Ферментативный каскад

Рис. 19-54. Каскад ферментативных реакций, приводящий к возникновению рецепторного потенциала после поглощения одного фотона палочкой, адаптированной к темноте Расходящимися стрелками

С биохимической точки зрения свертывание крови и образование сгустка представляют собой каскад ферментативных реакций, осуществляемых группой специальных белков (белковых факторов). В цепи последовательных превращений каждый образовавшийся фактор вызывает активацию следующего по принципу профермент- - фермент, так что небольшие количества того или иного фактора на начальных этапах процесса вызывают лавинообразное усиление на последующих стадиях и, как результат, быструю ответную реакцию на травму. Внутренний и внешний пути свертывания различаются лишь иачвльными стадиями, а затем они сливаются в единый, общий путь свертывания (рис. 131) (Р. Макфер-лан, 1965—1966). Внутренний путь свертывания крови реализуется при адсорбции фермента калликреина и высокомолекулярного кининогена на поврежденной поверхности эндотелия сосудов или на какой-либо инородной поверхности (стекло, керамика и др.). Прн запуске внутреннего пути фактор XII (известный также под иазввнием фактора Хагемана) расщепляется калликреином. Это расщепление осуществляется двумя путями — с образованием фак- [c.231]

Консерватизм рецепторных систем. Количественные характеристики ферментативных звеньев клеточного ответа внутри данной группы индивидуумов мало отличаются друг от друга. Таким образом, отличие в реакции различных живых организмов на одно и то же лекарственное воздействие в первую очередь будет связано с изменением свойств рецепторов, а не свойств ферментативного каскада усиления и проведения рецепторного сигнала. [c.369]

Если пренебречь поправочными факторами, учитывающими природное содержание отдельных аминокислот [144, 145], последовательность Asp-Asp-Asp-Asp-Lys встречается один раз на 20 комбинаций. Это показывает, что уникальная аминокислотная последовательность более надежна в качестве места специфичного опознания белка, чем какая-либо уникальная особенность третичной структуры, а надежность весьма существенна дая любого инициатора ферментативного каскада. [c.75]

Теперь мы обратимся к краткому рассмотрению того, как описанные фотохимические изменения превраш,аются в электрический импульс, который стимулирует мозг. Существуют доказательства, что одиночный квант света может вызвать раздражение палочки сетчатки. Однако поглощение одного кванта еще не создает эффекта зрения. Для этого требуется попадание нескольких квантов (согласно разумной оценке, от двух до шести квантов) в одну и ту же палочку в течение относительно короткого временного промежутка. Но даже в этом случае процесс весьма эффективен, а энергия конечной реакции существенно превосходит энергию, поглощенную зрительным пигментом. Поглощение света инициирует цепь реакций, черпающих энергию из метаболизма. Тем самым зрительное возбуждение является результатом усиления светового сигнала, попадающего в сетчатку. Фоторецептор служит биологическим эквивалентом фотоумножителя, который преобразует кванты света в электрический сигнал с большим усилением и низким шумом (см. гл. 7). И фоторецептор, и фотоумножитель достигают большого коэффициента усиления с помощью каскада стадий усиления. Зрительные пигменты представляют собой интегральные мембранные белки, которые находятся в плазме и мембранах дисков внешнего сегмента фоторецептора. Фотоизомеризация ретиналя вызывает серию конформационных изменений в связанном с ним белке и тем самым образует или раскрывает ферментативный активный центр. Следует каскад ферментативных реакций, которые в конце концов дают нервный импульс. Электрический ответ начинается с кратковременной гиперполяризации, вызванной закрытием нескольких сотен натриевых каналов в плазматической мембране. Таким способом молекулы-посредники (мессенджеры) передают информацию от диска рецептора к мембране плазмы. Вероятным кандидатом на роль мессенджера является богатый энергией циклический фосфат цГМФ (гуанозин-3, 5 -цикломонофосфат), возможно, в сочетании с ионами Са +. Было показано, что катионная проводимость плазматических мембран палочек и колбочек прямо контролируется цГМФ. Таким образом светоиндуцированные структурные изменения диска активируют механизм преобразования, который сам генерирует потенциал, распространяющийся по плазматической мембране. В настоящее время детали механизмов преобразования и усиления продолжают исследоваться. Была предложена схема, основной упор в которой делается на центральную роль фосфодиэстеразы в процессе контроля за кон- [c.241]

Отщепление фрагментов от коллагена после его обработки и транспортировки в виде растворимого предшественника Активация протеазы в соответствующее время и в физиологически обусловленном месте Защитная триггерная система многих проферментов усиление отклика с использованием каскада ферментов контроль на каждом уровне каскада Защитная триггерная система по меньшей мере из 18 сывороточных белков серией специфически протеолитических реакций ограничивается действие комплемента во времени и пространстве. Растворимые белки присоединяются к мембране Протеаза пораженной клетки выделяет летальный фрагмент токсина, обладающий ферментативной активностью [c.73]

Каскад ферментативного фосфорилирования [c.285]

Интересен механизм биологического действия антибиотика 6.639. В организме теплокровных хиноновое ядро его подвергается сначала ферментативному восстановлению до гидрохинона, который можно сокращенно обозначить как ОНз- В результате окисления последнего молекулярным кислородом инициируется цепь реакций, приводящая к реакционноспособным радикалам, склонным реагировать с биологически важными молекулами, разрушать их и, тем самым, вызывать гибель живых клеток. Этот механизм лежит в основе биологического действия многих хинонов различной химической структуры. Указанный каскад реакций схематически изображается следующим образом [c.571]

В отличие от рецепторов, связанных с каналами, не связанные с ионными каналами рецепторы нейромедиаторов, присоединяя лиганд, запускают в постсинаптической клетке каскад ферментативных реакций. В большинстве изученных случаев первая реакция этого каскада ведет к активации G-белка, который либо прямо взаимодействует с ионными каналами, либо регулирует образование таких внутриклеточных посредников, как циклический АМР и Са. Эти посредники в свою очередь или непосредственно влияют на ионные каналы, или активируют киназы, фосфорилирующие различные белки, в том числе и белки ионных каналов. Во многих синапсах имеются как связанные, так и не связанные с каналами рецепторы, присоединяющие одни и те же или различные медиаторы. Если рецептор не связан с каналом, то опосредуемый им эффект, как правило, бывает замедленным и продолжительным и может влиять на эффективность последующей синаптической передачи, что [c.336]

Активация системы комплемента. Каскад ферментативных реакций, инициация которого осуществляется комплексами антиген-антитело, служит одним из важнейших механизмов регуляции гомеостаза. Значение процесса активации комплемента тем более велико, поскольку он сопряжен с активацией фибринолитической системы и системы свертывания крови, высвобождением из клеток биогенных аминов и других биологически активных соединений. Механизм активации комплемента и роль этого процесса в иммунном гомеостазе рассматриваются в гл. 8. [c.140]

Метаболические, нервные и гормональные раздражения, част усиленные ферментативными каскадами, коррелируют расход а запас энергии. Какие механизмы обеспечивают химической энергией активную сократительную систему Важную роль в непосредственной корреляции запаса энергии с энергетическими запросами играет ADP — основной продукт АТРазной деятельности миозина. ADP как метаболический сигнал приводит в действие выработку АТР активированными белками в ключевых положениях гликоли-тического пути и окислительного фосфорилирования [19]. Создание запаса энергии на продолжительный период регулируется ионами [c.289]

