Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

91

рые повреждения ДНК и образуют продукты, участвующие в ее репарации. Среди этих продуктов присутствует белок RecA, участвующий в ряде клеточных процессов (рекомбинации, расщеплении АТР и продуктов деградации ДНК подвергает протеолити-ческому расщеплению белок LexA, репрессор SOS-оперона. Таким образом, при появлении в клетке продуктов деградации ДНК активируются процессы ее репарации.

X-

Глава 13. Регуляция активности белковых

посредников биохимических процессов

Регуляция активности готовых белковых посредников (ферментов) является более «быстродействующим" механизмом и раньше откликается на изменение внешних условий, чем регуляция биосинтеза этих посредников. Однако, как мы уже отмечали, оба уровня регуляции необходимы для координированного управления биохимическими процессами в клетке. В свою очередь, процессы регуляции активности белковых посредников можно разделить на две большие группы: регуляция активности путем обратимой ковалентной модификации посредника и регуляция активности без ковалентной модификации посредника.

13.1. Регуляция активности белковых посредников путем их ковалентной модификации

Отличие этого механизма регуляции от посттрансляционной модификации (на уровне биосинтеза белков) состоит в обратимости процесса и отсутствии изменения длины полипептидной цепи. Кроме того, и это особенно важно отметить, обе формы — модифицированная и немодифицированная — активны, хотя и различаются по величине активности н/или по регуляторным свойствам.

У эукариот самым распространенным способом модификации является фосфорилирование. Один из наиболее изученных примеров — процесс синтеза и распада гликогена (рис. 34).

Фосфорилирование ферментов, участвующих в синтезе и распаде гликогена, осуществляется киназами, которые сами активируются сАМР. Как уже отмечалось, концентрация сАМР в клетке обратно пропорциональна концентрации АТР. Следовательно, потребность в энергии (накопление сАМР) приводит к фосфори-лированию указанных ферментов, т. е. к стимуляции гидролиза гликогена и торможению его синтеза. Дополнительная стимуляция гидролиза достигается за счет активирующего эффекта AMP, который накапливается при снижении энергетического заряда клетки (дефиците энергии). Напротив, при накоплении глюкозо-б-фосфата, что свидетельствует об активном протекании энергетических процессов (гликолиза), гидролиз гликогена тормозится.

93

Актиаированнс

Глнкогснсннтгге» J j. Глнкогснсиктетш* D

(вемодифнцнроинйак) (иодифнинрОиини)

|-,

Гликоген — -> Глюкозо-1-фосфат - > UDP-глюкоза

Фосфорила» Ъ ^ фосфорнлама (вемоанфииированная) (модифицированная)

А А_

Икгнбнроаанис

I-АМР^-АТР < ¦ Гл'юкозо-6-фосфат-

Актнаироаакие

Рис. 34. Схема синтеза и распада гликогена.

Немодифицированная фосфорилаза Ь малоактивна и активируется AMP (т.е. при расходовании энергии). Ее фосфорилированная форма, фосфорилаза а, напротив, высокоактивна и инги-бируется глюкозо-6-фосфатом (т.е. при избытке энергии). Немодифицированная гликогенсинте-таза J высокоактивна, тогда как ее модифицированная форма, гликогенсинтетаза D, малоактивна и активируется глюкозо-6-фосфатом

У прокариот, как показано в последнее время, модификация белков путем их фосфорилирования также распространена достаточно широко. Так, в процессе инициации спорообразования у бацилл активируется транскрипция ряда генов, кодирующих белки, часть которых является протеинкиназами (продукты локуса spolU), а часть — акцепторами фосфата (продукты локуса spoOA). Один из последних белков способен связываться с ДНК и, по-видимому, является регулятором транскрипции. Фосфорилирова7 ние влияет на его регуляторные свойства. Этот же белок необходим для развития у клеток Bacillus subtilis состояния компетентности (т.е. способности поглощать из среды чужеродную ДНК). Путем фосфорилирования регулируется также активность некоторых белков у Rhizobium, участвующих в фиксации азота, а также в транспорте ди-и трикарбоновых кислот. Регуляция транспорта сахаров путем фосфорилирования компонентов фосфотрансфераз-ной системы обнаружена у Escherichia coli. Вообще же у этой бактерии найдено около 170 белков, способных фосфорилироваться.

Однако наиболее изученным примером регуляции путем ко-валентной модификации является аденилирование и уридилирова-ние ферментов в системе регуляции активности глутаминсинтета-зы (ГС) (рис. 35).

Указанная регуляция активности ГС дополняется регуляцией на уровне биосинтеза фермента: немодифицированный белок РП через посредство других специальных белков подавляет транскрипцию локусов ГС. В свою очередь, эти белковые регуляторы могут

94

Глутаматдсгкдрогенаэа (ГДГ)

NADP NADPH АТР ADP + Р

NH4*-

Высоки ¦ониентриии

Глутамат

+ NH4+ —^ ^ >

Глутаминсинтетдза (ГС)

Глутамин 2-Оксоглутарат

Стиыулиротыис

АТР I/ РР

V AT *

ГС > ГС-АМР

ADP Р

Стимулирование

— РН

-PII-UMP

При нимой иенсин-

Стныулмромнне

NADP

NADPH

Глутамин: 2-оксог луг арат-«мин стран сферам (ГОГАТ)

Рис. 35. Схема регуляции глутаминсинтетазы

Активность глутаминсинтетазы, состоящей из 12 субъединиц, регулируется аденилировани-ем (присоединением 12 AMP) и деаденилированием, катализируемым аденилилтрансферазой (AT). В аденилированной форме ГС менее активна и зависит от Мп2*. а не от Mg'*. В свою очередь, активность AT регулируется белком p1i, который может находиться в уридилированной или деури-дилированной форме. Их образование катализируется уридилилтрансферазой (УТ). Уридилиро-вание РН стимулируется 2-оксоглутаратом (накапливающимся при недостатке азотного питания), в результате чего ГС активируется, так как PII-UMP стимулирует образование активной, немоди-фицированной формы Гс. Напротив, при избытке азотного питания накапливается глутамин, который стимулирует переход РН в немодифицированную форму, стимулирующую аденилирование ГС, что снижает активность последней

фосфорилироваться с участием специфических протеинкиназ и изменять свою регуляторную активность.

Все эти события — яркий пример каскадной регуляции — наиболее эффективного механизма регуляции сложных метаболических путей, каким и является» в частности, азотный метаболизм.

13.2. Регуляция активности белковых посредников путем нековаленткого взаимодействия с эффекторами

1. Взаимодействие с субстратами. Ферменты, активность которых регулируется субстратом, должны иметь несколько активных

95

центров, сходных по природе и взаимодействующих между собой (гомотропная кооперативность). Здесь возможны два случая:

а) присоединение первой молекулы субстрата облегчает присоединение последующих молекул, и скорость реакции растет по экспоненциальному закону (положительная кооперативность). График зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата имеет S-образную форму;

б) присоединение первой молекулы субстрата затрудняет присоединение последующих молекул (отрицательная кооперативность).

Аналогичные механизмы регуляции действуют при трансмембранном транспорте некоторых субстратов (подробнее об этом в главе, посвященной т

страница 24
< 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

Скачать книгу "Основы энзимологии" (0.9Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Химический каталог

Copyright © 2009
(16.07.2016)