Метаболоны

МУЛЬТИФЕРМЕНТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ И МЕТАБОЛОНЫ [c.168]

В результате применения указанного подхода получили научное обоснование и объяснение ряд особенностей строения, функционирования и происхождения известных биоструктур. Так, при рассмотрении механизма передачи энергии по ССИВС авторы приходят к выводу об эффективности существования и преимуществах естественного отбора дуплицированных систем сопряженных связей, обладающих вращательной симметрией структур и оптической активностью составляющих их компонентов, а при рассмотрении возможного механизма действия ферментов с учетом принципа дупликации работающих структур ими объяснена причина известного явления половинной реакционной способности от общего числа активных центров ферментов. При построении модели биологических мембран обосновано происхождение их многоуровневого зонно-блочного строения с периодической повторяемостью блоков, с образованием каналов йереноса электронов и синхронного сдвига протонов по системам сопряженных ионно-водородных связей и с колебательным режимом их работы, согласующегося с известными свойствами мембран и рядом других фактов. Эффективным оказалось применение указанного подхода и при рассмотрении происхождения структурных особенностей и функционирования мультиферментных комплексов и метаболонов, объединяющих разные ферменты метаболических путей со структурными элементами клетки, в случае процессов гликолиза и цикла трикарбоновых кислот. Все это описано в работе хорошо, убедительно и представляет самостоятельную ценность. Очевидна также перспективность применения такого подхода для изучения связи особенностей строения и функционирования с происхождением и других типов надмолекулярных структур биообъектов и их эволюционных предшественников. [c.5]

В настояшее время сушествование подобных структур окончательно еше не доказано. Однако имеются многочисленные косвенные данные, подтверждающие сушествование метаболонов (см. обзор [66]). В кратком виде эти данные для 16 метаболических систем собраны в таблице 9, где буквами обозначены 9 различных методических подходов, используемых для подтверждения сушествования организации ферментов. [c.170]

Ассоциация метаболонов с клеточными структурами создает предпосылки для структурного единства метаболизма, которое, как показано в разделе 1.1, необходимо для функционирования живых систем. Важное значение имеет также то обстоятельство, что якорные белки, на которых формируются метаболоны, становятся центрами управления данной метаболической системы 110, 11] [c.171]

Следует отметить, что стабильные мультиферментные комплексы не имеют широкого распространения. Поэтому мы переходим к обсуждению более лабильных комплексов, получивших название метаболонов. [c.169]

Одной из важнейших характеристик метаболона является его симметрия, которая должна соответствовать симметрии той структуры, на которой метаболой формируется. Как показано в предыдушей главе, для интегральных мембрано-связанных белков характерна тримерная структура с осью симметрии третьего порядка, перпендикулярной плоскости мембраны. Исходя из этих представлений мы предположили, что метаболоны должны иметь ось симметрии третьего порядка (которая в случае метаболонов, формирующихся на мембране, должна быть перпендикулярна плоскости мембраны) [12, 14]. С другой стороны, модель переноса энергии в биоструктурах (см. разд. 4.3.2) требует дупликации, то есть наличия оси симметрии второго порядка. Наиболее простой из точечных групп симметрии, которые удовлетворяют обоим условиям, является диэдрическая группа симметрии D3. Структуры, симметрия которых относится к группе Оз, содержат одну ось симметрии третьего порядка и три перпендикулярные к ней оси симметрии второго порядка и состоят из 6 идентичных субъединиц. По-видимому, симметрия типа Оз является среди метаболонов преобладающей. [c.173]

Ферменты, активность которых регулируется интермедиатами данной метаболической системы, должны располагаться в метаболоне таким образом, чтобы обеспечить возможность реализации этого регуляторного механизма. [c.174]

Обсудим режим работы метаболона, обладающего осью симметрии третьего порядка, на примере комплекса ферментов ЦТК [15]. Для того, чтобы цикл трикарбоновых кислот замкнулся, необходимо, чтобы оксалоацетат вернулся на первый фермент цикла — цитратсинтазу. Следовательно, структура метаболона должна быть замкнутой. Однако, из рисунка 18 видно, что асимметричная субъединица комплекса не замкну- [c.187]

Предполагают, что катализируемые индивидуальными ферментами р-ции осуществляются благодаря действию надмолекулярного сверхкомплекса , т наз. метаболона. Преимущества такой организации ферментов очевидны-при этом не происходит диффузии кофакторов и субстратов, что способствует более эффективной работе цикла. [c.635]

Согласно данным Кондрашовой [5], ферменты дикарбоновой части ЦТК вместе с аспартатаминотрансферазой образуют быстрый кластер ЦТК, способный функционировать в обход трикарбоновой части цикла. Описываемая структура метаболона не противоречит этому представлению, поскольку ферменты быстрого кластера сгруппированы в ней вместе, в то время как ферменты трикарбоновой части (цитратсинтаза, аконитаза и изоцитратдегидрогеназа) находятся на периферии комплекса. [c.177]

Некоторые исследователи склонны рассматривать, и не без основания, существование пятого уровня структурной организации белков. Речь идет о полифункциональных макромолекулярных комплексах, или ассоциатах из разных ферментов, получивших название метаболических олигомеров, или метаболонов, и катализирующих весь путь превращений субстрата (синте-тазы высших жирных кислот, пируватдегидрогеназный комплекс, дыхательная цепь). [c.71]

В эритроцитах комплекс ферментов гликолиза формируется на внутренней поверхности плазматической мембраны [36]. Роль якорной площадки, обеспечивающей фиксацию метаболона на мембране эритроцитов, играет белок полосы 3 [49] — интегральный мембрано-связанный гликопротеин с молекулярной массой 93 кДа, основной функцией которого является транспорт анионов через мембрану эритроцитов [62]. (Белок полосы 3 способен осуществлять транспорт внутрь эритроцита и одного из интермедиатов гликолиза — фосфоенолпирувата [37].) Многие исследователи полагают, что белок полосы 3 существует в мембране преимущественно в димерной форме. [c.178]

Рассмотрение структуры метаболона, представленного на рисунке 21, показывает, что предложенная структура является [c.180]

На основе сочетания нашего подхода с теорией ЭОКС оказалось возможным описывать последовательные этапы усложнения надмолекулярных биоструктур (олигомерных ферментов, биомембран, мультиферментных комплексов, метаболонов и так далее) как следствия преодоления развивающимися ЭОКС ряда ограничений среды их существования. При этом одним из механизмов развития каталитических систем, в соответствии с нашим подходом, являются рекомбинация и отбор наиболее активных дуплицированных структур, который и обеспечил возможность достижения ими упорядоченной организации и надежных механизмов функционирования. [c.9]

Седьмая глава посвящена мультиферментным комплексам и метаболонам — надмолекулярным структурам, объединяющим ферменты метаболических путей и структурные элементы клетки [4]. Представления о метаболонах были развиты в последние годы. Предложены модели структуры метаболонов гликолиза и цикла трикарбоновых кислот, основными особенностями которых являются дупликация структур и наличие осей симметрии третьего порядка. Обсуждаются возможные пути возникновения и механизмы контроля функционирования метаболонов. [c.10]

Метаболоны характерны для широкого спектра организмов — от прокариот до клеток высших животных [66], что свидетельствует об их появлении на ранних этапах развития жизни. По-видимому, метаболоны возникли в ходе предбиологической эволюции. [c.171]

Рассмотрим принципы организации метаболона и прежде всего сформулируем требования к ферменту, который образует ядро метаболона и играет ключевую роль в формировании комплекса. Этот фермент должен отвечать следующим требованиям [12], [c.173]

Формирование гликолитического метаболона на мышечных филаментах физиологически оправдано, поскольку такое рас положение метаболона обеспечивает поступление АТР, продуцируемого гликолитической системой, на АТРазные активные центры, расположенные на головках молекулы миозина. В качестве подложки для формирования комплекса ферментов гликолиза в мышцах рассматриваются молекулы актина [28, 61] и миозина [11]. [c.182]

Роль цитоскелета в формировании метаболона [c.183]

Как уже обсуждалось в разделе 2.2.4, возможны два альтернативных подхода к решению вопроса о биогенезе сложных биохимических процессов. В первом варианте ЭОКС является прообразом метаболической системы в ходе саморазвития ЭОКС одностадийный механизм базисной каталитической реакции заменяется многостадийным. ЭОКС из простой превращается в сложную каталитическую систему, где каждая стадия имеет свой катализатор [ 19] Эти катализаторы и являются предшественниками индивидуальных ферментов, а дальнейшая эволюция сложной ЭОКС приводит к образованию метаболона. [c.171]

Необходимо иметь в виду, что на одном уровне организации возможно существование нескольких механизмов с различными временными характеристиками. В случае метаболона можно выделить медленную регуляцию через процесс сборки и разборки комплекса и быструю регуляцию, осуществляемую путем воздействия на центр управления метаболона. [c.188]

В пользу второго варианта приводится то соображение, что индивидуальные ферменты способны самостоятельно функционировать вне метаболона, и это может свидетельствовать о том, что они эволюционировали независимо друг от друга. Однако [c.171]

Ясно, что для описания функционирования ферментов в метаболоне не могут быть использованы приемы ферментативной кинетики, разработанные для описания поведения систем с гомогенным распределением ферментов. Для решения этой задачи требуются новые подходы. Так, Рубин и Шинкарев [18J для описания переноса электронов по цепям структурно-связанных переносчиков электронно-транспортной цепи использовали вероятностный подход. При этом подходе мультиферментный комплекс рассматривается как совокупность взаимодействующих центров, каждый из которых может находиться в конечном числе состояний. Нахождение центра в одном из состояний рассматривается как случайное событие, и для описания функционирования комплекса применяются методы теории вероятностей. Однако для этого необходимо постулировать, что состояния индивидуальных ферментов (центров) в комплексе являются статистически независимыми событиями. Поэтому такой подход будет неприменим в тех случаях, когда ферменты в метаболоне тесно взаимодействуют, обуславливая взаимную зависимость состояний своих активных центров. [c.184]

Для описания функционирования метаболона Курганов [10] предложил использовать подход, в котором метаболой рассматривается как возбудимая среда, где могут распространяться автоволны. Согласно теории автоволн [6] элементы возбуди- [c.186]

Объем матрикса претерпевает значительные изменения при переходе митохондрий от конденсированной конформации к ортодоксальной [61]. Этот процесс, контролируемый энергетическим состоянием митохондрий, должен оказывать влияние на равновесие между комплексом ферментов ЦТК и свободными ферментами. Высокая концентрация белка в матриксе в конденсированной конформации должна способствовать образованию метаболона. При набухании матрикса возможен частичный обратимый распад комплекса на свободные ферменты. [c.189]

Принципы функционирования метаболона [c.183]

Калер и Фридлянд [3] предложили модель организованной полиферментной системы, вход в которую закрыт до тех пор, пока внутри системы находится молекула любого промежуточного или конечного продукта. Представляется, однако, маловероятным, чтобы в микрокомпартменте метаболона одновремен- [c.184]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология