РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
n Общий ход биохимических процессов регулируется внутренними и внешними факторами n Поэтому… – обмен веществ – единое неразрывное целое – организм – самонастраивающаяся, саморегулирующаяся система, поддерживающая свое собственное существование путем обмена веществ n 5 уровней регуляции обмена веществ
I. МЕТАБОЛИТНЫЙ УРОВЕНЬ РЕГУЛЯЦИИ n Суть – слаженность обмена веществ определяется концентрацией определяется различных метаболитов или веществ, различных поступающих в организм с пищей
Формы регуляции обмена веществ при участии метаболитов 1. Ускорение или замедление или биохимических процессов за счет недостатка или избытка участников или соответствующих реакций Пример: объем белкового синтеза лимитируется поступлением в организм незаменимых аминокислот и интенсивностью синтеза заменимых
Формы регуляции обмена веществ при участии метаболитов 2. Регуляция за счет конкурентных взаимоотношений обменных процессов, замыкающихся на общие (ключевые) метаболиты (? ) Примеры: n ПВК ⇄ лактат (отсутствие О 2) ацетил-Ко. А (наличие О 2) n ПВК 3 -ФГА ⇄ ДОАФ глицерофосфат фосфолипиды в восстановительных условиях, при избытке НАДН 2 и в присутствии ацил-Ко. А в окислительных условиях, при избытке НАД n биосинтез пуриновых нуклеотидов: инозин-5 -фосфат АМФ (в присутствии ГТФ) ГМФ (в присутствии АТФ) (при оптимальном соотношении ГТФ/АТФ – оба пути)
Формы регуляции обмена веществ при участии метаболитов 3. Регуляция с помощью биологически активных веществ – витаминов, антивитаминов, коферментов, гормонов, антигормонов, вторичных посредников и др. Метаболиты, взаимодействуя с ферментами, способны активировать или ингибировать их активность Примеры: n Активирование протеинкиназ (фосфорилаз, фосфолипаз) при действии ц. АМФ (вторичный посредник) n Аллостерическое изменение активности фермента: – – фосфофруктокиназа аллостерически ингибируется АТФ, лимонной кислотой и активируется АМФ и АДФ фруктозодифосфатаза (фермент глюконеогенеза, «запирающий» путь гликолиза) ингибируется АМФ
Формы регуляции обмена веществ при участии метаболитов Ретроингибирование активности фермента n карбамилтрансфераза: асп ⇄ карбамиласпарагиновая кислота ⇄ дигидрооротовая кислота ⇄ ОМФ ⇄ УМФ ⇄ ЦТФ (ЦТФ ингибирует карбамилтрансферазу) n
II. ОПЕРОННЫЙ УРОВЕНЬ РЕГУЛЯЦИИ n Оперон – упорядоченная компактная совокупность цистронов (генов), считываемая как единое целое в процессе транскрипции и. РНК на ДНК – моноцистронный (синтез одной и. РНК для синтеза одного белка) – полицистронный (синтез ряда и. РНК) Регулируется главным образом объем биосинтеза ферментов за счет изменения количества молекул и. РНК, возникающих при транскрипции n 2 пути регуляции (подробно изучены у бактерий) n
1. Индукция промотор геноператор генрегуля тор оперон структурные гены регуляторная и. РНК активный репрессор индуктор гентермина тор Полицистронная и. РНК индуцибельные ферменты репрессор, инактивированный индуктором
Индукторами могут быть: n субстраты для индуцибельного(ых) фермента(ов) – лактоза для -галактозидазы у Escherichia coli соединения, структурно сходные с субстратами индуцибельных ферментов Координированная индукция… n одно соединение индуцирует несколько ферментов катаболического пути (полицистронный оперон) n Примеры индуцибельных ферментов млекопитающих: n – тирозин- -кетоглутарат-трансаминаза – ферменты цикла мочевины – цитохром Р-450 и др.
Пример индукции n Клетки Escherichia coli, выращенные на глюкозе, не способны сбраживать лактозу из-за отсутствия -галактозидазы n При добавлении лактозы в питательную среду индуцируется синтез -галактозидазы, и культура клеток обретает способность сбраживать лактозу
1. Индукция промотор геноператор генрегуля тор оперон структурный ген регуляторная и. РНК активный репрессор лактоза гентермина тор и. РНК -галактозидаза репрессор, инактивированный индуктором
Индукторами могут быть: n специальные регуляторные белки – белок-активатор катаболизма (БАК, CAP – catabolite activating protein) у бактерий выступает в роли репрессора транскрипции сразу нескольких оперонов, общее для которых то, что программируемые ими группы ферментов участвуют в первых стадиях использования нетрадиционных источников энергии – галактозы, арабинозы, лактозы. – Непосредственный индуктор в этом случае – ц. АМФ – Если достаточно глюкозы, то ц. АМФ в значительных количествах не образуется, все опероны – в репрессированном состоянии – При истощении запасов глюкозы «включается» образование ц. АМФ и происходит индукция целого набора оперонов
2. Репрессия генрегуля тор промотор геноператор оперон структурные гены регуляторная и. РНК апорепрессор корепрессор гентермина тор Полицистронная и. РНК репрессибельные ферменты активированный репрессор
Клетки, способные синтезировать определенный метаболит, при наличии его в среде могут приостановить его синтез в результате репрессии n В этом случае небольшая молекула (например, пурин, аминокислота) действует как корепрессор, блокируя синтез ферментов, участвующих в синтезе апорепрессора n После удаления из среды корепрессора или при истощении его запасов биосинтез соответствующих ферментов возобновляется – дерепрессия n
Корепрессором может быть: n конечный продукт цепи реакций (репрессия по принципу обратной связи), например, гис для всех ферментов его биосинтеза у Salmonella typhimurium n промежуточное соединение в цепи (катаболитная репрессия)
2. Репрессия генрегуля тор промотор геноператор оперон структурные гены регуляторная и. РНК апорепрессор гистидин гентермина тор Полицистронная и. РНК ферменты синтеза гистидина активированный репрессор
III. КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ РЕГУЛЯЦИИ Регуляторные процессы на уровне клетки: 1. Ядерно-цитоплазматические взаимоотношения – взаимозависимый контроль синтез важнейших функционально активных биополимеров n 1. Суть – согласованная деятельность геномов ядра и митохондрий, хлоропластов и др. субклеточных структур возникновение сложных белковоферментных комплексов 2. Постранскрипционный и пострансляционный процессинг макромолекул 1. Предшественники РНК функционально активные РНК интенсивность синтеза белка 2. Полипептиды-предшественники активные ферменты, гормоны и др.
III. КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ РЕГУЛЯЦИИ 3. Перенос веществ через мембраны ядра, митохондрий, лизосом, ЭПС и др. сказывается на скорости биохимических процессов 4. Макромолекулярные взаимодействия: 1. белок–белок… 1. 2. 3. 4. 5. ферменты-мультимеры мультиэнзимные комплексы ансамбли ферментов метаболоны гормон-рецепторные комплексы 2. белок–нуклеиновая кислота… 1. транспорт и. РНК через мембраны ядра 3. липид–белок… 1. мембраны (активность мембрано-связанных ферментов, степень проницаемости мембран для метаболитов и др. )
IV. ОРГАНИЗМЕННЫЙ УРОВЕНЬ РЕГУЛЯЦИИ n Главный механизм – гормональный, направляемый: – сигналами нервной системы у животных – сигналами внешней среды – у растений
V. УРОВЕНЬ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА В ЭКОСИСТЕМАХ (популяционный) n Суть: мощное влияние химических соединений, вырабатываемых и выделяемых одними особями, на обмен веществ и поведенческие реакции других особей n Реализуется через рецепторные системы или ткани-мишени
Антибиотики … n образуются микроорганизмами и обладают антибактериальным и противоопухолевым действием – пуромицин высвобождает недостроенные – актиномицины, митомицин и др. – пенициллины и D-циклосерин подавляют репликацию и транскрипцию – полипептиды антимицин подавляет перенос электронов в – приостанавливают биосинтез гликопротеинов тетрациклины подавляют присоединение цитохромной системе аминоацил-т. РНК к рибосоме – клеточных стенок бактерий олигомицин подавляет сопряжение – левомицетин подавляет окисления с фосфорилированием и др. пептидилтрансферазную реакцию – эритромицин блокирует перемещение рибосомы по и. РНК – стрептомицин искажает считывание кода белкового синтеза
Телергоны … n образуются железами внутренней секреции животных и оказывают 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) – вещества ублажения (псевдоферомоны)
Фитонциды … n антибактериальные вещества, вырабатываемые здоровыми растениями – Низкомолекулярные вещества разнообразного строения (алифатические, хиноны, гликозиды с фенолами, спиртами…) – Способны задерживать развитие и убивать микроорганизмы – Летучие – выделяются при поранении и защищают растение от патогенов над поверхностью органа (лук, чеснок) – Нелетучие – локализованы в покровных тканях, в вакуолях клеток
Фитоалексины … n защитные соединения, образующиеся в растениях в ответ на бактериальное или грибковое заражение – Изофлавоноиды (у бобовых) – Сесквитерпеноиды (у пасленовых) – Полиацетилены (у сложноцветных) – и др.
Скачать презентацию РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ n Общий ход биохимических
Регуляция_обмена_веществ.ppt