- •1. Введение
- •2. Основные термины и определения
- •3. Роль регуляторных механизмов в поддержании клеточного гомеостаза
- •4. Типы регуляции
- •5. Практическое использование знаний об основах регуляции метаболизма у микроорганизмов
- •1. Способ регуляции метаболических процессов, основанный на избирательном синтезе ферментов
- •2. Регуляция репликации днк
- •3. Регуляция процесса транскрипции. Механизмы индукции и репрессии
- •4. Другие механизмы регуляции транскрипции у микроорганизмов
- •1. Избирательный синтез ферментов за счет регуляции процесса трансляции у микроорганизмов
- •2. Биосинтез и сборка компонентов аппарата трансляции
- •3. Регуляция функционирования аппарата трансляции
- •4. Способы регуляции биосинтеза и круговорота белков у микроорганизмов путем посттрансляционной модификации и избирательного протеолиза
- •1. Способ регуляции метаболических процессов у микроорганизмов, основанный на изменении активности ферментов
- •2. Простые и регуляторные ферменты
- •3. Аллостерические ферменты и эффекторы
- •4. Гомотропная и гетеротропная кооперативность
- •5. Обратимая ковалентная модификация
- •1. Специфические механизмы регуляции активности ферментов у микроорганизмов. Регуляция путей биосинтеза и промежуточного обмена
- •2. Роль энергетического заряда в регуляции клеточного метаболизма
- •3. Регуляторные эффекты Пастера и Крэбтри
- •4. Регуляция метаболической активности за счёт компартментализации ферментов и их взаимодействия с клеточными мембранами
- •1. Пассивная проницаемость и транспортные функции цитоплазматической мембраны бактерий
- •2. Энергетика транспортных процессов у микроорганизмов
- •3. Организация и регуляция транспортных процессов на уровне биосинтеза. Сборка и функционирование компонентов транспортных систем
- •1. Общая характеристика процесса клеточного деления
- •2. Накопление критической клеточной массы и репликация днк генома
- •3. Построение клеточной оболочки и перегородки
- •4. Взаимоотношение репликации днк и сборки клеточной перегородки
- •1. Скорость метаболизма в процессе клеточного деления
- •2. Выявление «узких мест» в метаболизме микробной клетки
- •3. Связь скорости роста микроорганизмов с биосинтезом стабильных форм рнк
- •4. Взаимосвязь регуляторных механизмов и их реализация в развивающихся микробных клетках
- •5. Регуляция межклеточных взаимодействий
- •1. Общая характеристика методологических подходов к решению научных проблем регуляции метаболизма микробных клеток
- •2. Классификация методов изучения регуляции метаболической активности
- •3. Методические особенности изучения скорости роста и активности транспортных систем у микроорганизмов
- •4. Методы изучения регуляции клеточного метаболизма с использованием мутантных микроорганизмов
- •Практика
- •Вводная часть
- •Основные термины и определения
- •1 Подготовка бактериальных клеток к анализу
- •1.1 Интактные клетки
- •1.1.1 Растущие клетки
- •1.1.2 Покоящиеся клетки
- •1.1.3 Голодающие покоящиеся клетки
- •1.2 Проницаемость клеток
- •1.2.1 Обработка растворителями
- •1.2.2 Обработка хелатообразующими агентами
- •1.3 Препараты дезинтегрированных клеток
- •1.3.1 Разрушение клеток под действием осмотических сил
- •1.3.2 Дезинтеграция
- •2 Изучение метаболической активности микроорганизмов. Общая характеристика условий эксперимента
3. Аллостерические ферменты и эффекторы
Кроме каталитических центров, распознающих и связывающих субстраты, у регуляторных ферментов есть и другие стереоспецифические участки - так называемые аллостерические центры. Это места связывания эффекторов, изменяющих сродство фермента к субстрату. Имеются особые участки для связывания положительных эффекторов (активаторов) и для отрицательных эффекторов (ингибиторов). Под влиянием эффекторов изменяется форма кривой насыщения, а именно, степень ее «сигмоидности». Говорят не только об аллостерических центрах, но также об аллостерическом торможении и аллостерических ферментах (термины «аллостерические ферменты», «регуляторные ферменты» и «сигмоидные ферменты» часто употребляют как синонимы).
Коэффициент (степень) неоперативности (коэффициент Хилла) – п - соответствует числу зависимых друг от друга областей связывания или числу субъединиц, участвующих в кооперативной реакции. При отсутствии кооперативности п = 1. Для аллостерического фермента, состоящего из четырех субъединиц, возможны значения п >1 и п <4 в зависимости от степени положительной кооперативности. При отрицательной кооперативности п < 1. Имеются и более сложные системы (п >4), на которых мы здесь останавливаться не будем.
Аллостерические ферменты (ферменты-мишени) - это ферменты, активность которых регулируется по типу обратной связи. Кроме активных центров аллостерические ферменты содержат специальные участки связывания соответствующих эффекторов (ингибиторов или активаторов). Для большинства аллостерических ферментов характерна сигмоидная зависимость скорости ферментативной реакции от возрастающей концентрации субстрата. Это объясняется кооперативным взаимодействием субстрата и (или) эффекторов с ферментом. Аллостерические ферменты имеются, как правило, в каждом пути биосинтеза и в некоторых путях катаболизма. В большинстве случаев они находятся в начале цепи биосинтеза и занимают, таким образом, ключевую позицию.
Аллостерические эффекторы представляют собой низкомолекулярные соединения - это либо конечные продукты биосинтеза, либо вещества, концентрация которых может отражать состояние клеточного метаболизма, например AТФ, AДФ, AMФ, ацетил-СоА, фосфоенолпируват и NADH2.
Специфическое действие аллостерического ингибитора заключается в том, что S-образная (сигмоидная) форма кривой становится более выраженной и поэтому скорость реакции при низких концентрациях субстрата (аспартата) падает; такое ингибирование почти совсем прекращается при повышении концентрации субстрата. Кроме того, S-образный характер кривой зависимости активности фермента от концентрации субстрата показывает, что фермент имеет более одного участка связывания молекул субстрата (каталитические центры). Присоединение молекулы субстрата к одному из этих центров увеличивает способность фермента связывать дополнительные молекулы субстрата в других каталитических центрах, т. е. происходит кооперативное взаимодействие молекул субстрата с ферментом.
Таким образом, по мере увеличения концентрации субстрата скорость возрастания активности фермента увеличивается. Такое же явление наблюдается и при связывании молекул эффектора: они также кооперативно взаимодействуют с регуляторными центрами фермента.