4. Функціонування метаболону та його контроль.
Зборка метаболону призводить до утворення мікрокомпартмента, в якому метаболічний процес може протікати ізольовано, без виділення інтермедіатів у об’єм. Внаслідок обмежених розмірів мікрокомпартмента в ньому одночасно може знаходитись лише відносно невелика кількість молекул інтермедіатів. Таким чином, здійснюється мікрокомпартменталізація метаболічних процесів.
Припускається, що мікрокомпартмент є достатньо вузьким каналом, стінками якого є поверхні контактуючих білкових молекул. Канал поділяється на відсіки, з’єднані більш вузькими алостеричними протоками, де локалізовані активні (а також алостеричні) центри ферментів. При цьому активні центри двох сусідніх ферментів мають бути зближені настільки, що стає можливим перенос інтермедіату від одного активного центру до іншого. Однак просторові обмеження не дозволяють розмістити поруч активні центри всіх ферментів, що входять до метаболону. Тому канал має бути подовжений , і загальному випадку для переходу від одного активного центру до іншого, інтермедіатам необхідно подолати певну відстань.
Калер і Фрідлянд запропонували модель організованої поліферментної системи, вхід в яку закритий до тих пір, поки всередині системи знаходиться молекула будь-якого проміжного або кінцевого продукта. Проте, здається малоймовірним, щоб в компартменті метаболону одночасно знаходились всього одна молекула метаболіта. В той же час можна припустити “конвеєрний” механізм роботи метаболону: в мікрокомпартменті одночасно знаходяться n молекул ( за кількістю субодиниць метаболону) кожного метаболіта, а всі реакції здійснюються синхронно на активних центрах відповідних ферментів.
Важливо відмітити, що мікрокомпартмент є динамічною структурою, оскільки ферменти, що його утворюють, у ході каталізу зазнають конформаційних переходів. Це не може не призводити до зміни конфігурації каналу.
Для функціонування метаболону необхідна симетрія його структури. Як і у випадку мультиферментного комплексу “симетрія керує динамікою комплекса”. Очевидно, вісь симетрії третього порядку повинна зберігатися в процесі функціонування метаболону.
Потрібно мати на увазі, що метаболон є мобільною структурою і знаходиться у рівновазі з вільними ферментами.
Об’єм матрикса зазнає значних змін при переході мітохондрій від конденсованої конформації до ортодоксальної. Цей процес, що контролюється енергетичним станом мітохондрій, повинен впливати на рівновагу між комплексом ферментів ЦТК і вільними ферментаими. Висока концентрація білка у матриксі в конденсованій конформації повинна сприяти утворенню метаболона. При набуханні матрикса можливий частково зворотній розпад комплексу на вільні ферменти. Іншим важливим фактором, що визначає формування метаболону, є рівні концентрацій певних метаболітів. Відомо, що адсорбція ферментів на мембранах чутлива до наявності специфічних метаболітів.
Таким чином, рівновага між метаболоном і вільними ферментами залежить від функціонального стану клітини чи органели.
Метаболон як керована система повинен мати просторово розділені робочі центри та центри управління. В ролі робочого центра метаболона виступає, очевидно, мікрокомпартмент, в якому здійснюється хімічна концентрація субстратів, які до нього надходять. Роль центра керування відводиться якірному білку підложки, що бере участь у сборці комплекса.
Роль факторів функціонування метаболону (за типом включення-виключення) відводиться не інтермедіатам метаболічного процесу, а зовнішнім факторам – вторинним посередникам, за допомогою яких забезпечується оптимальне функціонування метаболону в рамках системи більш високого рівня складності, тобто в клітині.
Загальний контроль функціонування за типом включення-виключення можна уявити наступним чином. Існує стан метаболону, в якому просторове розташування ферментів і конформації молекул ферментів такі, що вхід до мікрокомпартменту зачинений, і комплекс є неактивним. Вплив вторинного посередника на центр керування комплекса викликає такі зміни конформацій молекул ферментів комплекса (і, можливо, відносного розташування ферментів у комплексі), які призводять до зняття стеричних перешкод для входу субстратів в мікрокомпартмент і для подальшої хімічної трансформації їх в мікрокомпартменті.
Центр управління метаболону повинен включати не тільки якірний білок підложки, але і певні ферменти “першого поверху” комплекса, що знаходяться у безпосередній близькості до якірного білка.
У випадку комплекса ферментів гліколізу центр управління повинен включати, зокрема, 6-фосфофруктокіназу. Цей фермент може фосфорилюватись за участю протеїнкіназ, які активуються сАМР, що виконує в клітині функції вторинного посередника. У випадку комплекса ферментів ЦТК одним з якірних білків підложки є фермент, що входить до цієї метаболічної системи: сукцинатдегідрогеназа. Цей фермент особливо чутливий до іонів Са2+ і сАМР. Це може свідчити про те, що сукцинатдегідрогеназа виконує роль центра управління комплексом ферментів ЦТК і, можливо, системи більш високого рівня складності, а саме дихального ланцюга, асоційованого з комплексом ферментів ЦТК.
Отже, зборка ферментів, які беруть участь в загальному метаболічному шляху, забезпечує можливість реалізації механізму контролю, який в ієрархії рівней контролю займає більш високе положення у порівнянні з ізостеричними та алостеричними механізмами регуляції. Цей механізм контролю відповідає за управління каталітичної дії комплекса як цілого і забезпечує чутливість метаболічної системи до сигналів, які поступають від нервової, гормональної та імунної систем, тобто належить до механізмів спостереження. Механізми ізостеричної та алостеричної регуляцій при зборці ферментів в комплекс зберігаються, хоч їх ефективність може змінюватися.
Література:
1. Ермаков Г.Л. Надмолякулярная организация гликолиза эритроцитов. І.Состав цитоплазмы // Биохимия – 1995 – т.60, вып. 4 – с.560-567.
2. Карасев В.А., Стефанов В.Е., Курганов Б.И. Надмолекулярные биоструктуры: Организация, функционирование, происхождение // Итоги науки и техники. Серия: Биология химия, М.,:ВИНИТИ., 1989, т.31 - 200с.
3. Любарев А.Е., Курганов Б.И. Принципы пространственно-временной организации клеточного метаболизма. // Успехи современной биологии. - 1989 – т.108, вып.1(4) – с.19-35.
4. Поглазов Б.Ф. Организация биохимических систем. // Биохимия. – 1996 – т.61, вып.11 – с.1941-1947.
5. Velok C., Mixon M.B., Teige M., Srere P.A. Model of quinary structure between Krebs TCA cycle enzymes : a model for the metabolon // Biochemistry – 1997 – v.36, № 47 – p. 14272-14276.
Завантажити реферат