3. Решение расчётных задач

Расчётные задачи выбираются и решаются из числа приведённых в ПРИЛОЖЕНИИ 1”

ЗАНЯТИЕ 2

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА МИКРООРГАНИЗМОВ. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ И СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ.

РАСЧЁТНЫЕ ЗАДАЧИ

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

После точного, чувствительного и стандартизированного определения активности фермента можно переходить к выяснению вопроса о том, подвергается ли фермент одному или нескольким процессам регуляции метаболизма. Показано, что у бактерий существуют два основных типа регуляции ферментативной активности - аллостерический и ковалентная модификация.

Виды аллостерической регуляции ферментативной активности:

Простое ингибирование конечным продуктом

Кумулятивное ингибирование конечным продуктом

Последовательное ингибирование конечным продуктом

Стимуляция предшественником

Ингибирование предшественником

Стимуляция продуктом

Ингибирование продуктом

Регуляция с помощью энергетического заряда

Катаболитное ингибирование

Виды регуляции с помощью ковалентной модификации ферментов:

Фосфорилирование

ADP-Рибозилирование

Аденилирование

Уридилирование

Конверсия сульфгидрила

Названия видам аллостерической регуляции даны в соответствии с тем, какое положение занимает эффектор в метаболическом пути.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Регулирование – это поддержание значений параметров в заданных границах. В регулируемой равновесной системе отклонение от состояния равновесия приводит к возврату в исходное состояние. Стабилизация состояния неравновесной системы требует включения в её состав неравновесного механизма, осуществляющего регулирование, например, по принципу обратной связи.

Регуляция метаболизма – это управление скоростью биохимических процессов путем обратимого изменения количества белковых посредников, участвующих в этих процессах, или их активности.

Регуляция жизнедеятельности прокариотных организмов происходит на транскрипционном, трансляционном и метаболическом, субклеточном, клеточном и популяционном уровнях. Факторы, регулирующие активность ферментов, разнообразны по своей природе и подразделяются на следующие группы:

1) Химические факторы - делятся на несколько типов:

а) химические вещества, связывающиеся с активным (каталитическим) центром фермента (субстраты, кофакторы, конкурентные ингибиторы и др.);

б) химические вещества, связывающиеся с регуляторным центром фермента (аллостерические эффекторы);

в) химическая модификация молекулы фермента путем обратимого ковалентного связывания с другим ферментом.

2) Физические факторы (температура, давление, свет, магнитное поле, электрические импульсы) - оказывают менее специфическое действие, чем химические.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНЫХ ВОПРОСОВ

1. Методы изучения регуляции метаболизма микроорганизмов. Регуляция активности ферментов

При современном уровне биохимических знаний in vivo трудно анализировать процессы регуляции, а иногда и невозможно. Иногда возникает вопрос, действительно ли эти процессы имеют место в бактериальных клетках или они существуют лишь в воображении исследователя, но мы не будем здесь его обсуждать. К перечисленным выше видам регуляции следует относиться критически. При изучении аллостерической регуляции обычно проводят эксперименты in vitro. К реакционной смеси добавляют соединения, которые предположительно участвуют в регуляции - так называемые эффекторы, - и изучают их влияние на общий ход реакции. При аллостерических взаимодействиях влияние этих эффекторов наблюдается сразу же; оно обратимо и зависит от их концентрации. Для аллостерических ферментов график зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата имеет сигмоидную форму, тогда как для обычных ферментов он имеет вид гиперболы.

В процессе регуляции ферментативной активности путем ковалентной модификации происходит ковалентное связывание лиганда с ферментом, а не простое обратимое, как при аллостерической регуляции. Это ковалентное связывание катализируется другим ферментом, как показано на рис.2. Активный (взаимно превращаемый) фермент превращается в неактивный с помощью другого фермента (инактивирующего), который ковалентно модифицирует первый. Другой фермент (активирующий) катализирует переход фермента в исходное активное состояние путем удаления появившихся ковалентных связей.

Эксперименты, иллюстрирующие оба типа регуляторных процессов (путем аллостерического и ковалентного связывания эффекторов), описаны ниже.