III. Клеточный уровень регуляции

К регуляторным процессам на уровне клетки относятся:

1. Ядерно-цитоплазматические взаимоотношения – взаимозависимый контроль синтез важнейших функционально активных биополимеров. Суть – согласованная деятельность генома ядра и геномов митохондрий, хлоропластов и других субклеточных структур приводит к возникновению сложных белково-ферментных комплексов, обеспечивающих фундаментальные направления обмена веществ.

2. Постранскрипционная и пострансляционная модификация (процессинг) макромолекул. Предшественники РНК превращаются в функционально активные, что предопределяет интенсивность синтеза белка. Из полипептидов-предшественников образуются активные ферменты, гормоны и др.

3. Перенос веществ через мембраны ядра, митохондрий, лизосом, ЭПС и др. сказывается на скорости биохимических процессов.

4. Макромолекулярные взаимодействия:

– белок–белок – становление ферментов-мультимеров, мультиэнзимных комплексов, ансамблей ферментов и метаболонов, гормон-рецепторных комплексов;

– белок–нуклеиновая кислота – транспорт иРНК через мембраны ядра;

– липид–белок – мембраны (активность мембрано-связанных ферментов, степень проницаемости мембран для метаболитов и др.).

IV. Организменный уровень регуляции

Главный механизм – гормональный, направляемый сигналами нервной системы у животных и внешней среды – у растений.

V. Уровень регуляции метаболизма в экосистемах (популяционный)

Суть: мощное влияние химических соединений, вырабатываемых и выделяемых одними особями, на обмен веществ и поведенческие реакции других особей. Реализуется через рецепторные системы или ткани-мишени.

Примеры:

– Антибиотики – вещества, образуемые микроорганизмами и обладающие антибактериальным и противоопухолевым действием. Они вмешиваются в обмен белков, нуклеиновых кислот и в энергетические процессы пораженных организмов и клеток, избирательно воздействуя на определенные молекулярные механизмы. Например, в биосинтезе белка пуромицин высвобождает недостроенные полипептиды, тетрациклины подавляют присоединение аминоацил-тРНК к рибосоме, левомицетин подавляет пептидилтрансферазную реакцию, эриторимицин блокирует перемещение рибосомы по иРНК, стрептомицин искажает считывание кода белкового синтеза; в биосинтезе нуклеиновых кислот противораковые и антибактериальные антибиотики (актиномицины, митомицин и др.) подавляют репликацию и транскрипцию; на энергетические процессы в клетке действуют антимицин (подавляет перенос электронов в цитохромной системе), олигомицин (подавляет сопряжение окисления с фосфорилированием) и др. Пенициллины и D-циклосерин приостанавливают биосинтез гликопротеинов клеточных стенок бактерий.

Химическая природа антибиотиков разнообразна и сложна.

– Телергоны – вещества, образуемые железами внутренней секреции животных, оказывающие специфическое воздействие на другие организмы:

– привлекают особей противоположного пола (бомбикол тутового шелкопряда – гексадекадиен-10,12-ол-1);

– стимулируют процессы размножения;

– предопределяют половое поведение (половые феромоны);

– вещества тревоги и испуга (цитраль муравьев-листоедов  кромсают на части все живое);

– вещества ублажения (псевдоферомоны) и др.

– Фитонциды – антибактериальные вещества, вырабатываемые здоровыми растениями.

– Фитоалексины – защитные соединения, образующиеся в растениях в ответ на бактериальное или грибковое заражение.

Изучение этих веществ, раскрытие механизмов их действия – существенно для разработки экологической стратегии человечества.

Литература

1. Албертс, Б. Молекулярная биология клетки [Текст]: В 3-х томах / Б. Албертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертс, Дж. Уотсон; пер. с англ. под ред. Г. П. Георгиева, Ю. С. Ченцова. – М.: Мир, 1994. – Т. 1.

2. Березов, Т. Т. Биологическая химия [Текст]: Учебник / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин; под ред. С. С. Дебова. – М.: Медицина, 1988.

3. Галактионов, С. Г. Биологически активные [Текст] / С. Г. Галактионов. – М.: Молодая гвардия, 1988.

4. Грин, Н. Биология [Текст]: В 3-х томах / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор; пер. с англ.; под ред. Р. Сопера. – М.: Мир, 1990.

5. Диксон, М. Ферменты [Текст]: В 3-х томах / М. Диксон, Э. Уэбб; пер. с англ. Л. М. Гинодмана, М. И. Левянт под ред. В. К. Антонова, А. Е. Браунштейна. – М.: Мир, 1982.

6. Држевецкая, И. А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы [Текст] / И. А. Држевецкая. – М.: Высшая школа, 1994.

7. Ермолаев, М. В. Биологическая химия [Текст]: Учебник / М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичева. – М.: Медицина, 1989.

8. Зенгбуш, П. Молекулярная и клеточная биология [Текст]: В 3-х томах / П. Зенгбуш; пер. с англ. Л. В. Алексеевой, Л. С. Шляхтенко под ред. В. А. Энгельгардта. – М.: Мир, 1982.

9. Кильчевская, М. А. Метаболический атлас [Текст] / М. А. Кильчевская. – Минск: Вышэйшая школа, 1976.

10. Котенок, Я. Ф. Основы общей цитологии [Текст] / Я. Ф. Котенок. – Киров: КГПИ, 1988.

11. Кнорре, Д. Г. Биологическая химия [Текст]: Учеб. для хим., биол. и мед. спец. вузов / Д. Г. Кнорре, С. Д. Мызина. – М.: Высшая школа, 1998.

12. Кривобокова, С. С. Биологическое окисление (исторический очерк) [Текст] / С. С. Кривобокова. – М.: Наука, 1971.

13. Кузнецов, В. И. Естествознание [Текст] / В. И. Кузнецов, Г. М. Идлис, В. Н. Гутина. – М.: Агар, 1996.

14. Ленский, А. С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию [Текст]: Учеб. пособие для студ. мед. вузов / А. С. Ленский. – М.: Высшая школа, 1989.

15. Марри, Р. Биохимия человека [Текст]: В 2-х т. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл; пер. с англ. В. В. Борисова, Е. В. Дайниченко под ред. Л. М. Гинодмана. – М.: Мир, 1993.

16. Мецлер, Д. Биохимия. Химические реакции в живой клетке [Текст]: В 3-х томах / Д. Мецлер; пер. с англ. под ред. А. Е. Браунштейна, Л. М. Гинодмана, Е. С. Северина. – М.: Мир, 1980.

17. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот [Текст] / Под ред. А. С. Спирина. – М.: Высшая школа, 1990.

18. Неницеску, К. Д. Органическая химия [Текст]: В 2-х томах / К. Д. Неницеску. – М.: Изд-во иностр. лит-ры., 1963. – Т. 2.

19. Овчинников, Ю. А. Биоорганическая химия [Текст] / Ю. А. Овчинников. – М.: Просвещение, 1987.

20. Основы биохимии [Текст] / Под ред. А. А. Анисимова. – М.: Высшая школа, 1986.

21. Петров, Н. А. Органическая химия [Текст]: Учебник / Н. А. Петров, Х. В. Бальян, А. Т. Трощенко. – М.: Высшая школа, 1981.

22. Полевой, В. В. Физиология растений [Текст]: Учеб. для биол. спец. вузов / В. В. Полевой. – М.: Высшая школа, 1989.

23. Полевой, В. В. Фитогормоны [Текст] / В. В. Полевой. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982.

24. Рис, Э. От клеток к атомам. Иллюстрированное введение в молекулярную биологию [Текст] / Э. Рис, М. Стернберг; пер. с англ. под ред. Ю. С. Лазуркина, В. А. Ткачука. – М.: Мир, 1988.

25. Розенгарт, В. И. Ферменты – двигатели жизни [Текст] / В. И. Розенгарт. – Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1983.

26. Синюков, В. В. Вода известная и неизвестная [Текст] / В. В. Синюков. – М.: Знание, 1987.

27. Скулачев, В. П. Рассказы о биоэнергетике [Текст] / В. П. Скулачев. – М.: Молодая гвардия, 1985.

28. Степанов, В. М. Молекулярная биология. Структура и функции белков [Текст] / В. М. Степанов. – М.: Высшая школа, 1996.

29. Филиппович, Ю. Б. Основы биохимии [Текст]: Учеб. для хим. и биол. спец. пед. ун-тов и ин-тов / Ю. Б. Филиппович. – М.: Агар, 1999.

30. Франк-Каменецкий, М. Д. Самая главная молекула [Текст] / М. Д. Франк-Каменецкий. – М.: Наука, 1988.

31. Франклин, Т. Биохимия антимикробного действия [Текст] / Т. Франклин, Дж. Сноу. – М.: Мир, 1984

32. Чухрай, Е. С. Молекула, жизнь, организм [Текст] / Е. С. Чухрай. – М.: Просвещение, 1981.

33. Шерстнев, М. П. Химия и биология нуклеиновых кислот [Текст] / М. П. Шерстнев, О. С. Комаров. – М.: Просвещение, 1990.

34. Элементы патологической физиологии и биохимии [Текст] / Под ред. И. П. Ашмарина. – М.: Изд-во МГУ, 1992.

1 Волнистой линией обозначены макроэргические связи.

1 Подчеркнуты названия незаменимых аминокислот.

2 Полунезаменимая кислота – мала скорость синтеза.

2