Принципы регуляции метаболизма

Наиболее гибким и широко распространенным способом контроля метаболизма в клетке является регуляция активности ферментов по принципу обратной связи. [c.11]

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]

Анализ поведения такой сложной системы, какой является растительная клетка, в экстремальных условиях невозможен без некоторой формализации представлений об ее устройстве и принципах регуляции метаболизма. Поэтому сосредоточим внимание на общих чертах и не будем отвлекаться на детали, свойственные отдельным специализированным видам клеток. [c.14]

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]

Вместе с тем в учебнике отражена роль биологической химии и как фундаментальной науки. В связи с этим представлен значительный объем формульного материала по химизму метаболических процессов (главы 18—26), механизмам регуляции метаболизма, основным принципам молекулярной биологии (главы 27—29). [c.3]

Участие множественных молекулярных форм ферментов в регуляции метаболизма можно проиллюстрировать на примере синтеза аминокислот у бактерий. У Е. соИ аспартаткиназная реакция предшествует синтезу трех аминокислот треонина, лизина, метионина. Имеются три изоэнзима аспартаткина-зы (АК-1, АК-2 и АК-3), которые по принципу обратной связи ингибируются соответствующими аминокислотами. Вообще регуляция метаболизма изоферментами основана на различии их некоторых свойств, влияющих на скорости каталитического процесса (табл. 6.2). [c.83]

ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА [c.46]

Во второй части рассматриваются биоэнергетика и метаболизм клеток- основное блюдо биохимии. После изложения принципов клеточной биоэнергетики следует детальное описание гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, транспорта электронов и окислительного фосфорилирования. Далее идут главы, в которых рассматривается катаболизм жирных кислот и аминокислот, а затем главы, посвященные биосинтетическим процессам и фотосинтезу. Подробно обсуждаются метаболические последовательности и принципы их регуляции. [c.8]

Регуляция такого рода необходима для сохранения строительных блоков и метаболической энергии. Первый пример этого важного принципа регуляции метаболизма был [c.242]

Главный механизм регуляции метаболизма-контроль количества некоторых ферментов. Этот механизм широко исследовался у бактерий. Регуляция скорости синтеза (3-галактозидазы и других белков, необходимых для использования лактозы, представляет собой классический пример, который детально рассматривается в гл. 28. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что регуляции подвержена также скорость расщепления некоторых ферментов. Регуляция метаболизма достигается и путем контроля каталитической активности определенных ферментов. Общий и важный механизм регуляции - обратимый аллостерический контроль. Например, во многих биосинтетических процессах имеет место аллостерическое ингибирование первой реакции конечным продуктом процесса это взаимодействие называют ингибированием по принципу обратной связи, или ретроингибированием. Активность некоторых ферментов модулируется также путем ковалентных модификаций, таких, как фосфорилирование специфического серинового остатка. [c.19]

Для изучения заболеваний, связанных с нарушениями метаболизма, и для разработки методов их лечения совершенно необходимо иметь представление о регуляторных процессах, осуществляющихся в клетках человека. В то же время регуляция на молекулярном уровне многих метаболических процессов у млекопитающих изучена недостаточно. Ясно, что регуляция метаболизма у млекопитающих существенно отличается от внешне сходных процессов у бактерий. Тем не менее мы все же рассмотрим эти вопросы именно для бактерий, поскольку это позволит нам охарактеризовать общие принципы регуляции, которые сохраняют свое значение и при изучении процессов регуляции у человека. [c.99]

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ ПУТЕЙ МЕТАБОЛИЗМА [c.212]

В ЭТОЙ главе рассматривается биосинтез аминокислот и некоторых молекул, которые из них образуются. Прежде всего мы рассмотрим реакции, приводящие к включению азота в состав аминокислот. Этот путь начинается с восстановления N2 до в клетках азотфиксирующих микроорганизмов. Затем NH4 включается в аминокислоты через глутамат и глутамин, два ключевых соединения азотистого метаболизма. Десять из основного набора двадцати аминокислот синтезируются из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот и других метаболических последовательностей с помощью несложных реакций. Мы рассмотрим эти биосинтетические пути и опишем биосинтез ароматических аминокислот и гистидина в качестве примеров аминокислот, синтезирующихся более сложным образом. На самом деле человек должен получать эти десять аминокислот с пищей, потому их и называют незаменимыми аминокислотами. В этих реакциях участвуют два весьма любопытных посредника тетрагидрофолят, многоцелевой переносчик одноуглеродных единиц трех степеней окисления, и 5-аденозилметионин, главный донор метильных групп. Еще одна важная сфера наших интересов-регуляция метаболизма аминокислот. На примере глу-тамин-синтетазы мы проиллюстрируем некоторые общие принципы регуляции. Конец настоящей главы посвящен синтезу и распаду гема. [c.230]

Общие принципы регуляции путей метаболизма 212 [c.378]

В поддержании упорядоченности, согласованности всех физиологических и метаболических процессов, свойственных любому животному организму, участвует около 100 гормонов и нейро медиаторов. Их химическая природа разная — это белки, полипептиды, пептиды, некоторые аминокислоты, производные аминокислот, стероиды, производные жирных кислот, некоторые нуклеотиды, эфиры и т. д. Естественно, что у ка>кдого класса этих веществ пути образования и распада разные. Их метаболизм сравнительно хорошо изучен и описан в учебных руководствах по биохимии и эндокринологии. Мы рассмотрим основные принципы регуляции этого метаболизма. [c.74]

Центральное звено биотехнологического процесса — живая клетка, в которой одномоментно синтезируется великое множество разнообразных соединений. В норме обмен веществ в клетке осуществляется по принципам строжайшей экономии, что обеспечивается сложнейшей системой регуляции обмена веществ. Задача биотехнолога состоит в обеспечении сверхсинтеза одного из продуктов метаболизма, что достигается как путем изменения генетической программы организма, так и посредством нарушения регуляторных систем метаболизма в нем. [c.33]

Настоящий справочник отличается от имеющихся тем, что в нем не только описана химическая структура и биологическая роль основных биохимических компонентов живой клетки, но и охарактеризованы пути метаболизма данных компонентов в живом организме. Он состоит из семи разделов, в каждом из которых в алфавитном порядке дана соответствующая тepминoлorиЯi В разделах Белки , Нуклеиновые кислоты , Углеводы , Липиды приведены структурные формулы и показана биологическая роль биохимических компонентов клетки, описаны и проиллюстрированы схемами основные пути распада и синтеза важнейших биологически активных молекул. В разделе Ферменты содержатся сведения о типах ферментативного катализа, скорости ферментативных реакций, единицах измерения ферментативных реакций, о принципах классификации ферментов, регуляции биосинтеза и активности ферментов. Раздел Витамины включает характеристику отдельных представителей водо- и жирорастворимых витаминов. Особое внимание уделено ферментным реакциям, в которых участвуют витамины, приведены данные о содержании витаминов в продуктах питания, о суточной потребности человека в витаминах, о применении витаминов и витаминных препаратов в медицинской практике, сельском хозяйстве и т. д. В разделе Гормоны -освещены достижения по биохимии пептидных, белковых и стероидных гормонов. Рассмотрены вопросы биосинтеза, механизм действия гормонов на молекулярном уровне, взаимодействие гормонов с [c.3]

Кроме ряда оперонов с их регуляторными генами бактерии обладают и другими механизмами регуляции белкового синтеза. Некоторые из них позволяют осуществлять регуляцию не по принципу все или ничего , а за счет постепенной аттенуации, т. е. снижения скорости синтеза белка. Механизмы, чувствительные к концентрации аммиака или других источников азота, дают возможность бактериям приспособить свое белковое хозяйство к скудным условиям существования. Из сказанного ясно, что бактерии обладают тончайшими механизмами регуляции синтеза своих ферментов, позволяющими им оптимизировать свой метаболизм в соответствии с принципом максимальной экономии. [c.960]

На современном уровне знаний об обмене веществ легко понять необходимость специфичности фермента как главного условия регуляции промежуточного метаболизма. Принимая этот принцип в целом, мы должны дополнить его изучением специфичности индивидуальных ферментов. [c.101]

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]

Регуляция метаболизма осуществляется различными путями. Количество некоторых лимитирующих ферментов контролируется скоростью синтеза и распада белка. Кроме того, каталитическая активность ряда ферментов регулируется аллостерическими взаимодействиями (как при ингибировании по принципу обратной связи) и ковалентными модификациями. Компартментация и разобщение путей биосинтеза и расщепления также вносят определенный вклад в регуляцию обмена веществ. Энергетический заряд, зависящий от относительных количеств АТР, ADP и АМР, также участвует в механизмах регуляции. Высокий энергетический заряд ингибирует процессы, связанные с генерированием АТР (катаболиче-ские пути), но стимулирует использование АТР (анаболические пути). [c.21]

Параметрическая регуляция в биологии менее изучена механизмы ее реализации являются предметом гипотез. Поэтому поводу уместно сделать ряд замечаний. Запись информации о параметрах не требует иного носителя помимо структурной информации, более того, она может быть наложена на информацию о структуре ферментов базового метаболизма. Принцип наложения информации уже давно известен и используется в искусстве и типографии. Например, на страницу текста можно нанести дополнительную информацию (практически не искажая текстовой). Для этого достаточно использовать буквы разного оттенка (или разного цвета). При определенном расположении цветов или оттенков на странице возникает картина, несущая иную, дополнительную информацию, которая может иметь (или не иметь) отношение к текстовой. [c.255]

Клинические и биохимические исследования показывают, что самый широкий спектр функций организма регулируется именно олигопептидами и пептидами, которые часто (и неточно) называются пептидными гормонами. Эффективные концентрации этих веществ в живой клетке столь низки, что не позволяют предполагать их количественное участие в метаболизме. П. К. Климов предложил сигнальный механизм пептидной регуляции по принципу камертон—резонатор при этом предполагается, что регуляторные пептиды (РП) выступают в роли камертона (Климов, Барашкова, 1993). Действие этого механизма в чем-то аналогично действию медиаторов нервной системы. Но если возникновение нервного импульса основано на электрохимическом воздействии на синаптическую мембрану, то фи-зико-химические механизмы сигнального действия пептидов на клеточную мембрану пока не до конца выяснены. Одновременное рассмотрение большого объема экспериментальных исследований с двух точек зрения — с точки зрения физико-химических свойств пептидов и с точки зрения регуляции отдельных физиологических функций организма — помешает в фокус внимания вопрос о корреляции строения и биологической активности пептидов. Медикобиологические исследования лечебного действия РП показали, что им свойствен особый вид регуляции — тканеспецифическая модуляция. Установленный к настоящему вре- [c.12]

Конкретными регуляторами внутриклеточных процессов могут служить фитогормоны, которые вырабатываются данными клетками или окружающими их другими клетками, или сами продукты реакций по принципу обратной связи (аллостерический эффект). Регуляция может осуществляться также путем транспорта в клетку продуктов метаболизма и их предщественников, ионов, путем изменения формы регулируемого фермента (конформаций). [c.90]

Организация работы этой системы будет поддерживаться и регулироваться не клеточной структурой, а чисто химической специфичностью ферментов. Однако живую клетку нельзя рассматривать как мешок с ферментами , в котором ферменты находятся в беспорядочном гомогенном состоянии. Живая клетка имеет сложное строение, и иногда ферменты не свободны, а локализованы в определенных внутриклеточных структурах. Эта топографическая организация, наряду с организацией на основе специфичности, обеспечивает дополнительный контроль над последовательностью реакции. Однако решающими в регуляции обмена должны быть механизмы, действующие на уровне ферментов. Механизмы более высокого порядка — нервные и гуморальные, развившиеся в связи с возникновением многоклеточно-сти, реализуются в основном на том же уровне и не могут быть окончательно расшифрованы без познания принципов регуляции ферментных реакций. Большинство биохимических процессов складывается из многочисленных рядов превращений субстратов, катализируемых отдельными специфическими ферментами. Такие ферментные системы можно рассматривать как основные функциональные един1щы метаболизма. [c.158]

В настоящее время не вызывает сомнений тот факт, что биологические мембраны играют ключевую роль в процессах приема, переработки и передачи информации в клетке, обеспечивающих согласованное протекание множества биохимических реакций целостного организма. Изучение молекулярных механизмов регуляции клеточного метаболизма с помощью внешних (первичных) и внутриклеточных (вторичных) сигналов (проблемы клеточной сигнализации) является предметом пристального внимания биофизиков, биохимиков, молекулярных биологов, иммунологов. Эта стремительно развивающаяся область мембранологии как комплексной научной дисциплины начала развиваться во второй половине XX века после открытия Е. Сазерлендом (Нобелевский лауреат, 1971) циклического аденозин-3,5-монофосфата (сАМР) и создания концепции вторичных сигналов (мессенджеров). Рассмотрим более подробно основные принципы функционирования систем получения и переработки информации в клетке. [c.64]

Очень мало известно о механизмах регуляции обмена аминосахаров (например, о торможении по принципу обратной связи). Однако имеются некоторые данные в пользу того, что регуляция метаболизма аминосахаров в клетке осуществляется с помощью активирования глюкозаминдезаминазы Н-ацетилглюкозамин-6-фосфатом, влияния АТФ на взаимопревращения глю- [c.288]

У прокариот основным способом регуляции экспрессии гена является, по-видимому, включение-выключение транскрипции, хотя в некоторых случаях вступают в действие другие механизмы, например аттенуация, терминация, антитерминация, контроль трансляции и регуляция метаболизма матричных РНК и белков. Подобно этому элементы, осуществляющие включение и выключение транскрипции, играют рещающую роль в регуляции экспрессии генов также у эукариот. От сплайсинга, особенно от его способа, зависит, какие именно образуются матричные РНК и соответственно кодируемые ими белки. Кроме того, имеются данные о регуляции при помощи аттенуации или терминации транскрипции, а также указания на то, что трансляция и метаболизм РНК тоже подвержены регуляции в процессе синтеза белков. Уникальные свойства эукариотических клеток и структура их генов и геномов обеспечивают дополнительные возможности для контроля передачи генетической информации. Например, полный транскрипт гена остается нефункциональным до тех пор, пока не будут правильно вырезаны входящие в него интроны. Далее транскрипты предщественники матричных РНК-должны быть модифицированы на 5 - и З -концах, а сами матричные РНК должны перейти из ядра в цитоплазму, прежде чем они смогут участвовать в трансляции. В принципе регуляция может осуществляться на каждом из этих этапов. [c.10]

Каким образом координируется сложная сеть метаболических реакций, чтобы она удовлетворяла потребностям целого организма В этой главе мы познакомимся с некоторыми основополагающими принципами интеграции метаболизма у млекопитающих. Мы начнем с того, что вкратце подытожим стратегию метаболизма и основные механизмы его регуляции. Затем взаимосвязь различных метаболических путей будет рассмотрена с помощью анализа потока вещества на трех важнейших перекрестках глюкозо-6-фосфат, пируват и аце-тил-СоА. После этого будут обсуждены различия в картине метаболизма в мозге, мышцах, жировой ткани и печени. Далее мы перейдем к основным гормональным регуляторам энергетического метаболизма-инсулину, глюкагону, адреналину и норадре-налину. Вслед за этим мы обратимся к самому важному аспекту метаболизма — регуляции концентрации глюкозы в крови. В последней части главы рассматривается замечательное явление приспособления метаболизма к продолжительному голоданию. [c.280]

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]

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]

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]

Сформулируйте принцип топодинамической регуляции клеточного метаболизма. [c.55]

Так или иначе, перефразируя известное изречение, можно утверждать если бы компартментализация кальциевых пулов не была продемонстрирована, ее (или компартментализацию других вторичных мессенджеров и белков-мишеней) необходимо было бы постулировать. Действительно, для регуляции метаболической и функциональной активности разнообразные клетки используют одни и те же принципы. В то же время показана универсальность основных регуляторных принципов для самых различных клеток. Нельзя, например, исключить, что фосфатидилинозитный метаболизм важен для жизнедеятельности всех организмов, включая растения и простейшие эукариоты. [c.115]