химический каталог




Химия биологически активных природных соединений

Автор Н.А.Преображенский, Р.П.Евстигнеева

фермента. Примером такого регулирования может служить полиферментная система, катализирующая превращение L-треонина в L-изолейцин:

СОСНз СН3

Е I Ei | Ег

СН3СН—СНСООН-v С2Н5—С—СООН -С2Н5—С—СНСООН ->

II I II

ОН NH2 ОН ОН ОН

L-треонин а-ацетил-а-окснмасляная а,Р-диокси-Р-метилвалериа-

кислота новая кислота

Ез

С2НбСН—С—СООН -э- С2НбСН—СНСООН

I II II

СНз О СНз NH2

а-кето-р'-метилвалериа- Х.-изолейцин новая кислота

435

Изменение ферментативной активности белка-фермента (Е) в данном случае связано с изменениями его конформации при взаимодействии с конечным продуктом реакции (L-изолейцином), которые приводят к изменению структуры активного центра фермента. Взаимодействие активного и аллостерического центров носит кооперативный характер.

В результате конформационного превращения при действии продукта реакции по центру регулирования каталитически активный центр становится доступным для субстрата.

Кинетика действия ферментов со специфической аллостерической функцией характеризуется S-образной кривой зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата или аллостерического эффектора, т. е. изменение скорости реакции происходит в очень малом интервале концентраций эффектора, что обеспечивает ее чувствительность, к минимальным сдвигам и устойчивость регуляции.

Ферменты, изменяющие активность за счет аллостерического взаимодействия белка-фермента с эффектором или продуктом реакции, как правило, катализируют начальную стадию последовательных реакций, и их называют регуляторными ферментами. Этим белкам приписывается основная роль в регуляции ферментативной активности и в регуляции синтеза специфических белков.

Регуляторные ферменты, имеющие четвертичную структуру, содержат несколько активных и аллостерических центров. Связывание специфического субстрата на одном из активных центров или связывание эффектора на одном из аллостерических центров вызывает существенные конформационные изменения и связанные с ними изменения свойств остальных активных и аллостерических центров. Для регуляторных ферментов характерна олигомерная структура, т. е. наличие нескольких субъединиц [29]. В каждый активный центр таких ферментов входят функциональные группы от нескольких субъединиц, поэтому изменение агрегатного состояния фермента влияет на активность ферментов: при диссоциации олигомерного фермента на мономеры происходит его инактивация.

Расщепление гликогена до глюкозо-1-фосфата катализируется фосфо-рилазой, которая активируется АМФ. Показано, что фосфорилаза состоит из двух неактивных субъединиц; активной формой фосфорилазы" является димер. АМФ, являясь активатором фосфорилазы, способствует димеризации. Вероятно, АМФ действует как аллостерический эффектор.

Активность некоторых ферментов регулируется специфическими эффекторами, которые по структуре отличаются от субстрата, кофактора и продукта данной ферментативной реакции. Эффектор присоединяется к белку-ферменту на участке, отличном от участков связывания субстрата и продукта. Примером такой аллостерической регуляции является изменение активности ферментов под влиянием низкомолекулярных гормонов [30].

Помимо аллостерического механизма имеются и другие возможности изменения активности белка-фермента. Фермент может существовать в двух равновесных формах, и активатор будет стабилизировать активную форму [31]. Одним из путей управления ферментативными реакциями является возможность изменения свойств фермента при образовании им комплексов с определенными белками. Например, в сыворотке крови содержится два ингибитора трипсина с разным сродством к ферменту. Они образуют с ним комплексы, обладающие различной протеолитической активностью. В комплексе с ингибитором II трипсин полностью инакти-

436

вируется, а при соединении с ингибитором I лишь сужается специфичность трипсина, сохраняется активность только по отношению к некоторым субстратам (протамин).

Кроме механизмов, регулирующих активность ферментов, существуют механизмы, которые определяют количество синтезируемого фермента. Изменение количества фермента представляет собой один из наиболее решающих факторов в регуляции обмена веществ. Речь идет не только о регулировании скорости биосинтеза ферментов, но и о взаимопревращении активной и неактивной форм фермента.

Как известно, специфическая структура каждого белка-фермента определяется геном, т. е. специфической молекулярной структурой ДНК в соответствующем участке хромосомы. В настоящее время предложен механизм регуляции биосинтеза белков-ферментов, основанный на явлениях индукции и репрессии (см. кн. I, стр. 490).

В основе этой регуляции лежит принцип обратной связи. Сигналы обратной связи, управляющие деятельностью макромолекул, передаются обычно с помощью малых, быстро диффундирующих молекул. Репрессо-ром может служить конечный продукт в метаболической цепи, индуктором — продукт реакции.

Почти во всех изученных системах с репрессией и индукцией по типу обратной связи обнаружена непрерывная зависимость количества фермента от концентрации репрессора или индуктора в широком диапазоне изменения последней.

Как при индукции, так и при репрессии ферментов малые молекулы метаболита не вызывают повышения или подавления ферментативной активности; они действуют на генетический локус, контролирующий синтез данного фермента.

Роль метаболита при репрессии биосинтеза сводится, по-видимому, к аллостерическому соединению с белком-репрессором. При этом репрес-сор изменяется так, что он уже не может взаимодействовать с геном-оператором. Таким образом, перепроизводство конечного продукта данного метаболического пути влечет за собой активацию репрессора и, следовательно, снижение скорости синтеза ферментов, необходимых для данного метаболического пути.

Как и в случае репрессии, механизм индукции может быть реализован посредством изменения скорости синтеза белка-фермента или превращения готового неактивного предшественника в фермент. Кроме того, субстрат фермента также может при известных условиях связываться с молекулой специфического белка (репрессора) и действовать в качестве индуктора, «включая» структурный* ген, контролирующий синтез того фермента, для которого данный субстрат является компонентом индуктора.

К индукции ферментов может привести и изменение самых различных факторов, начиная от стереоспецифических субстратов и общих изменений среды, например температуры, до введения в сферу влияния гормонов и лекарственных веществ.

Клетка синтезирует лишь те белки, которые ей необходимы в данный момент. Под действием факторов внешней среды клетка прекращает биосинтез одних ферментов и синтезирует необходимые ей другие ферменты. Например, при остром дефиците незаменимых аминокислот в клетках происходит синтез изофермента альдолазы с измененным аминокислотным составом, но способным катализировать ту же самую реакцию.

437

Бактерии кишечной палочки Е. coli в нормальной среде содержат в очень незначительном количестве фермент {5-галактозидазу, расщепляющий лактозу. При добавлении в питательную среду лактозы происходит значительное увеличение количества этого фермента, т. е. лактоза индуцирует синтез р-галактозидазы.

Как у животных, так и у человека обнаружена индукция ферментов в ответ на поступление в организм чуждых ему веществ. В этом случае индукция сопряжена с развитием защитных механизмов организма. Введение лекарственных веществ индуцирует ферментные системы, приводящие к трансформации и деградации этих соединений. Этим можно объяснить наблюдающееся часто привыкание к некоторым лекарственным веществам при длительном их применении [32].

Как известно, ряд ферментов синтезируется в организме в неактивной форме предшественника фермента. В этом случае специфический белок-фермент образуется из неспецифического белка-предшественника, еще неспособного выполнять каталитическую функцию, и его превращение в биокатализатор происходит под влиянием субстрата, который играет ведущую роль в соответствующей перестройке специфического белка в фермент. Появление ферментативной активности в данном случае может быть сопряжено с изменением конформации полипептидной цепи, агрегацией субъединиц фермента, разрушением специфического ингибитора ферментов. Протеолитические ферменты, катализирующие различные процессы пищеварения в желудочно-кишечном тракте, например трипсин и химотрипсин, синтезируются в неактивной форме в виде трипсиногена и химотрипсиногена. Активация их происходит за счет протеолиза, катализируемого ферментом трипсином. Как видно, трипсин активирует пре-фермент и регулирует необходимое количество активной формы фермента.

Важную роль в регуляции жизненных функций организма играют изоферменты, т. е. генетически обусловленные множественные молекулярные формы ферментов. Изоферменты, одинаковые по специфичности действия, различаются регуляторными свойствами. Они дифференцированно отвечают на сигналы высших регуляторных систем, функционируют в различных физиологических условиях.

Примером клеточной дифференцировки могут служить реакции, катализируемые изоферментами лактатдегидрогеназы в различных физиологических условиях. Показано, что лактатдегидрогеназа, находящаяся в мышцах, для которых характерен интенсивный гликолиз, обладает сильным сродством к пировиноградной кислоте и высокой активностью в процессе реокисления восстановленного НАД пировиноградной кислотой, в результате которого образуется молочная кислота. Лактатдегидрогеназа ткани, для которой характерно активное дыхание («аэробные мышцы»), обладает меньшим сродством к пировиноградной кислоте и менее активно катализирует реакцию реокисления восстановленного НАД, что дает ему возможность окисляться аэробным путем в митохондриях с образованием богатых энергией соединений.

В последнее время показано, что в процессе естественного старения организма происходит количественная и качественная модификация изо-ферментов, которая приводит к изменению биохимических свойств ферментов, сопровождающемуся уменьшением каталитической активности.

Определенную регуляторную роль при протекании ферментативных процессов в клетке выполняют субклеточные структуры, с которыми связаны отдельные ферменты и полиферментные системы, определенным

438

образом локализованные внутри клетки. Активность таких ферментов зависит от состояния этих структур. Любое изменение связи между ферментом и субклеточной структурой или изменение конформации связанного белка-фермента приводит к изменению активности этого фермента.

Ферменты и промежуточные продукты обмена веществ неравномерно распределены в отдельных элементах клеточной структуры. Упорядоченному движению молекул внутри клетки способствует высокая степень избирательности клеточной мембраны. Транспорт веществ через биологические мембраны, представляющие собой генетически детерминированные структуры, в которых заложена информация относительно тех процессов, выполнение которых они обеспечивают, является ферментативным процессом и обусловлен активностью мембранных ферментов.

Внутри клетки существуют мембранные барьеры, которые выполняют определенную регулирующую роль в протекающих ферментативных реакциях. Направленное перераспределение компонентов метаболических систем в клетке зависит от концентрации веществ, а также от проницаемости мембран.

На проницаемость мембраны могут влиять различные факторы. Так, инсулин повышает проницаемость плазматической мембраны мышечных клеток для глюкозы, стимулируя транспорт глюкозы из крови и межклеточных пространств внутрь клеток скелетной и сердечной мышцы и жировой ткани. При интенсивном течении процессов окислительного фосфорилирования, приводящих к накоплению больших количеств АТФ, внутри митохондрий происходит взаимодействие АТФ с актомиозинподобным белком мембран, сопровождающееся конформационными изменениями белка. А это в свою очередь приводит к сокращению митохондриальных мембран и уменьшению их проницаемости, т. е. к снижению скорости транспорта веществ через мембрану митохондрий. С уменьшением концентрации АТФ внутри митохондрий проницаемость мембран увеличивается. По-видимому, митохондриальная мембрана участвует в регуляции энергетического обмена клетки.

Примером регулирующего влияния субклеточных структур в клетке является гликолитическая система, основные компоненты которой размещены в различных клеточных пространствах. Коферменты и эффекторы находятся в субклеточных структурах, а ферменты — в цитоплазме. Обособленная локализация коферментов и апоферментов гликолиза в клетке дает предпосылки для тончайшей функциональной согласованности. Действие цикла обеспечивается механизмами, вызывающими перемещение коферментов гликолиза из митохондрий и ядра в гиалоплазт му — гликолитическое пространство клетки. Одновременно через наружную плазматическую мембрану внутрь клетки поступают субстраты гликолиза и окисления, а также гормоны, управляющие активностью некоторых ферментов. Метаболиты, циркулирующие между митохондриями и гликолитическим пространством клетки, обеспечивают согласованную деятельность дыхательного и гликолитического фосфорилирования.

Благодаря сведению разнообразных химических процессов в единую соподчиненную систему клетка способна к саморегулированию и к поддержанию структуры и функций в условиях изменяющейся окружающей среды.

439

ЛИТЕРАТУРА

1. Малер Г., Кордес Ю. Основы биологической химии. Пер. с аигл. Под ред. А. А. Бае-ва, Я. М. Варшавского. М., «Мир», 1970. 567 с.

2. Вилли К., Детье В. Биология. Пер. с англ. М., «Мир», 1974. 822 с.

3. Ленинджер А. Биохимия. Пер. с англ. Под ред. А. А. Баева, Я. М. Варшавского. М,. «Мир», 1974. 95/ с.

4. Дэгли С, Никалъсон Д. Метаболические пути. Пер. с аигл. Под ред. Н. С. Кулаева.

М.. «Мир», 1973. 310 с.

5. Биогенез природных соединений. Пер. с англ. Под ред. Л. М. Гинодмана. М., «Мир»,

1965.-723 с.

6. Косовср Э. Молекулярная биохимия. Пер. с англ. Под ред. А. Е. Брауиштейна. Я. М. Варшавского. М., «Мир», 1964. 336 с.

7. Грин Д., Гольдбергер Р. Молекулярные аспекты жизни. Пер. с англ. Под ред. Я. М. Варшавского. М., «Мир», 1968. 400 с.

8. Ясайтис А. А. Биофизика. Итоги науки и техники. Т. 3. М., Изд. ВИНИТИ, 1973. 171 с.

9. Скулачев В. П. Аккумуляция энергии в клетке. М., «Наука», 1969. 440 с.

10. Ленинджер А. Митохондрия. Пер. с англ. М., «Мир», 1966. 316 с.

11. Волькенштейн М. В. Молекулы и жизнь. М., «Наука», 1965. 504 с.

12. Живая клетка. Пер. с англ. Под ред. Г. М. Франка. М., «Мир», 1962. 223 с.

13. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. М., «Высшая школа>, 1973. 479 с.

14. Скулачев В. П. Трансформация энергии в биомембранах. М., «Наука», 1972. 199 с.

15. Пюльман В., Пюльман А. Квантовая биохимия. Пер. с англ. Под ред. Л. А. Блюмен-фельда. М., «Мир», 1?65. 654 с.

16. Дэвис Д., Джованелли Дж., Рис Т. Биохимия растений. Пер. с англ. Под ред. В. Л. Кретовича. М.. «Мир», 1966. 512 с.

17. Кулаев Н. С. Неорганические полифосфаты и их физиологическая роль. М., «Наука», 1975. 31 с. •

18. Сент-Дьердьи А. Биоэнергетика. Пер. с англ. Под ред. Л. А. Темермана. М., Физ.-мат. лит.. I960. 155 с.<

страница 65
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Химия биологически активных природных соединений" (6.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
смесители paffoni гарантия
циркуляционный насос для отопления
купить морские раковины большого размера
завод производства гироскутеров

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)