Специальные преобразователи превращают сенсорные стимулы в электрические сигналы. Например, у позвоночных волосковые клетки внутреннего уха представляют собой механорецепторы на свободной поверхности каждой волосковой клетки имеется пучок стереоцилий (гигантских микроворсинок), и при наклоне таких пучков открываются ионные каналы, что ведет к изменению мембранного потенциала Мембранный потенциал фоторецепторных клеток в глазу позвоночного изменяется при поглощении света молекулами родопсина, содержащимися в этих клетках. И в том, и в другом случае электрический сигнал, возникающий в сенсорной клетке вначале в форме рецепторного потенциала, передается соседним нейронам через химические синапсы. Однако два упомянутых класса клеток-рецепторов используют для выработки рецепторных потенциалов различные стратегии в основе одной лежат рецепторные молекулы, связанные с каналами, а другая зависит от молекул-рецепторов, не связанных с каналами. В волосковых клетках физическая связь между стереоцилиями порождает механические силы, которые прямо воздействуют на ионные каналы в плазматической мембране, заставляя их быстро открываться или закрываться. В палочках сетчатки активированные светом молекулы родопсина инициируют каскад ферментативных реакций, в результате которых в цитозоле гидролизуется цикличе- [c.345]

В действии гормонов участвуют еще несколько протеинкиназ. Роль некоторых из них показана на рис. 44.5 и в последующих разделах этой главы. Киназы, зависимые от эпидермального фактора роста и инсулина, уникальны тем, что эта ферментативная активность локализована в рецепторе гормона и проявляется при связывании лиганда с рецептором (см. гл. 51). Другая их особенность состоит в том, что они фосфорилируют преимущественно остатки тирозина, что редко встречается в клетках млекопитающих. Какую роль эти ассоциированные с рецептором киназы играют в механизме действия гормона, пока не ясно, но можно предположить, что гормон запускает каскад реакций фосфорилирования, причем один либо несколько продуктов этого каскада служат внутриклеточными посредниками. [c.164]

Таким образом, даже такой простой расчет показывает возможность детекции ферментов в очень малых количествах. Причем принципиально осуществимым является значительное уменьшение пределов обнаружения ферментов как за счет увеличения времени ферментативной реакции, так и увеличения чувствительности регистрации образующегося продукта. В этой связи к перспективным относятся люминесцентные методы детекции ферментативных реакций, а также методы, основанные на ферментативном усилении детекции продуктов первичной ферментативной реакции ( каскады ). [c.63]

В разд. 1.6.1.2 шла речь о каскаде арахидоновой кислоты. Метаболиты ее эйкозаноиды — имеют значительно большее распространение и значение, чем это следует из указанного раздела. Дело в том, что существуют и другие ветви каскада, которые ведут к биосинтезу важнейших регуляторов жизнедеятельности теплокровных животных простагландинов, тромбокса-нов и простациклина. Основные этапы их образования из арахидоновой кислоты показаны на схеме 7. Как видно из этой схемы, путем ферментативного окисления арахидоната кислородом образуется дигидроперекись 1.138, которая в результате свободнорадикальной реакции превращается в так называемую эндоперекись 1.139. Дальнейший метаболизм эндоперекиси идет по трем направлениям. Превращение перекисной функциональной группы в спиртовую ведет к веществу 1.140, называемому простагландином Н2. Циклизация боковой цепи дает простациклин 1.141, а расщепление циклопентанового никла — тромбоксан 1.142. [c.47]

Недавно Кюн показал, что светоактивированный родопсин (идентичный метародопсину II) непосредственно взаимодействует с трансдуцином, образуя короткоживущий комплекс. Следовательно, запуск ферментативного каскада происходит непосредственно под действием активированного светом родопсина. Более того, внутриклеточная микроинъекция активированного трансдуцина в палочки моделирует действие света, т. е. гипер-поляризует клетки. Это свидетельствует о том, что активация каскада ферментов, участвующих в разложении GMP, играет основную роль в процессах преобразования света. Менее ясно, как взаимосвязаны светозависимые изменения метаболизма GMP и концентрации Са + и что за механизм или вещество регулирует в конечном итоге светозависимую проницаемость клеточной мембраны палочек. [c.18]

Для возвращения фоторецептора в состояние покоя после возбуждения его светом каждая реакция ферментативного каскада, инициированного светом, должна быть уравновещена соответствующей реакцией инактивации. Но-видимому. свет ускоряет как активирующие, так и инактивирующие реакции, но второй эффект проявляется чуть позднее, поэтому свет вызывает мгновенный положительный ответ, который затем очень быстро затухает. Такая запаздывающая инактивация не только помогает обеспечить короткий ответ на короткую вспыщку света, но и дает возможность фоторецептору адаптироваться свет постоянной яркости, вместо того чтобы просто приводить клетку в состояние насыщения с близкой к нулю концентрацией GMP, вызывает два противоположных эффекта, которые почти гасят друг друга, что позволяет клетке реагировать на последующие изменения освещенности. [c.344]

Каскад ферментативных реакций в регуляции обмена гликогена аналогичен каскаду протеолитических реакций при свертывании крови (разд. 8.17). В обоих случаях ферментативный каскад создает высокую, степень амплификации, В случае распада гликогена имеются три ферментативные стадии контроля, тогда как при синтезе гликогена таких стадий две. Если бы имела место прямая регуляция гликоген-фосфо-рилазы и гликоген-синтазы путем связывания адреналина, количество гормона, необходимое для усиления распада гликогена, было бы более чем в тысячу раз выше того количества, которое требуется в присутствии амплифицирующего каскада. [c.128]

Каков возможный механизм инициации нервного импульса последовательностью реакций, приведенных на схеме (13-35) Проще всего предположить, что коиформационное изменение в молекуле ретиналя в процессе изомеризации 11-г Ыс-ретиналя в полностью гранс-ретиналь [схема (13-34)] индуцирует изменение конформации белка, что приводит к появлению у последнего ферментативной активности. Ферментом, инициирующим каскад химических превращений, кульминацией которых является нервный импульс, мог бы быть метародопсин П, но в пользу этого предположения нет никаких экспериментальных данных. Не исключено, что индуцированные конформационные изменения в молекуле белка открывают канал в мембране диска и какое-то вещество диффундирует по этому каналу наружу. В качестве возможного кандидата на роль указанного вещества все чаще рассматривается Са +. Расстояние от мембран дисков до плазматической мембраны палочки таково, что высвободившееся вещество успеет достичь плазматической мембраны (где и возбуждается нервный импульс) за счет диффузии. [c.66]

L-A.- гормон мозгового слоя надпочечников человека и животных (D-изомер в 15 раз менее активен). Взаимодействуя с адренорецептора-ми, вызывает сужение мелких кровеносных сосудов, повышение артериального давления, усиление работы сердца, расслабление мускулатуры бронхов и кишечника. Связываясь со специфич. рецепторами гликогенсодержащих клеток, стимулирует фермент аденилатцикла-зу, ответственный за синтез циклич. аденозинмонофосфа-та. Последний в свою очередь активирует каскад ферментативных р-ций, приводящих, в частности, к расщеплению гликогена и повышению содержания глюкозы в крови. Л. стимулирует также распад триглицеридов (жиров) в тканях и усиливает катаболич. процессы. При эмоциональных переживаниях, особенно в стрессовых ситуациях, усиленной мышечной работе, охлаждении, понижении уровня сахара содержание А. в крови резко возрастает, что обеспечивает адаптацию организма к новым условиям. [c.36]

В ходе активации К происходит каскад последоват. р-ций специфич. ограниченного ферментативного протеолиза, при к-рых неактивные компоненты К. переходят в активное [c.441]

Наружный сегмент, где происходят ключевые события, представляет собой цилиндр, одетый плазматической мембраной и содержащий около тысячи дисков, плотно упакованных в виде стопки. Каждый диск-это замкнутый плоский мещочек, образованный мембраной, в которой находятся светочувствительные молекулы родмкмша плотность упаковки этих молекул составляет примерно 10 на 1 мкм . Молекула родопсина состоит из трансмембранного полипептида опсшга и простетической группы-11-цис-ретиналя, который и поглощает свет. При поглощении фотона 11-1(ис-ретиналь изомеризуется в полностью-шранс-ретиналь, который затем отделяется от опсина в результате опсин изменяет свою конформацию, и это каким-то образом приводит к закрытию натриевых каналов плазматической мембраны. Можно думать, что в цитоплазме наружного сегмента существует второй посредник , связывающий эти два пространственно разобщенных события. Хотя природа второго посредника достоверно не установлена, есть данные в пользу того, что эту функцию выполняют ионы Са . Очевидно, свет вызывает высвобождение их из дисков в цитоплазму, и повыщение цитоплазматического уровня Са ведет к закрытию натриевых каналов. В то же время конформационные изменения родопсина инициируют каскад ферментативных реакций, приводящих к снижению концентрации циклического GMP в цитоплазме в результате повыщения активности фермента фосфодиэстеразы, разрушающего циклический GMP. Какую роль играет изменение уровня циклического GMP, пока не ясно. [c.124]

Рис. 25-11. Адреналин включает каскад усиления в клетках печенн. Связывание нескольких молекул адреналина со специфическими рецепторами на поверхности клетки инициирует последовательность ферментативных реакций, в результате которых в кровь выбрасывается очень большое количество глюкозы.

В ряде работ было исследовано также возникновение колебаний в полиферментативных системах, где конечный продукт влияет на скорость начальной стадии. Этот случай соответствует каскаду последовательных ферментативных реакций с обратной связью [c.76]

Биокаталитические превращения протекают с участием липо-ксигеназы, 7-глутамилтранспептидазы и, возможно, ряда других еще неизученных ферментов. Лейкотриены представляют собой крайне интересный для медицины класс соединений, играющих важную роль при протекании воспалительных процессов, бронхиальной астмы, регуляции адгезии и агрегации нейтрофилов, полиморфноядерных лейкоцитов и т. д. Широко проводимые исследования физиологической роли всех продуктов ферментативных превращений каскада арахидоновой кислоты в ближайшее время выявят те ключевые соединения, которые будут иметь наибольшее клиническое значение. Это потребует создания эффективной технологии производства новых лекарственных препаратов. Несмотря на сложности создания биокаталитических процессов в этой области, есть все основания полагать, что на базе природных полиферментных систем превращения арахидоновой кислоты могут быть созданы катализаторы биотехнологических процессов. Следует отметить, что и сам исходный продукт этих превращений — арахидоновая кислота — может быть получен из подходящих масел биокаталитическим путем с использованием специфичных фосфолипаз. [c.60]

Как было показано, конформационные изменения в белковой глобуле носят релаксационный характер и характеризуются целым набором различных времен. Они происходят, как правило, намного медленнее, чем чисто электронные переходы. Быстрые изменения электронного состояния молекулы белка (например, восстановление атома Ре активного центра цитохрома) нарушают исходное равновесное конформационное состояние и приводят каскаду последовательных конфор-мационно-релаксационных актов, носяш их направленный характер (см. 1, гл. X). Именно это обстоятельство составляет физическую основу конформационно-релак-сационной концепции ферментативного катализа (Л. А.Блюменфельд). Появление продукта реакции рассматривается здесь как закономерный результат электронно-конформационных взаимодействии в комплексе фермент - субстрат. Предполагают, что конформационные изменения фермент-субстратного комплекса, следуюш ие за изменением электронного состояния субстрата в активном центре фермента, носят характер направленной релаксации и включают процессы превраш ения молекул субстрата в молекулы продукта. Элементарный акт ферментативной реакции [c.425]

Несмотря на различия в механизмах памяти у беспозвоночных и у млекопитающих (см. рассмотренные выще примеры), здесь можно усмотреть нечто общее. Нейромедиаторы, высвобождаемые в синапсах, могут не только передавать кратковременные сигналы, но и изменять концентрацию внутриклеточных молекул-посредников, активирующих каскады ферментативных реакций, что ведет к долговременному изменению эффективности синаптической передачи. Остается, однако, ряд важных неразрещенных вопросов. До сих пор не известно, каким образом подобные изменения сохраняются на протяжении недель, месяцев или всей жизни в условиях нормального обновления компонентов клетки. Как мы увидим позже, сходные вопросы возникают и при изучении развития нервной системы. [c.336]

Структура ренина и его ингибиторных комплексов. Ренин — гликозилированный белок, входит в ферментную систему, осуществляющую биогенез и распад октапептидного тканевого гормона ангиотензина II, самого мощного из известных прессорных агентов в системе кровообращения. Ангиотензин II стимулирует сужение периферических артериол по всему организму и тем самым повышает артериальное давление. Помимо этого, он активирует секрецию ряда гормонов (главным образом, альдостерона), влияет на работу сердца, печени, центрального и периферического отделов нервной системы, а также вызывает ряд других откликов в организме млекопитающих. Его непосредственный предшественник — ангиотензин I, образуется из уже упоминавшегося глобулярного белка крови ангиотензиногена путем отщепления от него под действием ренина N-концевого декапептида. Согласно приведенной ниже схеме, гидролиз пептидной связи между остатками Leu-10 и Leu-И является первой и скорость-определяющей стадией в каскаде ферментативных реакций превращения ангиотензиногена в ангиотензин II с его последующим разрушением. [c.93]

Фосфолипазы — обширный класс липолитических ферментов, имеющих первостепенное значение для регулирования разнообразных процессов жизнедеятельности всех живых организмов. Это связано с многообразием их функций. Во-первых, они участвуют в обновлении мембранных фосфолипидов, что определяет стабильность и биохимическую активность мембран и в 1со-нечном итоге функциональное состояние целой клетки. Во-вторых, продукты фосфолипазной реакции (жирные кислоты, лизо-фосфатидилхолин, холин, диглицерид, фосфорилхолин и др.) являются мощными эффекторами мембранных процессов. В-третьих, фосфолипазам принадлежит ключевая роль в биосинтезе простагландинов, лейкотриенов и других продуктов превращения арахидоновой кислоты. Так, реакцию гидролиза фосфолипидов, приводящую к образованию свободной арахидоновой кислоты, катализирует фосфолипаза А , Эта реакция является лимитирующей стадией в каскаде ферментативных реакций биосинтеза физиологически активных эйкозаноидов. [c.157]

Из сказанного выше следует, что эффекторная дуга каскада реакций, именуемых активацией комплемента, реализуется после появления продукта распада третьего компонента системы, а именно СЗЬ. Благодаря ферментативным свойствам этого компонента (С5-конвертаза) возможно формирование мембранатакующего комплекса С5Ь—С9. Кинетические исследования показывают, что лимитирующим фактором при реализации основного эф- [c.175]

Как увязать многообразие факторов, активирующих систему комплемента по альтернативному пути, с очевидным фактом ключевой роли СЗЬ в инициации всего каскада реакций В настоящее время представляется, чи СЗЬ непрерывно образуется спонтанно, поскольку тио-эфирные связи в нативном СЗ чувствительны к спонтанному гидролизу (рис. 43). Экспериментально доказано (М. Pangburn et al., 1980, 1981), что скорость гидролиза этих связей составляет в физиологических условиях 0,2— ),4%/ч. Образующийся продукт, обозначенный 3(II20), подвергается медленной поэтапной транссХф 1эц п вплоть до конформации, характерной для СЗЬ, В какой-то момент появляется короткоживущий комплекс СЗ(Н20) с фактором В, обладающий свойствами СЗ-коп-вертазы. Последний уже обеспечивает появление СЗЬ ферментативным путем. Роль активаторов заключается в таком случае в фиксации СЗЬ. Следствием этого является предохранение СЗЬ от инактивации в жидкой фазе [c.178]

Каскад реакций активации комплемента завершается образованием литического комплекса (лизируюший, или атакующий, мембрану комплекс, ЛМК) в результате ферментативного расщепления С5 — белка, гомологичного СЗ и С4, но не содержащего внутренней тиоэфирной связи. [c.70]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология