Механізми регуляції метаболічних процесів
116-117 
Метаболізм. регуляція
Механізми регуляції метаболічних процесів
А. Основні механізми регуляції метаболічних процесів
Активність всіх шляхів обміну речовин постійно регулюється, що забезпечує відповідність синтезу і деградації метаболітів фізіологічним потребам організму. У цьому розділі розглядаються механізми такого регулювання. Більш детально питання регуляції клітинного метаболізму представлені на сс. 118 - 123 .
Потік метаболітів в обміні речовин визначається перш за все активністю ферментів (див. С. 94 ). Для впливу на ту чи іншу колію досить регулювати активність ферменту, що каталізує найбільш повільну стадію. Такі ферменти, звані ключовими ферментами, є в більшості метаболічних шляхів. Активність ключового ферменту регулюється на трьох незалежних рівнях,
Контроль транскрипції. Контроль за біосинтезу ферменту (1) здійснюється на генетичному рівні. Перш за все мова йде про синтез відповідної мРНК (mRNA), а також про транскрипції кодує фермент гена, тобто про регулювання транскрипції (див. с. 120 , 242 ). У цьому процесі беруть участь регуляторні білки (RP) (фактори транскрипції), дія яких спрямована безпосередньо на ДНК. До того ж в генах є спеціальні регуляторні ділянки - промотори - і ділянки зв'язування регуляторних білків (регуляторні елементи). На ефективність дії цих білків впливають метаболіти або гормони. Якщо цей механізм посилює синтез ферменту, говорять про індукції, якщо ж знижує або пригнічує - про репресії. Процеси індукції і репресії здійснюються лише в певний відрізок часу.
Взаємоперетворенням. Значно швидше, ніж контроль транскрипції, діє взаємоперетворенням ключових ферментів (2). В цьому випадку фермент присутній в клітці в неактивній формі. При метаболічної потреби по сигналу ззовні і за посередництва вторинного месенджера активує фермент (E1) переводить ключовий фермент в каталитически активну форму. Якщо потреба в цьому шляху обміну речовин відпадає, инактивирующий фермент (E2) знову переводить ключовий фермент в неактивну форму. Процес взаємоперетворення в більшості випадків полягає в АТФ-залежному фосфорилировании ферментних білків протеїнкіназою і відповідно дефосфорилюванні фосфатазою (див. С. 122 ). У більшості випадків більш активна фосфорілірованний форма ферменту, однак зустрічаються також і протилежні випадки.
Модуляція лигандами. Важливим параметром, який контролює перебіг метаболічного шляху, є потреба в першому реагенте (тут це метаболіт А). Доступність метаболіту А зростає з підвищенням активності метаболічного шляху (3), в якому утворюється А, і падає з підвищенням активності інших шляхів (4), в яких А витрачається. Доступність А може бути обмежена у зв'язку з його транспортом в інші відділи клітини.
Часто лімітуючим фактором є також доступність коферменту (5). Якщо кофермент регенерується по другому незалежного шляху, цей шлях може лімітувати швидкість основної реакції. Таким чином, наприклад, гліколіз і цитратний цикл регулюються доступністю НАД + (див. С. 148 ). Так як НАД + регенерується в дихальної ланцюга, остання регулює катаболізм глюкози і жирних кислот (контроль дихання, см. С. 146 ).
Нарешті, активність ключового ферменту може регулюватися лигандом (субстратом, кінцевим продуктом реакції, коферментом, іншим ефекторів) як аллостерическим ефектором шляхом зв'язування його не в самому активному центрі, а в іншому місці ферменту, і внаслідок цього зміною ферментативної активності (6, див. З . 118 ). Інгібування ключового ферменту часто викликається кінцевими продуктами реакції відповідної метаболічної ланцюга (інгібування за типом зворотного зв'язку) або метаболітом, які беруть участь в іншому шляху. Стимулювати активацію ферменту може також перший реагент реакційної ланцюга.