Общая стратегия изучения биохимических процессов

В этой книге основное внимание уделено сложным биохимическим процессам (например, синтезу белков, мышечному сокращению), в том числе и различным метаболическим путям. Метаболический путь—это совокупность реакций, ответственных за синтез сложных соединений из более простых и за распад соединения до конечных продуктов. Тот или иной сложный биохимический процесс или метаболический путь иногда проявляется на уровне целого организма. Примером такого рода может служить сокращение мышц. Мы знаем, что глюкоза является источником энергии для человека и других животных, а это означает, что в организме человека она должна распадаться (подвергаться метаболизму) с выделением энергии. Однако для того, чтобы получить полное представление о том, каким образом происходит метаболизм глюкозы в клетке—а мы такого представления (в частности, о механизме регуляции) пока не имеем,—необходимо провести исследования на других уровнях. На рис. 2.3 представлены различные типы наблюдений и анализа, которые позволяют полностью охватить весь биохимический процесс, такой, например, как распад глюкозы и высвобождение энергии (этот процесс известен как гликолиз). Эта схема в общих чертах применима ко всем основным биохимическим процессам, обсуждаемым в этой книге, и, таким образом, иллюстрирует общую стратегию изучения биохимических процессов; об этом следует помнить, рассматривая любой биохимический процесс (гликолиз, окисление жирных кислот и т. д.).

Дополнительные замечания по препаративной работе и стратегии исследования

Полезно сделать еще несколько замечаний по некоторым позициям, указанным в табл. 2.7 и на рис. 2.3. 1. Возможность артефактов нисколько не снимает абсолютной необходимости выделения и идентификации каждого компонента, участвующего в биохимическом процессе, в чистом виде; без этого невозможно понять, как протекает процесс на молекулярном уровне. Подтверждением этому могут служить многочисленные примеры, которые нам встретятся в дальнейшем. 2. Важно научиться реконструировать процесс in vitro путем систематического подбора индивидуальных компонентов. Если после сборки всех компонентов системы процесс все-таки не идет, это может означать отсутствие какого-то важного компонента, который был пропущен при идентификации и не добавлялся при сборке. 3. Благодаря достигнутым в последние годы успехам в области технологии (например, в ЯМР-спектроскопии и позитронно-эмиссионной томографии) появилась возможность выявлять определенные биомолекулы на уровне обследования целых органов и следить за изменением их содержания во времени. Это позволяет анализировать многие сложные биохимические процессы in vivo. 4. Лишь после того, как наблюдения, выполненные на разных уровнях, дадут согласующиеся между собой результаты, можно с уверенностью говорить о реальных успехах в понимании изучаемого биохимического процесса. Если же при использовании разных подходов возникнут существенные расхождения, следует искать причину этих расхождений до тех пор, пока не будет найдено рациональное объяснение. 5. Описанное выше сочетание разных уровней исследования и разного рода препаратов может использоваться для выявления биохимических изменений у животных, связанных с изменениями метаболизма (например, при ограниченном или усиленном питании) или с определенными заболеваниями (сахарный диабет, рак). 6. Большая часть описанных выше методов и подходов применима для изучения клеток или тканей человека в норме и патологии. При этом необходимо тщательно следить за тем, чтобы использовались только свежеприготовленные препараты, а кроме того, следует обращать особое внимание на этические вопросы, связанные с проведением экспериментов на человеке.

Вывод о существовании биохимического процесса или метаболического пути, сделанный на основании наблюдении над целым организмом

\/

Анализ механизмов, контролирующих процесс in vivo

\/

Анализ нарушений процесса, вызванных специфическими болезнями (врожденные ошибки метаболизма, рак и т. д.).

\/

Локализация процесса в одном или нескольких органах

\/

Локализация процесса в одной или нескольких клеточных органеллах или субклеточных фракциях

\/

Рассмотрение процесса в виде отдельных реакций

\/

Очистка его индивидуальных субстратов, продуктов, ферментов, кофакторов и других компонентов

\/

Анализ механизмов, контролирующих процесс in vitro

\/

Изучение механизмов отдельных реакций

\/

Реконструкция процесса

\/

Изучение процесса на генетическом уровне методом рекомбинантных ДНК

Рис. 2.3. Стратегия изучения метаболического процесса или метаболического пути. Используемая процедура не обязательно должна включать все перечисленные здесь этапы. Однако применение именно этих подходов позволяет обычно выяснить детали биохимических процессов или метаболических путей. Эта схема в общем виде использовалась для изучения главных метаболических путей, рассматриваемых в последующих главах.