Метаболические пути метаболические

РИС. 14-30. Некоторые изменения метаболизма нуклеотидов в клетках Е. соИ, индуцированные заражением Т-четными бактериофагами (— ) нормальные метаболические пути, (--->-) метаболические пути, индуцированные фагами. [c.164]

Данная глава и вся остальная часть книги посвящены главным образом конкретным реакциям метаболических путей. Метаболические пути — это сложная сеть разветвленных и взаимозависимых последовательностей биохимических превращений. Пытаться запомнить все эти пути — задача довольно бессмысленная. Однако некоторые из главных метаболических последовательностей все же необходимо выучить и четко представлять себе их значение. Обе эти задачи будет легче решить, если сначала мы рассмотрим индивидуальные химические реакции, катализируемые ферментами, а затем сами метаболические пути. Это поможет нам понять саму логику объединения индивидуальных реакций в метаболические пути. Тем не менее, прежде чем перейти к осуществлению намеченного плана, целесообразно рассмотреть вкратце наиболее важные метаболические пути, что облегчит последующее обсуждение индивидуальных химических реакций, имеющих определенное биологическое значение. [c.81]

Расходуя питательные вещества для получения энергии, клетки в то же самое время непрерывно создают новый материал. На рис. 7-1 штриховыми линиями показаны те метаболические пути, с помощью которых эти процессы синтеза осуществляются. Если мы вернемся к правой части рис. 7-1, то увидим, что путь синтеза жирных кислот начинается с ацетил-СоА и представляет собой обращение пути расщепления жирных кислот. Однако для синтеза необходимы АТР как источник энергии [c.86]

Путь атомов углерода при брожении. Опыт с вытеснением радиоактивной метки проводится на дрожжевом экстракте в строго анаэробных условиях, обеспечивающих спиртовое брожение. Небольшое количество меченного радиоактивным углеродом субстрата (импульсная метка) инкубируют с дрожжевым экстрактом в течение времени, достаточного для того, чтобы каждый из промежуточных продуктов данного метаболического пути успел включить метку. Затем метку прогоняют по всему пути, добавляя избыток немеченого субстрата. Это делают для того, чтобы предотвратить участие меченых продуктов в обратных реакциях и отвлечение их на другие метаболические пути. [c.473]

Самый простой способ регуляции любого метаболического пути может быть основан на доступности субстрата, а также кофактора. Уменьшение концентрации субстрата приводит к снижению скорости потока веществ через данный метаболический путь. С другой стороны, увеличение концентрации субстрата будет стимулировать метаболический путь. Необходимо подчеркнуть, что, каковы бы ни были другие факторы регуляции ферментативной активности, доступность субстрата надо рассматривать как потенциальный механизм регуляции любого метаболического пути. В селекции продуцентов различных метаболитов генетические манипуляции, направленные на увеличение концентрации предшественников, нередко являются эффективным средством повышения выхода целевого продукта. [c.10]

В этой книге основное внимание уделено сложным биохимическим процессам (например, синтезу белков, мышечному сокращению), в том числе и различным метаболическим путям. Метаболический путь—это совокупность реакций, ответственных за синтез сложных соединений из более простых и за распад соединения до конечных продуктов. Тот или иной сложный биохимический процесс или метаболический путь иногда проявляется на уровне целого организма. Примером такого рода может служить сокращение мышц. Мы знаем, что глюкоза является источником энергии для человека и других животных, а это означает, что в организме человека она должна распадаться (подвергаться метаболизму) с выделением энергии. Однако для того, чтобы получить полное представление о том, каким образом происходит метаболизм глюкозы в клетке—а мы такого представления (в частности, о механизме регуляции) пока не имеем,—необходимо провести исследования на других уровнях. На рис. 2.3 представлены различные типы наблюдений и анализа, которые позволяют полностью охватить весь биохимический процесс, такой, например, как распад глюкозы и высвобождение энергии (этот процесс известен как гликолиз). Эта схема в общих чертах применима ко всем основным биохимическим процессам, обсуждаемым в этой книге, и, таким образом, иллюстрирует общую стратегию изучения биохимических процессов об этом следует помнить, рассматривая любой биохимический процесс (гликолиз, окисление жирных кислот и т.д.). [c.18]

В живой клетке имеются многие тысячи разных веществ. Каждое из них в принципе может реагировать со многими другими. Однако фактически каждое вещество участвует в немногих реакциях, часто только в одной. Например, в мышечных клетках практически вся глюкоза реагирует только с АТФ, превращаясь в глюкозо-6-фосфат. Это происходит потому, что в этих клетках есть фермент, катализирующий реакцию образования глюкозо-6-фосфата ферментов, которые катализировали бы другие в принципе возможные реакции глюкозы, в мышцах нет, а некатализируемые реакции протекают настолько медленно, что практически не оказывают влияния на баланс глюкозы. Глюкозо-6-фосфат затем превращается в другой метаболит, тоже при участии специального фермента, и т. д. Таким образом, получается определенная последовательность реакций и метаболитов — метаболический путь глюкозы. Каждый метаболит образуется из предшественника при участии специфического фермента и, в свою очередь, служит субстратом для следующего фермента. Аналогично и другие вещества превращаются по характерным для них метаболическим путям. Метаболические пути всех веществ связаны друг с другом общими метаболитами, образуя единую сетку реакций. [c.91]

Все вышеприведенные превращения термодинамически допустимы, поскольку образование ангидрида совершается за счет энергии другого ангидридного соединения. Возможно, суммарная концентрация АТР, ADP и АМР в клетке не меняется во времени. Следует отчетливо представлять, что АТР может синтезироваться путем фосфорилирования ADP также другими донорами фосфатной группы, помимо нуклеозидтрифосфатов, и что в клетке существуют метаболические пути, благодаря которым для синтеза АТР используется энергия расщепления сахаров (глюкозы). [c.134]

Внутри микробной клетки происходит ряд биохимических превращений питательных веществ, приводящих к синтезу новых клеточных компонентов (анаболические превращения) и к образованию низкомолекулярных соединений, включая продукты обмена или отходы метаболизма (катаболические превращения). Метаболический путь или последовательность внутриклеточных превращений характеризуют клетку как сложную систему с большим числом взаимосвязанных ироцессов, аналогичных стадиям крупного технологического производства. Так, согласно схеме на рис. 1.1, посту- [c.8]

Рис. 1.1. Схема основных метаболических путей в микробной клетке

Какие же гены оказываются полезными и входят в состав мобильных элементов Это не праздный вопрос, поскольку каждая бактериальная клетка хорошо приспособлена к своей среде обитания и не нуждается в генах, аналогичных тем, которые у нее уже есть и обеспечивают ее адаптацию к среде. С другой стороны, приспособление к совершенно новой среде обитания, по-видимому, требует относительно значительной перестройки генетического материала клетки, включающей, в частности, коадаптацию многих разных генов. Поэтому клетка может получить селективное преимущество за счет приобретения какого-либо гена (в составе транспозона) лишь в том случае, если этот ген сам по себе способен оказаться выгодным для бактерии в определенных условиях, т. е. именно такие гены выгодно иметь транспозонам в своем составе. Действительно, на транспозонах путешествуют гены устойчивости к различным бактериальным ядам, в том числе к тяжелым металлам и антибиотикам, гены дополнительных метаболических путей, позволяющие использовать, например, какой-нибудь необычный источник углерода, наконец гены некоторых токсинов, делающие бактерии патогенными и позволяющие им тем самым существенно изменить образ жизни. [c.124]

Помимо метаболических путей синтеза и распада аминокислот, нуклеотидов и других азотистых веществ у многих организмов имеется специализированный метаболизм включения избыточного азота в сравнительно малотоксичные продукты экскреции. Все эти стороны метаболизма азота будут рассматриваться в этой главе, но из-за исключительной сложности предмета изложение будет сжатым. Сначала мы рассмотрим реакции, с помощью которых из неорганических соединений образуются органические азотистые соединения, а затем обратимся к реакциям, затрагивающим азотный фонд. Далее мы рассмотрим специфические реакции синтеза и катаболизма индивидуальных азотистых соединений. [c.81]

Галловая кислота может образовываться в растениях в реакциях пути шикимовой кислоты (разд. 3,6), но, кроме того, она может быть синтезирована в грибах через поликетидный путь. Предложите подробную схему этого метаболического пути. [c.177]

В клетках микроорганизмов лизин синтезируется из аспарагиновой кислоты и служит конечным продуктом разветвленного метаболического пути биосинтеза, общего для трех аминокислот — лизина, метионина и треонина (рис. 3.3). [c.44]

Таким образом, в процессе новообразования аминокислот из общего предшественника одновременно с лизином возникают две другие аминокислоты — метионин и треонин. В этом случае эффекта накопления в среде всего одной целевой аминокислоты добиваются путем блокирования процессов, ведущих к синтезу побочных аминокислот, возникающих в связи с разветвлением метаболического пути. [c.44]

Подобно лизину триптофан образуется в ходе разветвленного метаболического пути, поэтому для его производства используют ауксотрофных мутантов, у которых блокированы реакции, ведущие к синтезу фенилаланина и тирозина. Однако при выращивании мутантных щтаммов в среде с минимальной концентрацией этих аминокислот, не вызывающей регуляторных эффектов, избыточное накопление триптофана в среде не наблюдается, что объясняется особенностью процессов регуляции биосинтеза триптофана у микроорганизмов. [c.48]

Человек живет на Земле не один, а в окружении множества других живых существ, и их метаболизм для нас жизненно важен. Фотосинтезирующие организмы используют энергию солнечного света и вырабатывают вещества, которые необходимы для человека, но не синтезируются в его организме. Микроорганизмы, получая энергию за счет различных реакций, разлагают сложные органические соединения до форм, которые могут затем использоваться растениями. В этой книге мы опишем химические реакции, протекающие в самых разнообразных живых системах. Наряду с метаболическими путями, общими для большинства организмов, будут рассмотрены и некоторые своеобразные, необычные процессы. [c.11]

Активный, нли каталитический, центр фермента — это сравнительно небольшой участок молекулы белка. Аминокислотный состав остальной части молекулы, особенно тех ее участков, которые находятся на поверхности структуры, может довольно сильно меняться в результате мутаций без изменения каталитической активности фермента. Тем не менее присоединение к различным участкам поверхности фермента других молекул может косвенно повлиять на катализ. В концентрированных растворах, каким является цитоплазма, молекулы могут агрегировать. Присоединение какой-либо молекулы к определенному участку на поверхности фермента способно изменить его структуру и в свою очередь вызвать увеличение или уменьшение каталитической активности. Так, при избыточном накоплении продукта какого-либо метаболического пути ингибитор, действующий по принципу обратной связи, взаимодействует указанным образом с ферментами и выключает их. Взаимодействия такого рода составляют один из распространенных способов регуляции. [c.64]

На приведенной ниже схеме изображен обобщенный метаболический путь, в котором прописными буквами обозначены основные метаболиты пути, малыми буквами — кофакторы и цифрами — ферменты, катализирующие реакции [c.77]

Перечислите и опишите четыре различных механизма регуляции метаболического пути, указав специфические ферменты, реагенты и кофакторы. Примечание речь должна идти е о четырех раз- [c.77]

А. Краткий обзор некоторых метаболических путей [c.81]

Единственная функция наиболее активных метаболических путей состоит в том, чтобы обеспечить клетку АТР и другими высокоэнергетическими (т. е. богатыми энергией ) промежуточными соединениями, которые могут быть использованы в процессах биосинтеза и в других превращениях, протекающих с затратой энергии. Таким образом, в первую очередь следует рассмотреть те метаболические пути, в результате которых осуществляется катаболизм пищевых продуктов и его сопряжение с синтезом АТР. [c.81]

Цикл трикарбоновых кислот, являясь одним из наиболее важных циклов метаболизма аэробных организмов (бактерий, простейших, грибов, высших растений и человека), представляет собой к тому же типичный каталитический цикл. Во всех других циклах также принимают участие один или несколько первичных субстратов и по меньшей мере один регенерирующийся субсграт. Таким образом, с каталитическим циклом всегда ассоциирован метаболический путь, обеспечивающий синтез регенерирующегося субстрата. Хотя, как правило, и не требуется, чтобы такой синтез шел быстро, поскольку обычно бывает необходимо восполнить лишь небольшие потери регенерирующегося субстрата в побочных реакциях, однако используемый при этом метаболический путь обеспечивает механизм биосинтеза любых необходимых количеств любого промежуточного продукта, образующегося в ходе цикла. Так, клетки получают из цикла трикарбоновых кислот значительные количества оксалоацетата, а-кетоглутарата и сукци-нил-СоА, используя их для синтеза других клеточных компонентов. Например, аспартат и глутамат образуются непосредственно из оксалоацетата и а-кетоглутарата путем переаминирования [уравнение (8-16)]. Часто говорят, что цикл трикарбоновых кислот работает на биосинтез, однако, строго говоря, когда из цикла выводятся промежуточные продукты, работает неполный цикл. Правильнее сказать, что метаболический путь синтеза регенерирующегося субстрата и еще некоторые из ферментов цикла используются для формирования тех или иных путей биосинтеза. [c.323]

Для того чтобы выявить последовательность химических реакций, составляющих тот или иной метаболический путь, можно воспользоваться тремя главными экспериментальными подходами. Первый из них, наиболее прямой, заключается в изучении метаболического пути in vitro (в пробирке), т. е. не в самой живой ткани, а в ее бесклеточном экстракте, сохраняющем способность катализировать весь исследуемый процесс в целом. Еще в середине прошлого века стало, например, известно, что дрожжи сбраживают глюкозу до этилового спирта и СО2. Однако изучение отдельных стадий этого метаболического пути, поставляющего анаэробным дрожжевым клеткам почти всю необходимую им энергию, началось по-настоящему только с 1898 г., когда Эдуард Бухнер обнаружил, что отжатый из дрожжей сок, не содержащий живых клеток, тоже способен сбраживать глюкозу до этилового спирта и СО2 (разд. 9.1). Позже выяснилось, что брожение в таких экстрактах происходит лишь при добавлении неорганического фосфата и что по мере потребления глюкозы этот фосфат исчезает из экстракта. Оказалось, что в среде накапливается при этом какое-то фосфорилиро-ванное производное гексозы, обладающее всеми теми свойствами, какими должен обладать один из промежуточных продуктов на пути превращения глюкозы в этиловый спирт и СО2. После того как этот промежуточный продукт был идентифицирован, в дрожжевом экстракте удалось обнаружить фермент, превращающий его в другой продукт. Этот последний в свою очередь был выделен и идентифипдрован. Таким образом, идентифицированными оказались уже два промежуточных продукта расщепления глюкозы. Добавляя к эстрак-там ингибиторы ферментов, исследователи добивались накопления других промежуточных продуктов. В конце концов благодаря комбинированию такого рода приемов удалось выделить и идентифи- [c.391]

Рис. 1-15. Схема, иллюстрирующая два возможных механизма возникновения метаболических путей. Клетка слева имеет в своем распоряжении запасы родственных соединений (А. Б. В. Г), возникшие благодаря пребиотическому синтезу. Одно из соединений (Г) метаболически полезно. По мере истощения запасов этого соединения преимущество при отборе получают те клетки, которые учатся синтезировать новый фермент, катализирующий образование Г из В. Последовательное повторение подобных этапов могло бы привести к развитию важных метаболических путей. В клетке, показанной справа, в изобилии имеется метаболически полезное соединение А. В процессе эволюции возникает фермент, который случайно оказывается способным превращать соединение А в соединение Б. Затем клетка претерпевает другие изменения, позволяюшие ей использовать это новое вешество. Дальнейшее появление новых ферментов может в копне конпов привести к возникновению

А. Метаболические пути. Метаболические превращения тестостерона осуществляются двумя путями. Один путь включает в себя окисление в 17-м положении, другой—восстановление двойной связи кольца А и 3-кетогруппы . В результате первого пути, функционирующего во многих тканях, в том числе и в печени, образуются 17-кетостероиды, как правило, лишенные активности или обладающие более слабой активностью, чем исходное соединение. Второй путь, менее эффективный, протекает главным образом в тканях-мишенях и ведет к образованию активного метаболита—ДГТ, а также эстрадиола и анд-ростандиола. Этиохоланолон и андростерон — это 5 Р-восстановленные продукты андрогенов. [c.231]

Животных (обычно мышей или крыс) иммунизируют антигеном. Когда продукция антител достигает высокого уровня, из селезенки животных (могут быть использованы и лимфоузлы) готовят суспензию клеток. Затем вызывают слияние спленоцитов с клетками ми-еломной линии, применяя для этой цели полизтиленг-ликоль (ПЭГ) — агент, способствующий слиянию клеточных мембран. Процесс проходит успешно лишь у небольшого числа клеток. Клеточную смесь, содержащую слившиеся клетки, культивируют в ГАТ - среде, содержащей гипоксантин, аминоптерин и тимидин. Аминоптерин является высокотоксичным агентом, блокирующим один из метаболических путей - синтез пуринов. Клетки могут использовать обходный метаболический путь, если в среде присутствуют его интермедиаты - гипоксантин и тимидин. Спленоциты способны расти в ГАТ-среде, однако миеломные клетки в ней погибают, так как имеют метаболический дефект. не позволяющий использовать обходный путь синтеза пуринов. Клеточная суспензия, вносимая в ГАТ-среду, содержит спленоциты, клетки миеломы и слившиеся клетки. Спленоциты погибают в культуре естественным путем через 1-2 нед, клетки миеломы не выживают в ГАТ, слившиеся же клетки сохраняют жизнеспособность, поскольку сочетают свойства бессмертной миеломы и клеток селезенки, использующих обходный метаболический путь. Некоторые из слившихся клеток сохраняют также способность про- [c.537]

Таиим образом, перестройка молекул может Происходить без Я1ННЫ1Х функциональных изм енений биосубстрата. Вознимновение биологически важного эффекта зависит от значимости субстрата в жизнедеятельности клетки или от существования запасного метаболического пути (0 птап, 1972). [c.15]

При изучении регуляции альтернативных метаболических путей, таких как гликолиз и глюконеогенез, большое значение придается ключевым реакциям, некоторые участники которых являются общими интермедиатами указанных метаболических путей. К числу таких химически различных альтернативных реакций относятся, например, фосфофруктокиназная и фруктозо-1,6-дифосфатазная реакции гликолиза и глюконеогенеза соответственно. Указанные реакции катализируют так называемый субстратный цикл обратимого превращения фруктозо-6-фосфата во фруктозо-1,6-дифосфат, протекающего с затратой одной молекулы АТФ. [c.354]

Скорость превращения веществ в альтернативных метаболических путях, а значит и их предпочтительная направленность решающим образом зависят от особенностей функционирования ферментов субстратного цикла. Для таких ферментов характерна, как правило, реци-прокная регуляция с участием аллостерических эффекторов. В случае рассматриваемого субстратного цикла эффекторами являются АМФ — ингибитор фруктозо-1,6-дифосфатазы и активатор фосфофруктокиназы, а также цитрат-ион, являющийся активатором фруктозо-1,6-дифосфатазы и ингибитором фосфофруктокиназы. [c.354]

Протекающие в митохондриях метаболические процессы сопровождаются непрерывным обменом интермедиатов между матриксом и окружающей средой с помощью ферментов-переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Вклад транслоказных реакций в регуляцию путей метаболических превращений можно оценить по количественному определению промежуточных продуктов обмена. [c.460]

Продукт гидролизуется и окисляется в глутарил-СоА, включаясь таким образом в метаболические пути, показанные на рис. 14-8. Примечательный и совершенно иной подход к разрушению лизина обнаружен у бактерии рода lostridium [55], которые получают энергию путем брожения, описываемого уравнением (14-27). [c.110]

Первые стадии главного пути метаболического распада гистидина уже обсуждались. Элиминирование аммиака с последующей гидратацией и разрывом кольца, ведущим к образованию формиминоглутамата, производится в результате необычных реакций [уравнение (14-48)], уже рассматривавшихся ранее. Перенос формильной группы на тетрагидрофолиевую кислоту и ее дальнейший метаболизм описаны в гл. 8 (разд. Л, 3). [c.160]

Получение аргинина, глутаминовой кислоты, глутамина, треонина и пролина микробиологическим способом. Для получения аминокислот — конечных продуктов неразветвленных метаболических путей, например аргинина, ауксотрофные мутанты не используют. В этом случае применяют мутанты с дефектами регуляции [c.49]

Наиболее широко распространенным механизмом регуляции ферментов в клетках является, по-видимому, аллостерическая активация или ингибирование, которые вкратце рассмотрены выше (разд. Б, 6). Метаболические пути контролируются аллостерическими механизмами самых разных типов наиболее распространенными из них являются следующие два механизма. Первый может быть назван активация предшественником. Метаболит, действующий как аллостерический эффектор, включает фермент, катализирующий превращение либо этого же метаболита, либо продукта, находящегося немного далее в цепи превращений. Например, на рис. 6-15 метаболит С (предшественник) активирует фермент, который катализирует практически необратимое превращение соединения D. В других случаях активация является менее прямой. Вк,тюченный фермент может участвовать в образовании второго [c.69]

После того как то или иное полимерное питательное вещество уже переварено (прогидролизовано) и образовавшиеся мономерные продукты проникли в клетку, обычно требуется пусковая реакция, протекающая с поглощением энергии. Например, гидролиз жиров (независимо от того, протекает ли он в просвете кишечника или внутриклеточ-но) приводит к образованию свободных жирных кислот. Прежде чем жирные кислоты примут участие в дальнейших метаболических превращениях, они присоединяются к специальному коферменту, коферментуА (СоА) с образованием СоА-производного жирной кислоты. Эта реакция требует расхода АТР, т. е. гидролиза АТР до АМР и РР (дополнение 3-А). Аналогичным образом глюкоза, попадая в клетки, превращается в эфир фосфорной кислоты — глюкозо-6-фосфат. Реакция образования глюкозо-6-фосфата также требует затраты АТР. Основные метаболические пути часто начинаются с одного из двух этих соедине- [c.81]