Пути метаболизма ключевые ферменты

Рис. 22.2. Ключевые ферменты, участвующие в регуляции гликолиза, глюконеогенеза и метаболизма гликогена в печени. Указанное на схеме место действия гормона не предполагает прямого влияния на соответствующий фермент. Влияние сАМР на фосфофруктокиназу-1 и на фруктозо-1,6-бисфосфатазу осуществляется путем сочетания ковалентной модификации и аллостерического эффекта (см. рис. 22.4). Аланин в высоких концентрациях ингибирует гликолиз на стадии, катализируемой пируваткиназой, и, таким образом, действует как сигнал глюконеогенеза .

Крупномасштабные изменения, влияющие на метаболизм всей клетки, могут быть достигнуты регуляцией ключевых ферментов. Например, особая схема регуляции по принципу обратной связи позволяет клетке переключаться с расщепления глюкозы на ее биосинтез, или глюконеогенез. Потребность в таком обращении метаболического пути бывает особенно острой как в периоды напряженных тренировок, когда необходимая для мышечного сокращения глюкоза синтезируется в клетках печени, так и во время голодания, при котором глюкоза для выживания организма должна образовываться из жирных кислот и аминокислот. Обычный распад глюкозы до пирувата в процессе гликолиза катализируется несколькими различными последовательно действующими ферментами. Большинство реакций, катализируемых этими ферментами, легко обращается, однако три из них (стадии 1, 3 и 9 ш. рис. 2-20) фактически необратимы. На самом деле процесс расщепления глюкозы [c.107]

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]

ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ Таблица 18.3. Ключевые ферменты основных путей метаболизма [c.437]

Основой периодичности всех жизненных функций у клеток и клеточных популяций могут быть процессы, ответственные за высокочастотные осцилляции у специфических типов клеток. Нестабильность в метаболических путях, ключевые ферменты которых подвержены аллостерическому регулированию различными продуктами и субстратами метаболизма, является причиной ритмических колебаний содержания самых разнообразных компонентов в цитоплазме клеток. Периодическое поступление пирувата в митохондрии, связанное с гликолитическими осцилляциями, обусловливает колебания продукции АТФ, что в свою очередь может изменять протекание энергозависимых процессов биосинтеза в клетке и скорость активного транспорта веществ через мембраны. [c.121]

Необходимо отметить, что все ключевые ферменты, участвующие в каком-либо пути метаболизма, активируются или ингибируются координированно, об этом свидетельствуют данные, представленные в табл. 22.1. Ферменты, участвующие в использовании глюкозы, т. е. ферменты гликолиза и ли- [c.214]

В этой главе мы в общих чертах рассмотрим функции различных витаминов как коферментов. В последующих главах мы узнаем, почему недостаток витаминов, а следовательно, и нарушение действия ферментов могут приводить к серьезным изменениям ключевых путей метаболизма углеводов, жиров и белков. [c.275]

В развитии энзимологии, этой бурно развивающейся отрасли биохимии, можно отметить несколько этапов. В первых работах основное внимание исследователей было сосредоточено на методах выделения ферментов, определении их специфичности и кинетики действия. Применение рентгеноструктурных методов послужило основой для изучения структуры и механизма действия ферментов и ознаменовало новый этап в развитии этого направления в биохимии. В последние годы самое большое внимание уделяется проблеме регуляции активности ферментов. Ей и посвящена небольшая по объему книга известного английского биохимика Ф. Коэна, рассматривающая один из сложнейших аспектов энзимологии — регуляторный. Известно, что высокая степень координации метаболических процессов, их согласованные изменения в ответ на сигналы, поступающие из окружающей среды,— все это достигается в результате эффективной регуляции активности ферментов, занимающих ключевые позиции на путях метаболизма. Именно ключевые ферменты определяют скорость последовательных реакций в цепи, и именно эти ферменты представляют поэтому особый интерес как мишени для физиологически активных веществ и лекарственных агентов. [c.5]

Исторически некоторые нарушения метаболизма аминокислот у человека сыграли ключевую роль в выяснении путей метаболизма аминокислот у здоровых людей. Многие из этих болезней являются редкими, и поэтому больщинство практикующих врачей с ними не встречается. Тем не менее эти нарушения представляют большой интерес для психиатров, педиатров, консультантов-генетиков и биохимиков. Они чаще всего проявляются у детей и нередко заканчиваются фатальным исходом в раннем возрасте при отсутствии соответствующего лечения могут вызывать необратимые изменения мозга. Необходимо, чтобы заболевание было диагностировано возможно раньше и сразу же начато (если возможно) соответствующее лечение. Поскольку активность ряда ферментов, имеющих отношение к рассматриваемым нарушениям метаболизма, тестируется в культуре клеток амниотической жидкости, диагноз можно установить еще до рождения путем амниоцентеза. В настоящее время лечение состоит в назначении диеты, бедной теми аминокислотами, катаболизм которых нарушен однако в перспективе возможны и более эффективные методы лечения. Например, можно пропускать кровь больного через колонку, в которой дефицитный фермент находится в иммобилизованном состоянии, компенсируя таким образом отсутствие или недостаточную активность фермента в организме. В перспективе с помощью метода рекомбинантных ДНК возможна корректировка генетических дефектов ( генная терапия ). [c.317]

Карты метаболических путей, которыми увешаны стены биохимических лабораторий, дают представление о том, как велико число ферментативных реакций, протекающих в живых клетках. Это характеризует масштаб проблем, с которыми постоянно сталкивается организм при регуляции путей метаболизма действительно, метаболиты должны поставляться в необходимое в данный момент место в нужном количестве и с наименьшими затратами энергии. В настоящее время ясно, что такая регуляция осуществляется главным образом благодаря наличию особых свойств у ряда ферментов, катализирующих ключевые метаболические реакции. [c.7]

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]

Открывая первый этап в метаболизме глюкозы —ее фосфорилирование, гексокиназная реакция занимает ключевое положение по отношению к важнейшим путям обмена углеводов гликолизу, биосинтезу гликогена и пентозофосфатному пути. Реализация функции ключевого фермента во многом зависит от способности гексокиназы к взаимодействию с митохондриальными мембранами. [c.374]

Другой необходимый этап работы, направленный на выявление какого-либо пути метаболизма, заключается в определении тех ферментов, которые отличают один путь от другого, т. е. являются ключевыми ферментами того или иного пути метаболизма. Разработаны методики определения ключевых ферментов, участвующих во многих классических путях диссимиляции углеводов, [c.436]

Как видно из рис. 24.11, фумарат под действием ферментов цикла трикарбоновых кислот превращается в оксалоацетат. Последний имеет ключевое значение, поскольку существует несколько возможных путей его превращения 1) он может подвергаться трансаминированию в аспартат 2) превращаться в глюкозу по пути глюконеогенеза 3) при конденсации оксалоацетата с ацетил-КоА образуется цитрат, т. е. могут инициироваться реакции цикла трикарбоновых кислот. Таким образом, между обоими циклами имеются сложные взаимосвязи, определяющие скорость реакций, зависящую от энергетических потребностей клетки и концентраций конечных продуктов метаболизма. [c.395]

Большинство изменений метаболизма прямо или косвенно зависит от изменения доступности субстратов. Колебания концентрации субстратов в крови, обусловленные изменением их содержания в поступающей пище, могут влиять на скорость секреции гормонов, что в свою очередь вызывает изменения относительных скоростей различных путей метаболизма (часто путем влияния на активность ключевых ферментов, в результате чего компенсируется изменение доступности субстрата). Среди механизмов, регулирующих активность ферментов, участвующих в углеводном обмене, можно выделить три группы (табл. 22.1) (1) изменение скорости биосинтеза ферментов (2) изменение активности фермента в результате ковалентной модификации (3) аллостерические эффекты. [c.214]

Подавляющее большинство важнейших биологических процессов протекает с участием ферментов, химические свойства которых рассматривают в курсах по биохимии. Ферменты играют ключевую роль в клеточном метаболизме, определяя не только пути превращения веществ, но и скорости образования продуктов реакций. Физические аспекты и механизмы ферментативного катализа подробно рассмотрены в гл. XIV, здесь же будут описаны кинетические свойства ферментативных реакций, которые определяют характер динамического поведения метаболических процессов. Характер ферментативных процессов допускает феноменологическое описание их кинетики с помощью систем дифференциальных уравнений, переменными в которых выступают концентрации взаимодействующих веществ субстратов, продуктов, ферментов. При этом достаточно использовать общие биохимические представления о последовательности событий в ферментативной реакции, не вдаваясь в физические детали механизмов, т. е. учитывать, что необходимым этапом ферментативного катализа является образование фермент-субстратного комплекса (комплекс Михаэлиса), а также использовать представления о регулировании ферментативных процессов ингибиторами и активаторами. [c.61]

Кроме того, медленный рост (время удвоения числа клеток 1—3 дн), длительный период выращивания (2—3 недели) в строго асептических условиях, чувствительность к механическим повреждениям, во многих случаях низкое содержание искомого продукта являются недостатками этого метода, ограничивающими его применение в промышленности. Это также предстоит преодолеть исследователям и технологам. Надо помнить, что кроме генетических подходов к созданию продуктивных, устойчивых к стрессам выращивания, быстрорастущих и быстро переходящих к синтезу продукта линий необходимо знание физиологических механизмов репрессии и активации ключевых ферментов различных путей. метаболизма. Правильное сочетание компонентов среды, двухэтапное культивирование клеток на средах для роста и для продукции (см. табл. 2) может увеличить количество продукта в клеточной культуре, полученной из растения, способного к данным синтезам. [c.27]

Биосинтез и расщепление почти всегда осуществляются различными путями. Например, путь синтеза жирных кислот отличается от пути их расщепления. Точно так же гликоген синтезируется и расщепляется в результате различных последовательностей реакций. Благодаря такому разделению пути синтеза и расщепления постоянно оказываются термодинамически выгодными. Чтобы какой-либо путь биосинтеза был экзергоническим, он должен быть сопряжен с гидролизом достаточного количества молекул АТР. Например, на превращение пирувата в глюкозу в процессе глюконеогенеза затрачивается на четыре высокоэнергетические связи Р больше, чем образуется в процессе превращения глюкозы в пируват в ходе гликолиза. Эти четыре дополнительные связи Р обусловливают экзерго-ничность глюконеогенеза при любых существующих в клетке условиях. Принципиально важная особенность метаболических путей состоит в том, что их скорость определяется не законом действующих масс, а активностью ключевых ферментов. Разделение путей биосинтеза и расщепления имеет особенно важное значение для эффективной регуляции метаболизма. [c.282]

Стероидные гормоны животных являются веществами эндогенного происхождения, т.е. их биосинтез протекает в самом организме из холестерина. Сложные системы специфических ферментов осуществляют деградацию боковой цепи и фуккционализацию циклического углеродного скелета. Ключевое положеь. е в иосинтезе занимает прогестерон 2.996. Все другие гормоны на многоступенчатом пути метаболизма холестерина проходят через стадию образования метаболита 2.996. В сокращенном виде биогенетические связи между стероидными гормонами показаны на схеме 68. [c.278]

Ковалентная модификация. Некоторые регуляторные ферменты контролируются не только аллостерически, но и с помощью ковалентной модификации. Например, фосфорилирование повышает каталитическую активность гликоген-фосфорилазы и снижает активность гликоген-синтазы. Эти ковалентные модификации катализируются особыми ферментами. Еще один пример - глутамин-синтетаза, активность которой снижается при ковалентном присоединении остатка АМР. И в этом случае присоединение и отщепление модифицирующей группы катализируется специальными ферментами. Зачем же используется ковалентная модификация наряду с нековалентной аллостерической регуляцией Ковалентная модификация ключевых ферментов метаболизма - заключительная стадия каскада реакций, усиливающего сигнал. Благодаря этому метаболический путь может быстро включаться и выключаться под действием очень слабых сигналов, как это показано на примере стимулирующего влияния адреналина на расщепление гликогена. [c.283]

ТИКИ не могут обеспечить такой контроль активности ферментов, который необходим для регуляции метаболизма. Напротив, многие ферменты, занимающие ключевые позиции в метаболических путях, обладают исключительно высокой чувствительностью к изменениям концентраций метаболитов. Это свойство ферментов обычно называют кооперативностью, потому что предполагается, что во многих случаях оно связано с кооперативным взаимодействием активных центров в молекулах полимерных ферментов . В этой главе рассмотрены основные теории, предложенные для объяснения кооперативности. [c.164]

Наиболее быстрым, точным и тонким механизмом регуляции активности ферментов является регуляция, которой подвергается определенный тип ферментов, получивших название ал л остер и чески х. Эти ферменты, как правило, занимают ключевые позиции в обмене веществ, располагаясь в стратегических пунктах клеточного метаболизма — начале метаболических путей или местах разветвлений, где расходятся или сходятся несколько путей. [c.115]

Есть мнение (А.М. Безбородов), что действие А-фактора на микробную клетку связано с индуцированием синтеза ингибитора, специфически подавляющего активность фермента глюкозо-6-фосфат-дегидролазы. Это ключевой фермент в переключении метаболизма глюкозы с гликолитического на пентозофосфатный путь. [c.228]

С помощью Са + или путем фосфорилирования или обоими способами одновременно осуществляется регуляция целого ряда ключевых ферментов метаболизма к их числу относятся гликогенсинтаза, глицерол-З-фосфат—-дегидрогеназа, пируватдегидрогеназа, пируваткиназа и пируваткарбоксилаза. Остается не ясным, прямо ли участвует в этой регуляции кальмодулин или же основная роль принадлежит недавно открытым протеинкиназам (Са +/каль-модулин-зависимой либо Са +/фосфолипид-зави-симой). [c.168]

Первичная атака Биохимические превращения ксенобиотика, доступного для ферментных систем клетки, начинаются с его первичной атаки. Последующая последовательная трансформация органического ксенобиотика в одно из соединений, вступающего затем в основные (центральные) пути катаболического или анаболического обмена, происходит в ходе так называемого подготовительного (периферийного) метаболизма. Микроорганизмы под воздействием ферментов переводят природные и синтетические вещества в так называемые ключевые соединения (фосфорилиробан-ные углеводы, пируват, глюконат, интермедиаты цикла трикарбоновых кислот, жирные кислоты, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, пирокатехин и др.) - вещества, из которых синтезируются необходимые компоненты клетки и извлекается необходимая энергия. Превращение синтетического соединения с помощью ферментов, не относящихся к ферментам подготовительного метаболизма, - крайне редкое явление. [c.312]

Митохондрии играют ключевую роль в метаболизме гликолата, так как в них находятся те ферменты, которые осуществляют декарбоксилирование глицина, ведущее к образованию серн-иа и СОа. Поэтому выделение СОа, которое связаио с фотоды-ханнем, происходит в этой органелле. Синтез гликолата и его дальнейший метаболизм определяются отдельными реакциями гликолатного пути, которые происходят в хлоропластах, пероксисомах и митохондриях, и, следовательно, для него необходим интенсивный перенос метаболитов из органеллы в органеллу. [c.417]

На примере гликолитических ферментов Э. Фёршт показывает, что эволюция ферментов происходила в сторону увеличения отношения кса /Км. (для эволюционно совершенного фермента оно составляет 10 — 10 М -с ) и достижения такого значения /См, которое численно превышает физиологическую концентрацию субстрата. Исключение составляют аллостерические ферменты, занимающие ключевые позиции в метаболических путях и выполняющие важные функции в регуляции скорости процессов метаболизма. Таким образом, анализ каталитической эффективности ферментов следует проводить дифференцированно, с учетом функций, выполняемых ими в живой клетке. [c.5]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология