Контроль метаболических процессов

Объективность индекса цитотоксичности зависит от линейной зависимости между числом клеток и исследуемым признаком цитотоксичности наличие линейности следует устанавливать во всех тестах на цитотоксичность. В исследованиях на клонооб-разование линейность может нарушаться при низкой плотности эффективность клонирования повышается благодаря наличию в среде кондиционирующих факторов при высокой плотности — понижается из-за истощения питательных веществ. В опытах по определению цитотоксичности отклонения от линейности при высокой плотности клеток могут быть обусловлены зависящим от плотности подавлением соответствующего метаболического процесса при малом числе клеток причиной отклонения от линейности может быть предел чувствительности опыта. Это приводит иногда к появлению кажущейся стимуляции при низкой концентрации лекарств и к завышению оценки гибели клеток при высокой концентрации лекарств. Следовательно, число клеток в контроле к концу испытания должно попадать на линейный участок кривой. При высоком уровне гибели клеток точность измерения зависит от диапазона, в котором эта линейность сохраняется от точности измерения зависит также и количество погибших клеток. Если результаты отложены в логарифмической шкале, это означает, что опыт обеспечивает точные результаты при гибели 3—4 порядков клеток. Это следует подтвердить, прежде чем прибегать к такому способу выражения результатов. Особое значение это имеет при исследовании действия комбинаций лекарств in vitro, когда синергизм или аддитивность часто проявляются после снижения количества клеток на два порядка. [c.294]

Ферментный контроль обеспечивает регуляцию большинства физиологических функций организма. Ингибиторы ферментов, как правило, или сильные яды, или сильные лекарственно активные вещества. Например, ацетилсалициловая кислота, или аспирин, — это эффективный ингибитор ферментов, которые синтезирует простагландины — весьма важные биологические регуляторы. Непосредственно сами ферменты находят в настоящее время применение в терапии некоторых заболеваний 3) принципиально важные работы в настоящее время ведутся в области выяснения молекулярной природы иммунного ответа. В процессе эволюции наш организм приобрел способность бороться с проникающими в него чужеродными клетками, чужеродными белками. Иммунология и иммунохимия в настоящее время переживают бурный расцвет, и мы являемся свидетелями появления новых вакцин, иммуностимуляторов, иммунодепрессантов. Регуляция иммунной реакции —один из наиболее ярких примеров достижений биологической химии в медицине 4) все большее внимание в последние годы начинает привлекать рецепторный уровень регуляции физиологических ответов организма. Если предшествующие этапы внедрения химии в биологию и медицину были связаны в основном со случайным поиском новых веществ, то настоящее время характеризуется все более глубоким проникновением в регуляторные химические механизмы физиологических ответов клетки. В различных клетках нашего организма можно вызвать те или иные ответы путем воздействия на специфические клеточные рецепторы, понимающие и чувствующие химические сигналы, заданные структурой вводимого соединения. Это высокоэффективные регуляторные механизмы, позволяющие в ряде случаев весьма тонко повлиять на метаболические процессы в клетке. Пока мало известно о структуре и природе рецепторов. Это определяется в основном тем, что клетка содержит весьма мало рецепторов. Однако объем химической информации о клеточных рецепторах непрерывно растет, и мы являемся свидетелями появления новых лекарственных соединений, созданных на основе этой информации. [c.199]

Количество определенного фермента, имеющееся в клетке, может регулироваться на различных этапах образования этого фермента и, конечно, на этапе его разрущения. В иерархии процессов метаболического контроля наиболее сложный механизм регулирования концентрации ферментов связан с процессами активации и репрессии генов. Специфические химические сигналы могут инициировать или блокировать транскрипцию определенного участка ДНК в информационную РНК (мРНК) в зависимости от того, будет ли данный сигнал индуктором или репрессором соответственно. Регуляция на уровне генов может вести 1) к увеличению или уменьщению количеств тех или иных ферментов, 2) к изменению типов ферментов, имеющихся в клетке, и 3) к изменению относительного содержания в ней различных вариантов данного фермента (изоферментов), которые, катализируя одну п ту же реакцию, могут различаться ио своим каталитическим свойствам. [c.16]

Необходимость контроля метаболических процессов [c.162]

Целесообразность такой системы контроля метаболических процессов очевидна. При достаточном количестве питательных веществ, в клетке будет содержаться избыточное количество АТФ, а содержание АМФ и (или) неорганического фосфата будет пониженным. Таким образом, коферменты, используемые для окисления питательных веществ, будут находиться в восстановленной, а не в необходимой окисленной форме. И наоборот, если клетка использует достаточное количество АТФ для биосинтетических реакций, мускульной работы и т. д., содержание АДФ и неорганического фосфата повышается, происходит окислительное фосфорилирование и восстановленные коферменты подвергаются реокислению. В свою очередь присутствие окисленных коферментов допускает дальнейший окислительный метаболизм питательных веществ. [c.162]

Известно также, что метаболизм фруктозы по гликолитическому пути в печени происходит гораздо быстрее, чем метаболизм глюкозы. Для метаболизма глюкозы характерна стадия, катализируемая фосфофруктокиназой-1. Как известно, на этой стадии осуществляется метаболический контроль скорости катаболизма глюкозы. Фруктоза минует эту стадию, что позволяет ей интенсифицировать в печени процессы метаболизма, ведущие к синтезу жирных кислот, их эстерификацию и секрецию липопротеинов очень низкой плотности в результате может увеличиваться концентрация триглицеридов в плазме крови. [c.555]

Энгель [73] показал, что поскольку отложение кремнезема в специфических тканях растения поддается четкому контролю, он должен вступать в определенный метаболический процесс, в который должны быть вовлечены также и органические соединения кремнезема. [c.275]

В связи с изучением метаболических процессов при помощи изотопов необходимо располагать методами, позволяющими изолировать каждую аминокислоту с высокой степенью чистоты и из всех видов биологических материалов. Необходимы также специальные методы для контроля чистоты препаратов аминокислот. [c.47]

Авторы установили также, что после заражения повышается активность каталазы, полифенолоксидазы, аскорбатоксидазы, цито-хромоксидазы, аконитазы, дегидрогеназы, фосфогексоизомеразы, но, как правило, активность указанных ферментов резко возрастает в местах проникновения вируса и вокруг них. На значительном расстоянии от некрозов активность многих из перечисленных ферментов равна контролю, а также активность не превышает контроль в верхних листьях, обладающих вирусиндуцированной устойчивостью. При сверхчувствительной реакции растения-хозяина на вирусное поражение может возрастать активность и таких ферментов, как глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа, фенилаланин-аммиак-лиаза, гидрокси-лаза 4-коричной кислоты, о-метил-трансфераза кофейной кислоты, рибо-нуклеаза, кислая фосфатаза [Loon, 1982]. Этот перечень ферментов, повышающих свою активность при вирусном поражении, свидетельствует о том, что начало инфекционного процесса связано с нарушением очень многих метаболических процессов. [c.39]

Для всех организмов характерно единство метаболических процессов, которые подвержены непрерывному нейроэндокринному контролю, осуществляемому путем регуляции синтеза и изменения активности ферментов. [c.538]

Скорость метаболических процессов зависит как от количества, так и от каталитической эффективности участвующих в них ферментов. Регуляция образования фермента путем индукции и репрессии и регуляция распада фермента, вероятно, не способны осуществить быстрое изменение количества фермента, поэтому данные формы контроля часто дополняются регуляцией активности уже существующих молекул фермента. Нередко такая регуляция осуществляется по принципу обратной связи, при котором конечный продукт реакции действует как ингибитор ферментов, катализирующих начальные стадии в цепи реакций, приводящих к его образованию. [c.120]

Секретом большинства производственных процессов с участием микроорганизмов, о которых говорится в этой главе, является изменение условий среды именно за счет этого достигается синтез избыточных количеств желаемого продукта. Необходимого дисбаланса метаболизма можно добиться путем эмпирического изменения таких факторов, как концентрация субстрата, pH, концентрация продукта, или же путем установления критических уровней содержания других веществ (ионов, металлов, органических добавок) в среде. При переводе биологических процессов образования аминокислот на коммерческую основу были выработаны новые способы желаемых изменений метаболизма у организмов-продуцентов, направленных на увеличение выхода промежуточных продуктов, образование которых в иных условиях находится под строгим метаболическим контролем. [c.147]

Особенности протекания метаболических процессов в нейрональных и нейроглиальных клетках наиболее отчетливо проявляются при изучении активности ферментных систем, под контролем которых они находятся. Ранние работы по исследованию активности ферментов в обогащенных фракциях нейронов и нейроглии показали, что активность таких дькательных ферментов, как цитохромоксидаза (1.9.3.1), НАД-Н2-депвдроге-наза, сукцинатдегидрогеназа (1.3.99.1) и малат-дегидрогеназа (1.1.1.37) значительно выше в глиальных, по сравнению с нейрональными, клетках. Позднее эти выводы получили подтверждение при изучении митохондриальных ферментов нейронов и нейроглии. [c.200]

Скорость или степень превращения углеводного субстрата в полимерный продукт можно увеличить путем повышения удельной активности участвующих в синтезе ферментов, изменения механизмов регуляции синтетического процесса или увеличения доступности предшественников полисахарида. Число ферментативных стадий биосинтетического процесса зависит от сложности данного полимера, и любая попытка увеличить выход полимера должна быть основана на ясном представлении о данном биосинтетическом пути и механизмах его метаболического контроля. В настоящее время выход увеличивают путем отбора случайных мутантов. Скорость потребления субстрата можно повысить путем дупликации генов, продукты которых участвуют в формировании механизмов поглощения, но такой способ не обязателен, если у данного организма имеется несколько путей транспорта для каждого субстрата. [c.232]

Вопрос о связи между действием фосфофруктокиназы и фруктозо-1,6-дифосфатазы [уравнение (11-19), стадия г рис. 11-11] остается нерешенным. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется и дает фруктозодифосфат, который в свою очередь гидролизуется, вновь превращаясь в фруктозо-6-фосфат. В результате получается бесполезный цикл (часто называемый бессмысленным циклом или субстратным циклом), который по существу ничем не завершается, кроме расщепления АТР до ADP и Р (АТРазная активность). Циклы этого типа часто встречаются в метаболизме, однако обычно они не приводят к гибельно быстрой потере АТР из-за четкого контроля метаболических процессов. В принципе в данный момент времени полностью активируются только один из двух ферментов, катализирующих стадию г [уравнение (11-19)]. В зависимости от метаболического состояния клетки может активно протекать процесс распада при небольшом биосинтезе или активный процесс биосинтеза при слабом распаде. Некоторые из механизмов контроля показаны на рис. 11-11. Содержание АТР и АМР играет при этом наиболее важную роль—низкая концентрация АМР включает киназу и выключает фосфатазу. У разных видов ингибирующее действие по типу обратной связи может оказывать АТР, РЕР или цитрат. Не исключено, что в будущем будут обнаружены новые механизмы регуляции фруктозо-1,6-дифосфатазой. [c.513]

Так, если в рацион нормального животного вводить больщое количество белка, то увеличивается количество выделяемой им мочевины. Если же у животного удалить печень, то оно может прожить несколько дней при условии, что из рациона будут исключены белки. Но если в пищу животных с удаленной печенью добавить белки, то такие животные быстро погибнут. Дело в том, что в почках происходит образование аммиака из аминокислот, а печень переводит этот аммиак в мочевину. Поэтому животное, лишенное печени, умирает от интоксикации большими количествами аммиака. Дальнейшим расширением этого экспериментального подхода явился метод получения хирургическим путем изолированных органов, жизнедеятельность которых поддерживается с помощью перфузии их кровью, плазмой или синтетическим раствором, приближающимся по составу к нормальной крови. Деятельность сердца имитировали насосами, с помощью которых, кроме того, перфу-зионный раствор насыщали кислородом. Перфузия и теперь еще является ценным методическим приедюм, но сейчас ее больше используют при изучении контроля метаболических процессов, а не при изучении метаболических путей. Однако в последнее время при изучении глюконеогенеза в печени крыс было установлено, что метод перфузии имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием срезов печени [16]. При работе со срезами печени скорость синтеза глюкозы из таких субстратов, как сукцинат, малат, глу-тамат и аспартат, обычно очень низка. При использовании же перфузированной печени скорость синтеза глюкозы превышала максимальную скорость у нормального животного. В результате опытов с перфузией было показано, что в печени происходит количественное превращение аммиака в мочевину и образование ацето-уксусной кислоты из жирных кислот, содержащих четное число атомов углерода. [c.17]

Третий уровень регуляции —генетический контроль, определяющий скорость синтеза ферментов. Скорость метаболического процесса зависит от концентрации активной формы каждого фермента, а она определяется соотношением скоростей синтеза и распада фермента. Скорость синтеза фермента сильно варьирует в зависимости от условий. Ферменты, которые всегда присутствуют в клетке в более или менее постоянных количествах, называются конститутивными. Ферменты, синтезирующиеся в ответ на появление в среде соответствующего субстрата, называются адаптивными, или индуцибельными. Гены, контролирующие синтез адаптивных ферментов, обычно находятся в состоянии репрессии и дерепреСсируются только при наличии индуктора. Иногда происходит репрессия или индукция одновременно целой группы, ферментов, что связано с закодированием этой группы ферментов в ДНК набором последовательно расположенных генов — опероном. Все гены, входящие в состав данного оперона, репрессируются и дерепрессируются одновременно, или координированно. [c.124]

Одним из наиболее перспективных новых путей использования изотопа С является так называемый диагностический контроль дыхания (Diagnosti Breath Test — DBT). Суть теста DBT весьма проста (подробнее см. Гл. 18) природное (около 1 %) содержание изотопа С обогащается до высокого уровня (до 99%) и вводится в пищевую субстанцию. После ряда метаболических процессов в различных органах обогащённый изотоп выделяется в виде выдыхаемого пациентом углекислого газа СО2, который собирается и анализируется с помощью спектрометра. Различные субстраты, подвергающиеся метаболизму в определённых органах, маркируются изотопом С. Скорость выделения и количество углекислого газа, помеченного изотопом С, связаны с активностью метаболических процессов в организме. Исследование этих параметров открывает возможность давать определённые заключения [c.13]

Фостер в 1980 г. показал, что если растения табака сорта Ксанти нк более чем за один день до появления некрозов перенести в условия с повыщенной температурой, то в этих условиях некрозы не развиваются. Однако если растения из одних условий перенести в другие только за один день до появления пятен, то некрозы развиваются, но будут мельче, чем в контроле, и их дальнейший рост останавливается (Foster, 1973 цит. по [Harrison, 1982]). Следовательно, пока некрозы не сформированы, индуцируется повышение активности пероксидазы, идет аккумуляция и окисление фенолов в местах заражения. После перенесения растений в условия с повышенной температурой резко возрастает каталитическая деятельность фермента пероксидазы, происходит интенсивное превращение фенолов в хиноны и идет быстрее процесс локализации вируса. Достоверное увеличение активности пероксидазы регистрируется через 24 ч после инфицирования сверхчувствительных растений. Итак, вначале действует индуктор, затем активизируется деятельность ферментных белков, среди которых одно из основных мест занимает пероксидаза. При изменении температуры меняются скорость локализации вируса и проявление индуцирующего фактора, определяющего последующий ход метаболических процессов. [c.96]

В недавно вышедшей работе Гаспара и др. [Gaspar et al., 1985] приведена интересная и весьма оригинальная схема участия фермента пероксидазы в различных метаболических процессах. Эта схема дает наиболее полное представление об участии кислых и основных изопероксидаз в ответных реакциях на стрессовое состояние растительного организма. Авторы обобщили свои и литературные данные многих исследователей и сделали вывод о двух ступенях взаимозависимого контроля щелочными и кислыми пероксидазами при ответе растений на различные физикохимические и биологические воздействия. При этом любой стресс индуцирует деполяризацию клеточной мембраны, в результате чего изме- [c.102]

Оценивая относительное значение каждого из основных метаболических превращений, в которых участвует пировиноградная кислота, необходимо подчеркнуть важную роль именно пируватдегидрогеназной реакции. Активность остальных ферментов, конкурирующих за пируват в митохондриях и вовлекающих этот субстрат в дальнейшие метаболические превращения, значительно ниже. Подробнее особенности контроля над процессом окислительного декарбоксилирования пирувата в [c.163]

Очевидно, что метаболические процессы во всех живых организмах должны очень четко контролироваться, чтобы обеспечить строго направленные изменения, избежав при этом катастрофического срыва в направлении к состоянию термодинамического равновесия. Однако ферменты, имеющие рассмотренные в предыдущих главах кинетические свойства, вряд ли способны в должной мере обеспечить подобный контроль. Имеет смысл поэтому предварительно обсудить одну из важных стадий метаболизма — взаимное превращение фруктозо-6-фосфата и фруктозо-1,6-дифосфата—и выяснить, какими кинетическими свойствами должны обладать регулируемые ферменты. Для превращения фрзт тозо-6-фосфата в фруктозо-1,6-дифосфат требуется АТФ [c.162]

Механизмы, посредством которых клетки и целые организмы координируют и регулируют весь набор метаболических процессов, представляют интерес для ученых, работающих в самых разных областях биомедицинских наук. Сюда можно отнести проблемы канцерогенеза, сердечно-сосудистых заболеваний, старения, физиологии микроорганизмов, дифференцировки, метаморфоза, действия гормонов и лекарственных препаратов. Во всех этих областях наблюдаются примеры нарушений регуляции работы ферментов, имеющие важное медицинское значение. Например, изучение экспериментальных опухолей показывает, что во многих раковых клетках наблюдаются нарушения регуляции, приводящие к изменению пропорций при образовании ферментов (отсутствие их индукции или репрессии). Это подтверждает хорошо известное положение, согласно которому одним из фундаментальных признаков раковых клеток является нарушение системы генетического контроля. Или другой пример некоторые он-когенные вирусы содержат ген, кодирующий тирози-новую протеинкиназу когда эта киназа экспрессируется в клетках хозяина, она фосфорилирует многие белки и ферменты, которые в норме не фосфори-лированы, что приводит к серьезным изменениям клеточного фенотипа. Изменения подобного характера, по-видимому, лежат в основе целой категории клеточных трансформаций, вызываемых онкогенны-ми вирусами. И наконец, последняя из упомянутых [c.98]

Возможно, что в силу этих причин основная функция стероидных и тиреоидных гормонов в организме сводится не к регуляции метаболических реакций, а к контролю над процессами роста, развития и дифферен-цировки. [c.60]

Все приведенные выше доводы в пользу увеличения Км молчаливо подразумевали, что при этом максимизируется скорость реакции. Хотя для большинства ферментов это действительно так, иногда на первый план выступают регуляторные функции фермента, а не обеспечение высокой скорости реакции. Все метаболические процессы регулируются. Регуляция обычно осуществляется с помощью контроля активности ряда ключевых фер-ментов. Активность этих ферментов, как правило, регулируется путем изменения Км соответствующих субстратов через алло-стерическое воздействие на них. Эти Кш для ключевых ферментов относятся к регуляции, и к ним не всегда применимы положения, рассмотренные в предыдущем разделе. [c.306]

Процесс новообразования ароматических аминокислот идет через шикимовую и хоризмовую кислоты. Метаболическим предшественником триптофана служит антраниловая кислота, которая возникает из хоризмовой кислоты под действием антранилат-синтетазы. Триптофан оказывает ингибирующее действие на ант-ранилатсинтетазу, поэтому для обхода метаболического контроля синтез фермента индуцируют ступенчатым введением предшественника — антраниловой кислоты (0,1 —0,3 %) [c.48]

Какими же факторами определяется скорость функционирования цикла трикарбоновых кислот Как и в других важнейших метаболических путях, работает несколько разных механизмов контроля, причем в различных условиях скорость лимитируется разными стадиями процесса [18] Главными факторами являются 1) скорость поступления ацетильных групп (которая в свою очередь может зависеть от наличия свободного неацилированного СоА) 2) наличие оксалоацетата и 3) скорость реокисления NADH в NAD+ в цепи переноса электронов (гл. 10). Обратите внимание (рис. 9-3), что ацетил-СоА служит по-лом<ительным эффектором для превращения пирувата в оксалоацетат. Таким образом, ацетил-СоА включает процесс образования соединения, требующегося для его собственного метаболизма. В отсутствие пирувата функционирование цикла может затормозиться из-за недостатка оксалоацетата По-видимому, именно так и происходит в тех случаях, когда в печени метаболизируются высокие концентрации этанола Последний окисляется в ацетат, но не может превратиться в оксалоацетат. Накапливающиеся ацетильные группы превращаются в кетоновые тела, которые, однако, медленно окисляются в цикле. Аналогичная проблема возникает при метаболизме жирных кислот в условиях нарушения углеводного обмена, например в случае диабета (дополнение 11-В). [c.324]

Необходимым условием роста и развития живых организмов любого уровня организации является регулируемая ими самими сбалансированность процессов клеточного метаболизма. При этом с одной стороны, гармонично сопряжены скорости разрушения отдельных клеточных структур и биополимеров с синтезом клеточных материалов de novo. А с другой - обеспечен баланс обмена веществ между организмом и средой окружения. Основные закономерности регуляции метаболической активности у организмов различной степени сложности (эволюционной) принципиально одинаковы. Однако у одноклеточных, не имеющих сложной тканевой цитодифференцировки и многофакторной системы гуморальной регуляции, они не имеют такой множественности уровней метаболического контроля, как у многоклеточных. Поэтому для выявления общих, базовых принципов клеточной регуляции часто используют модели микроорганизмов. [c.72]

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]

Репрессия под действием конечных продуктов характерна для процессов биосинтеза (анаболизма) аминокислот, витаминов, пуринов и пиримидинов индукция же, как правило, имеет место при распаде (катаболизме) источников углерода и энергии Совершенно очевидно, что регуляция необходима для обеспечения экономичности работы белоксинтезирующей системы. Синтез ферментов любого метаболического пути включается или выключается в зависимости от того, сколь велика в данный момент потребность клетки в этом пути. Зачем синтезировать белки, если они не нужны Особенно ярким примером того, как с помощью индукции и репрессии обеспечивается строгий контроль над синтезом определенной группы белков, может служить регуляция образования ферментов, катализирующих распад миндальной кислоты (точнее ее солей — манделатов) у Pseudomonas. Ниже приведена предполагаемая последовательность реакций распада. [c.536]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология