроорганизмов в среде культивирования и при поддержании неизменной удельной скорости биосинтеза общую производительность биореактора. Однако такой процесс требует тщательного выдерживания необходимых параметров биосинтеза (прежде всего текущей концентрации органического субстрата и концентрации растворенного кислорода, а также pH и содержания минеральных компонентов питания). Кроме того, питательные субстраты должны подаваться в биореактор в концентрированном виде. Процесс с подпиткой был бы одним из наилучших решений при биологическом обезвреживании концентрированных токсичных стоков и отходов, поскольку он может привести не только к увеличению производительности биореактора, но и к уменьшению объема вторичных стоков и отходов со стадии биологической очистки, Однако применительно к переработке токсичных соединений возможности тфоцесса с подпиткой резко ограничиваются из-за образования побочных продуктов метаболизма, ингибирующих процесс окисления. Так, в наших экспериментах в обычными консорциумами фенолдеструкторов ингибирование окисления в режиме с [c.235]

В результате процессов тепломассообмена и гидродинамического взаимодействия к клеткам поступают необходимые для роста и развития микроорганизмов компоненты питания. Выделяемые в среду продукты л етаболизма могут оказывать непосредственное влияние на кинетические закономерности роста клеток, например эффекты ингибирования скорости роста. Продукты клеточного метаболизма (от альдегидов и кетонов до веществ белкового [c.51]

Если продукт Р накапливается в достаточно больших количествах, он тйожет взаимодействовать с формой Е с образованием непродуктивного комплекса ЕР. Это явление представляет собой эффективную форму инги--бирования продуктом, которое снимается лишь в том случае, когда в результате дальнейших превращений продукта Р его концентрация умень- Шается. В литературе описаны конкретные примеры подобного типа ингибирования и рассмотрена его роль в регуляции процессов метаболизма. [c.23]

Аналогично ЦТФ как конечный продукт биосинтетического пути оказывает ингибирующий эффект на первый фермент (аспартаткарбамоилтран-сферазу), регулируя тем самым свой собственный синтез (см. главу 13). Этот тип ингибирования получил название ингибирования по принципу обратной связи, или ретроингибирования. Существование его доказано во всех живых организмах. В настоящее время он рассматривается как один из ведущих типов регуляции активности ферментов и клеточного метаболизма в целом . [c.155]

Наиболее важные неконкурентные ингибиторы представляют собой образую-пщеся в живых организмах промежуточные продукты метаболизма, способные обратимо связываться со специфическими участками на поверхности некоторых регуляторных ферментов и изменять при этом активность их каталитических центров. Примером может служить ингибирование Ь-треониндеги-дратазы Ь-изолейцином, обсуждаемое в разд. 9.18. [c.248]

Получение мутантов, способных к сверхпродукции промежуточных продуктов метаболизма Индукция определенных ферментативных процессов Ингибированная ферментация Направленный синтез из предшественников в обход метаболического контроля Биокатализ по завершении роста Одностадийные превращения, позволяющие обойтись без очистки фермента или принятия мер по сохранению его стабильности Многостадийные процессы ферментативной конверсии Биокатализ in vitro Использование очищенного фермента для одностадийной конверсии какого-либо природного субстрата Одностадийное образование химических промежуточных продуктов из неприродных субстратов с использованием очищенных ферментов с широким спектром действия Многостадийные полусинтетические метаболнтические процессы Химический катализ на основе биологических принципов Создание химических аналогов ферментативных процессов Получение химических катализаторов с биологической специфичностью (образование биоорганических комплексов ) [c.134]

Регулирование сложной цепи химических реакций, называемой клеточным метаболизмом, несомненно, является жизненно важным. В настоящее время известно, что для биосинтеза пуринов существует ряд возможных контрольных механизмов, которые включают подавление синтеза метаболитов самими же метаболитами, родственными с ними веществами или конечными продуктами. Так называемое ингибирование по принципу обратной связи может влиять либо на активность, либо на синтез фермента, ответственного за образование метаболита. Так, активность фосфорибозилпирофосфатами-дотрансферазы (которая катализирует синтез рибозиламин-5-фосфата из глутамина и рибозо-1-пирофосфат-5-фосфата) заметно подавляется АМФ, АДФ, АТФ, ГМФ, ГДФ и ИМФ, но не ингибируется большим числом других пуриновых или пиримидиновых производных, в случае некоторых мутантных штаммов бактерий с генетическим блоком, ведущим к накоплению предшественников аминоимида-зола, некоторые пурины могут вызывать аллостерическое торможение, если только генетический блок не препятствует взаимопревращению пуринов. Однако, когда это взаимопревращение затруднено, аденин становится специфическим ингибитором (препятствует накапливанию предшественников имидазола) и контроль по принципу обратной связи осуществляется на уровне аденина (или аденозина, или АМФ), а не с помощью других пуринов. Превращение гуанозин-5 -фосфата в производные аденина (через восстановительное дезаминирование ГМФ до инозин-5 -фосфата) заметно ингибируется АТФ, что свидетельствует о возможности контроля производными гуанина за синтезом адениновых нуклеотидов. Взаимоотношения между этими отрицательными типами контроля за скоростью синтеза и концентрацией нуклеотидов в клетке и положительными моментами взаимосвязи биосинтетических реакций, как, например, потребность АТФ для синтеза ГМФ и ГТФ для синтеза АМФ, представляются исключительно сложными. Как уже упоминалось выше, контроль за синтезом фермента также может быть установлен по принципу обратной связи примером может служить влияние гуанина на образование ИМФ-дегидрогеназы в мутантных штаммах бактерий с подавленным синтезом ксантозин-5 -фос-фатаминазы. [c.310]

Фосфорорганические соединения широко используют в народном хозяйстве в качестве активных инсектицидов, акарицидов, дефолиантов, гербицидов и др. Этому способствует не только широкий спектр пести-цидного действия, но и относительно малая стабильность этих соединений во внешней среде [14]. Основными реакциями преобразования практически всех фосфорорганических пестицидов (ФОП) являются гидролиз и окисление. Эти процессы протекают в атмосфере, воде и почве, во многих биологических системах и чаще всего сопровождаются образованием малотоксичных или нетоксичных для человека продуктов. Однако в ряде случаев на первых стадиях метаболизма не исключена возможность образования весьма опасных веществ. Механизм токсического действия ФОП в основном обусловлен ингибированием активности холинэстеразы. Этот класс соединений включает препараты различной степени токсичности — от сильнодействующих до малотоксичных. Способность к кумуляции у ФОП выражена слабо, но при длительном их воздействии небольшими дозами может наблюдаться накопление и развитие интоксикации. [c.15]

Специальными экспериментами, проведенными И. В. Скирдовым (ВНИИ ВОДГЕО), было показано, что влияние концентрации субстрата на скорость процесса биологической очистки может быть описано уравнением Михаэлиса — Ментен. Влияние дозы ила на скорость биологической очистки лучше описывается уравнением Н. Д. Иерусалимского (с учетом ингибирования процесса продуктами метаболизма). Совместное влияние концентрации субстрата и растворенного кислорода в очищаемой воде удовлетворительно описывается уравнением бисубстратной реакции, протекающей по механизму двухтактного замещения. Математическая модель процесса биологической очистки в аэротенках, предложенная И. В. Скирдовым, включает систему кинетических уравнений, которыми описаны следующие явления сорбции субстрата активным илом (по уравнению Ленгмюра), скорости роста биомассы с учетом влияния концентрации кислорода и микроорганизмов, скорости образования продуктов окисления, скорости потребления субстрата на поддержание жизнедеятельности (энергетический обмен), скорости отмирания бактерий, скорости образования автолизата и скорости образования инертной части биомассы ила. [c.173]

Известно, что образование многих антибиотиков и других вторичных метаболитов происходит более интенсивно при сниженном синтезе биомассы продуцента, часто при лимитации его роста недостаточным количеством в среде азота (Бехтерева, 1973). По этим вопросам существует обширная литература. Здесь обращаем внимание лишь на то, что биосинтез продуктов вторичного метаболизма способен выполнять функцию отвода повышенных количеств промежуточных продуктов и избыточной энергии, образующихся при прекращении размножения клеток. Поэтому различные факторы, воздействие которых ведет к торможению роста и размножению культуры без соответствующего ингибирования катаболизма энергетического субстрата, могут способствовать интенсификации процессов образования вторичных метаболитов (если этой способностью данный микроорганизм обладает). Интересно отметить, что мутантные штаммы микроорганизмов, являющиеся сверхсинтетиками того или иного вторичного метаболита, характеризуются, как правило, низкой скоростью роста и (или) образуют меньше биомассы по сравнению с исходным штаммом. [c.92]

Как и любой другой биологической системе, фотосин-тетичей<ому аппарату свойствен метаболический тип регуляции, основанный на изо- и аллостерическом активировании и ингибировании ферментов промежуточными и конечными продуктами метаболизма. Подобные механизмы участвуют, с одной стороны, в регуляции синтеза пигментов и кофакторов (НАДФ, ФАД), с другой — в работе темпового биохимического аппарата самого фотосинтеза (цикл Кальвина). [c.109]

Гетерогенность разных видов и клонов бактерий по магнитной восприимчивости определяется количественным соотношением в них диа- и парамагнитных соединений (Павлович, 1984, 1985 Павлович, Галлиулин, 1986 Галлиулин, 1986). Развивающиеся микроорганизмы не находятся в строгом равновесии с окружающей средой и являются неравновесными открытыми системами, т. е. в течение определенного времени в химическом составе клеток каких-либо изменений не происходит, хотя клеточные вещества постоянно и очень интенсивно обновляются. Кажущееся постоянство химического состава объясняется тем, что процессы обмена веществом и энергией между питательной средой и микробными клетками уравновешены. Отличаясь устойчивостью, метаболизм микробов в то же время характеризуется и значительной изменчивостью. Скорость катаболизма и биосинтеза структурных элементов в каждый момент определяется потребностями клеток, которые обычно обеспечиваются минимальными количествами вещества, что обусловлено наличием тонких механизмов регуляции обмена веществ и энергии. Самые простые из них, влияющие на скорость ферментативной реакции у бактерий, вызывают изменения концентрации водородных ионов, субстрата, появление ингибиторов или, наоборот, активаторов и т. д. Более сложным уровнем регуляции может быть ингибирование мультиферментных реакций конечным продуктом определенной метаболической последовательности регуляторных ферментов, катализирующих начальные звенья цепи биохимической реакции. Клеточный метаболизм, наконец, детерминируется генотипом, поэтому скорость синтеза ферментов и течение реакций у микроорганизмов высокоспецифичны. [c.81]

Если ингибирование происходит продуктами метаболизма, количество которых пропорционально биомассе Р=ах, то вместо зависимости [х(Р) можно записать зависимость [х(л ). Например, в случае формулы Хиншельвуда (3.10) такая замена приводит к упоминавшемуся выше закону Ферхюльста (см. (3.1)) [c.63]

Однако в первой фазе развития Р. hrysogenum на этой стадии биосинтеза может происходить ингибирование фермента гомоцитрат-синтетазы конечным продуктом метаболизма лизином, как это [c.360]

Часто оказывается, что ферменты, занимаюоще ключевые позиции в контроле метаболизма, ингибируются или активируются соединениями, не имеющими структурного сходства с субстратами или продуктами метаболических реакций. Во многих случаях имеются надежные доказательства того, что связывающие центры для субстрата и модификатора пространственно разделены. Это явление часто называют аллостерическим ингибированием или активацией, и оно имеет явное сходство с гиперболическим ингибированием или активацией. Однако аллостерические ферменты имеют и другие аномальные кинетические свойства (эти ферменты рассмотрены в гл. 7). Обсуждая вопросы контроля метаболизма, вместо термина модификатор часто используют термин эффектор , желая подчеркнуть то обстоятельство, что действие модификаторов имеет физиологическое значение. [c.94]

Е. соИ имеет только одну глутаминсинтетазу было показано, что in vitro фермент ингибируется всеми восемью конечными продуктами метаболизма глутамина (рис. 5.1), при этом на него не оказывает влияния ни один из 50—60 исследованных метаболитов [2]. Каждый из конечных продуктов метаболизма глутамина вызывает (даже в насыщающей концентрации) лишь частичное ингибирование, однако действие ингибиторов является аддитивным, поэтому в условиях избытка всех восьми конечных продуктов наблюдается почти полное ингибирование глутаминсинтетазы. Установление этого феномена, получившего название кумулятивного ингибирования по типу обратной связи, позволило сделать три вывода каждый ингибитор [c.109]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология