Координированные системы ферментов

Белки выполняют поразительно много разнообразных заданий. Почти все химические реакции в организме катализируются особой группой белков, называемых ферментами. Расщепление питательных веществ для генерирования энергии и синтез новых клеточных структур включают тысячи химических реакций, возможность протекания которых обеспечивается белковым катализом. Белки также выполняют роль переносчиков, например гемоглобин переносит кислород от легких к тканям. Мышечные сокращения и внутриклеточные движения — это взаимодействие молекул белков, чье предназначение состоит в осуществлении координированных движений. Еще одна группа белковых молекул, так называемые антитела, защищает нас от чужеродных веществ, таких как вирусы, бактерии и клетки других организмов. Активность нашей нервной системы также зависит от белков, которые получают, передают и собирают информацию из внешнего мира. Белки — это также гормоны, управляющие ростом клеток и координирующие их активность. [c.116]

Концепция аллостерических ферментов, разработанная в основном на экспериментах с бактериями, как мы убедились, оказалась весьма плодотворной и при изучении механизмов регуляции ферментативной активности у млекопитающих. Однако еще далеко не ясно, осуществляется ли регуляция биосинтеза ферментов у млекопитающих и бактерий одинаково или различно. Те самые факторы, благодаря которым бактерии являются таким удобным экспериментальным материалом, подвергают сомнению возможность распространения имеющихся концепций и на соответствующие системы у млекопитающих. Многоклеточные организмы обладают способностью поддерживать довольно постоянными условия среды, в которых находятся их ткани. Эти ткани могут выполнять высокоспециализированные функции, а их метаболическая активность координируется с помощью гормональных и нервных механизмов. Бактериям, наоборот, приходится быстро приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям, которые они вообще не могут или могут очень мало изменять. [c.75]

В биологических системах действуют структурные принципы, характерные для всех комплексных соединений, как, например, хелат-эффект, преимущественное образование пяти- и шестичленных циклов, определенные конформационные изменения. Кроме того, в ферментах проявляются структурные эффекты, не наблюдаемые в других комплексах. Интересным примером является карбоангидраза, которая катализирует процесс превращения диоксида углерода в гидрокарбонат-ионы. Как и карбоксипептидаза, карбоангидраза содержит атомы координирующие три гистидиновых остатка и молекулу воды или гидроксид-ион (рис. 18.19). [c.588]

Таким образом, клеточная активность хорошо координирована на ферментном уровне —лишь в весьма редких случаях темпы синтеза и разрушения веществ отличаются от необходимых для обеспечения нормального роста и поддержания метаболизма клетки [68, 98]. Однако термин гомеостаз применяется к подобным механизмам регуляции довольно ограниченно говорят, что клетка обладает гомеостатическими реакциями в том смысле, что если ей наносится какое-либо обратимое повреждение, то клетка сама его ликвидирует. Так, когда в ДНК происходят определенные мутации, и вследствие этого синтез некоторых ферментов становится невозможным, необходимые метаболиты все-таки синтезируются, хотя и необычным для нормальной клетки путем — возможно именно в этом и состоит значение альтернативных метаболических путей [98, стр. 554]. Чаще, однако, вместо гомеостаза говорят об устойчивости или эластичности устойчивость комплексов биохимических реакций связывается со сложностью системы метаболических путей [72, 338]. Тесно переплетаемая сеть реакций, поддерживаемых в стационарном состоянии, обеспечивает химическую эластичность клетки, от которой зависит ее выживание в изменяющихся условиях среды [72, стр. 12]. [c.52]

Электронный спектр приносит особую пользу при определении координационного числа и расположения лигандов в металлофермен-тах. Электронный спектр карбоангидразы, в которой цинк(11) заменен на кобальт(П), показывает, что ион металла находится в центре искаженного тетраэдра [40]. Однако, когда проводятся такие исследования, необходимо особенно тщательно убедиться, что структура фермента не меняется при замене металла. Если фермент при этом остается активным, то можно до некоторой степени быть уверенным, что структура его не изменилась. В указанном примере последующий рентгеноструктурный анализ подтвердил, что лпганды группируются вокруг цинка(11) в виде искаженного тетраэдра. Проводя интерпертацию видимого спектра эритрокупреина — белка, содержащего медь 11), авторы работы [40] пришли к выводу, что в данной системе координируются по крайней мере четыре азотсодержащих донорных лиганда. [c.108]

Координирующая роль мембран состоит в том, что многие ферменты активны только в связанном с мембранами состоянии (мембраны создают своеобразный биологический конвейер ). Поэтому, важна также векторная роль мембран в действии ферментов. Примерами могут быть процессы фотосинтеза трансформация энергии и биосинтез органических веществ протекает на мембранах как высокоорганизованный процесс дыхание и окислительное фосфолирование в мембранах митохондрий, а также всасывание и переваривание пищи, возникновение и передача импульсов в нервной системе, работа органов чувств, работа сердца, сокращение мышц. [c.108]

Иммунная система противодействует заболеванию организма и вторжению в него посторонних веществ. За последние 20 лет многое стало известным о группе ферментов и других белков, которые фиксируют присутствие инородного тела и координируют ответную реакцию организма. Клетки плазмы, продуцируемые белыми кровяными тельцами, выделяют в кровь молекулы антитела. Антитела нейтрализуют чужеродные белки или присутствующие в крови полисахариды, способные вызвать заболевание. Химикам принадлежит решающий вклад в изучение природы молекул антител. Именно химики первыми продемонстрировали, что это белки, а затем определили их действительное химическое строение, а также структуру кодируюпщх их генов. В результате стали проясняться детали созданной природой системы. Антитела содержат переменную (вариабельную) область, в которой последовательность аминокислот меняется в зависимости от того, какое инородное вещество надо нейтрализовать, и постоянную (константную) область, которая в основном одинакова в большинстве антител. Переменная область молекулы распознает и связывает специфические тела вторжения, а постоянная занимается собственно устранением постороннего вещества. Полученные результаты открывают широкие возможности для дальнейших исследований. Настоятельная необходимость самых интенсивных исследований в этой области усугубляется необходимостью разработки эффективного лечения синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). [c.107]

Нервная регуляция белкового обмена начинается уже с момента переваривания белков, а затем всасывания продуктов переваривания из кшиеч-иика в кровь. Образование протеолитических ферментов в пищеварительных железах, выделение пищеварительных соков регулируется нервной системой. Регулируются и координируются нервной системой и другие звенья обмена. От коры больншх полушарий головного мозга и от подкорковых центров к периферии направляются импульсы, под влиянием которых процессы азотистого обмена приспосабливаются к условиям внешней и внут[)ен-ней среды организма. Регуляторные воздействия центральной нервной системы на обмен венхеств осуществляются также рефлекторным путем. [c.434]

Доказано существование связи цинка с серусодержащими группами белка некоторых цинксодержащих ферментов — дрожжевой алкогольдегидрогеназы, угольной ангидразы, щелочной фосфатазы. У цинка более, чем у иона марганца (Мп2+), выражена способность координироваться с азотсодержащими группами. Большим сродством к сере обладают также ионы меди одновалентной (Си+) и менее — меди двухвалентной (Си +). Вполне вероятно, что вся Си + связана в белках с серой, с остатками цистеина и гистидина. Ионы Ре2+, Сц2+, Со + имеют более выраженную тенденцию связываться с азотсодержащими груп-, пами, чем с кислородсодержащими (Orgel, 1958). Особенно четко это выражено для двухвалентной меди. Железо трехвалентное (Ре +) напротив предпочитает комплексироваться с кислородными донорами. Таким образом, избирательное распределение ионов металлов между молекулами в биологических системах определяется сродством катионов к таким функциональным группам белков, как сульфидные и кислородсодержащие анионные [c.31]

Дыхательный контроль-это лишь одна из частей сложной системы обратных связей, координирующих скорости гликолиза, расщепления жирных кислот, реакций цикла лимонной кислоты и транспорта электронов. Скорости всех этих процессов зависят от отношения ATP ADP-ohh возрастают при усиленном использовании АТР, приводящем к повьнпению уровня ADP. Одним из звеньев в этой регуляторной системе является и АТР-синтетаза внутренней митохондриальной мембраны. Этот фермент работает быстрее, когда концентрация его субстратов-ADP и Pi-возрастает. По мере ускорения реакции все больше протонов перетекает в матрикс, понижая электрохимический градиент, а уменьшение градиента в свою очередь приводит к увеличению скорости транспорта электронов. [c.33]

Мы почти ничего не знаем о том, каким образом генетические системы ядра и органелл координируют свою активность при построении митохондрий и хлоропластов. Ясно, однако, что преобладает контроль со стороны ядерного генома. На это указывает тот факт, что у мутантов, у которых блокирован белковый синтез в органеллах, все же образуется нормальное количество проорганелл и в них продолжается синтез всей ДНК и части РНК органеллы, из чего можно заключить, что эти процессы, так же как и транспорт участвующих в них ферментов, находятся всецело под контролем ядерного генома. Кроме того, ядро, вероятно, регулирует количество белков, образующихся на рибосомах внутри органеллы. Относительно некоторых белков хлоропласта есть данные, что такая регуляция осуществляется на уровне тран-скригщии, но ее механизм неизвестен. [c.66]

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]