13.4.1. Ang Krebs cycle reactions ay ang ikatlong yugto ng nutrient catabolism at nangyayari sa mitochondria ng cell. Ang mga reaksyong ito ay nabibilang sa pangkalahatang pathway ng catabolism at katangian ng pagkasira ng lahat ng klase ng nutrients (proteins, lipids at carbohydrates).

Ang pangunahing pag-andar ng cycle ay ang oksihenasyon ng acetyl residue na may pagbuo ng apat na molekula ng nabawasang coenzymes (tatlong molekula ng NADH at isang molekula ng FADH2), pati na rin ang pagbuo ng isang molekula ng GTP sa pamamagitan ng substrate phosphorylation. Ang carbon atoms ng acetyl residue ay inilabas bilang dalawang CO2 molecule.

13.4.2. Kasama sa siklo ng Krebs ang 8 sunud-sunod na yugto, na binibigyang pansin ang mga reaksyon ng dehydrogenation ng mga substrate:

Larawan 13.6. Krebs cycle reaksyon, kabilang ang pagbuo ng α-ketoglutarate

a) condensation ng acetyl-CoA na may oxaloacetate, bilang isang resulta kung saan nabuo ang citrate (Larawan 13.6, reaksyon 1); kaya tinatawag din ang Krebs cycle citrate cycle. Sa reaksyong ito, ang methyl carbon ng acetyl group ay nakikipag-ugnayan sa keto group ng oxaloacetate; Ang cleavage ng thioether bond ay nangyayari nang sabay-sabay. Ang reaksyon ay naglalabas ng CoA-SH, na maaaring makilahok sa oxidative decarboxylation ng susunod na pyruvate molecule. Ang reaksyon ay catalyzed citrate synthase, ito ay isang regulatory enzyme, ito ay inhibited ng mataas na konsentrasyon ng NADH, succinyl-CoA, citrate.

b) conversion ng citrate sa isocitrate sa pamamagitan ng intermediate formation ng cis-aconitate. Ang citrate na nabuo sa unang reaksyon ng cycle ay naglalaman ng isang tertiary hydroxyl group at hindi kayang ma-oxidize sa ilalim ng mga kondisyon ng cell. Sa ilalim ng pagkilos ng isang enzyme aconitase mayroong isang paghahati ng isang molekula ng tubig (dehydration), at pagkatapos ay ang pagdaragdag nito (hydration), ngunit sa ibang paraan (Larawan 13.6, mga reaksyon 2-3). Bilang resulta ng mga pagbabagong ito, ang pangkat ng hydroxyl ay lumipat sa isang posisyon na pinapaboran ang kasunod na oksihenasyon nito.

sa) isocitrate dehydrogenation na sinusundan ng paglabas ng CO2 molecule (decarboxylation) at pagbuo ng α-ketoglutarate (Fig. 13.6, reaction 4). Ito ang unang redox reaction sa Krebs cycle, na nagreresulta sa pagbuo ng NADH. isocitrate dehydrogenase, na nagpapagana sa reaksyon, ay isang regulatory enzyme, na isinaaktibo ng ADP. Ang labis na NADH ay pumipigil sa enzyme.

Larawan 13.7. Krebs cycle reactions na nagsisimula sa α-ketoglutarate.

G) oxidative decarboxylation ng α-ketoglutarate, na na-catalyze ng isang multienzyme complex (Larawan 13.7, reaksyon 5), na sinamahan ng paglabas ng CO2 at pagbuo ng pangalawang molekula ng NADH. Ang reaksyong ito ay katulad ng reaksyon ng pyruvate dehydrogenase. Ang inhibitor ay ang produkto ng reaksyon, succinyl-CoA.

e) substrate phosphorylation sa antas ng succinyl-CoA, kung saan ang enerhiya na inilabas sa panahon ng hydrolysis ng thioether bond ay nakaimbak sa anyo ng isang molekula ng GTP. Hindi tulad ng oxidative phosphorylation, ang prosesong ito ay nagpapatuloy nang walang pagbuo ng electrochemical potential ng mitochondrial membrane (Larawan 13.7, reaksyon 6).

e) succinate dehydrogenation na may pagbuo ng fumarate at ang FADH2 molecule (Fig. 13.7, reaksyon 7). Ang enzyme succinate dehydrogenase ay mahigpit na nakagapos sa panloob na mitochondrial membrane.

g) fumarate hydration, bilang isang resulta kung saan lumilitaw ang isang madaling na-oxidized na hydroxyl group sa molekula ng produkto ng reaksyon (Larawan 13.7, reaksyon 8).

h) malate dehydrogenation, na humahantong sa pagbuo ng oxaloacetate at ang ikatlong molekula ng NADH (Larawan 13.7, reaksyon 9). Ang oxaloacetate na nabuo sa reaksyon ay maaaring magamit muli sa reaksyon ng condensation kasama ang susunod na molekula ng acetyl-CoA (Larawan 13.6, reaksyon 1). Samakatuwid, ang prosesong ito ay paikot.

13.4.3. Kaya, bilang isang resulta ng inilarawan na mga reaksyon, ang nalalabi ng acetyl ay sumasailalim sa kumpletong oksihenasyon CH3 -CO-. Ang bilang ng mga molekula ng acetyl-CoA na na-convert sa mitochondria bawat yunit ng oras ay nakasalalay sa konsentrasyon ng oxaloacetate. Ang mga pangunahing paraan upang mapataas ang konsentrasyon ng oxaloacetate sa mitochondria (tatalakayin sa ibang pagkakataon ang mga nauugnay na reaksyon):

a) pyruvate carboxylation - ang pagdaragdag ng isang CO2 molecule sa pyruvate na may paggasta ng ATP energy; b) deamination o transamination ng aspartate - cleavage ng amino group na may pagbuo ng isang keto group sa lugar nito.

13.4.4. Maaaring gamitin ang ilang metabolites ng Krebs cycle synthesis mga bloke ng gusali para sa pagbuo ng mga kumplikadong molekula. Kaya, ang oxaloacetate ay maaaring ma-convert sa amino acid aspartate, at ang α-ketoglutarate ay maaaring ma-convert sa amino acid glutamate. Succinyl-CoA ay kasangkot sa synthesis ng heme, ang prosthetic na grupo ng hemoglobin. Kaya, ang mga reaksyon ng Krebs cycle ay maaaring lumahok sa parehong mga proseso ng catabolism at anabolism, iyon ay, gumaganap ang Krebs cycle. amphibolic function(tingnan ang 13.1).

Ang mga reaksiyong kemikal sa mga selula ay na-catalyze ng mga enzyme. Hindi kataka-taka, samakatuwid, na ang karamihan sa mga paraan ng pag-regulate ng metabolismo ay batay sa dalawang nangungunang proseso: mga pagbabago sa konsentrasyon ng mga enzyme at ang kanilang aktibidad. Ang mga pamamaraang ito ng metabolic regulation ay katangian ng lahat ng mga cell at isinasagawa gamit ang iba't ibang mga mekanismo bilang tugon sa mga signal ng iba't ibang uri. Bilang karagdagan, ang mga cell ay may karagdagang mga paraan ng pag-regulate ng metabolismo, ang iba't-ibang kung saan ay maginhawa upang isaalang-alang alinsunod sa ilang mga antas ng organisasyon.

Regulasyon ng transkripsyon. Ang ganitong uri ng regulasyon ay tinalakay sa Kabanata 3 na may ilang mga halimbawa ng positibo at negatibong transkripsyon na kontrol ng mga prokaryotic na gene. Ang mekanismong ito ay katangian, una sa lahat, para sa regulasyon ng dami ng mRNA na tumutukoy sa istraktura ng mga enzyme, at bukod dito, ang mga protina ng histone, ribosomal, at mga protina ng transportasyon. Ang pangkat ng huli, na hindi nagtataglay ng catalytic na aktibidad, ay tumatagal din ng malaking bahagi sa pagbabago ng rate ng kaukulang mga proseso (ang pagbuo ng mga chromosome at ribosome, ang transportasyon ng mga sangkap sa pamamagitan ng mga lamad), at samakatuwid ang metabolismo sa kabuuan.

Ang mga regulasyong protina ay kasangkot sa regulasyon ng transkripsyon ng gene, ang istraktura nito ay tinutukoy ng mga tiyak na gene (regulator), ang kanilang mga complex na may ligand(halimbawa, lactose sa panahon ng transcription induction o tryptophan sa panahon ng repression), cAMP-CAP complexes, guanosine tetraphosphate, at sa ilang mga kaso, ang mga protina - mga produkto ng pagpapahayag ng kanilang sariling mga gene ay may ganitong epekto. Ang partikular na kahalagahan sa mga prosesong ito ay ang mga mahalagang molekula ng pagbibigay ng senyas bilang cAMP at guanosine tetraphosphate. Masasabi nating ang cAMP ay nagsenyas sa cell tungkol sa pagkagutom sa enerhiya - ang kawalan ng glucose. Bilang tugon dito, ang dalas ng transkripsyon ng mga istrukturang gene na responsable para sa catabolism ng iba pang mga mapagkukunan ng carbon at pagtaas ng enerhiya (pag-activate ng mga operon ng catabolite, pagsupil ng catabolite, Kabanata 3). Ang Guanosine tetraphosphate (guanosine-5'-diphosphate-3'-diphosphate) ay isang signal ng gutom na amino acid. Ang nucleotide na ito ay nagbubuklod sa RNA polymerase at binabago ang pagkakaugnay nito para sa mga tagapagtaguyod ng iba't ibang mga gene. Bilang isang resulta, ang pagpapahayag ng mga gene na responsable para sa biosynthesis ng carbohydrates, lipids, nucleotides, atbp ay bumababa, habang ang pagpapahayag ng iba pang mga gene, lalo na ang mga tumutukoy sa mga proseso ng protina proteolysis, sa kabaligtaran, ay tumataas.

Ang proseso ng transkripsyon ay mas madalas na kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago ng dalas ng mga kaganapan sa pagsisimula ng transkripsyon, ngunit, bilang karagdagan, ang rate ng pagpapahaba ng transkripsyon at ang dalas ng napaaga na pagwawakas nito ay maaaring i-regulate. Ang mga kaganapan ng pagpahaba at pagwawakas ay pangunahing naiimpluwensyahan ng conformational state ng DNA o mRNA mismo (presensya ng "stop signals", hairpin structures).

Allosteric na regulasyon ng aktibidad ng enzyme. Ang ganitong uri ng regulasyon ay isa sa pinakamabilis at pinaka-flexible, at isinasagawa sa tulong ng mga effector molecule na nakikipag-ugnayan sa allosteric center ng enzyme (Kabanata 6). Ang allosteric regulation, pati na ang operon, ay napapailalim sa mga pangunahing enzyme ilang mga metabolic pathway. Kaya, ang rate ng buong biosynthetic o catabolic na proseso ay nakasalalay sa isa o mas bihirang ilang mga reaksyon na na-catalyze ng mga pangunahing enzyme.

Ang regulasyon ay partikular na kahalagahan para sa biosynthesis ng proteinogenic amino acids. Dahil mayroong 20 sa kanila, at ang bawat isa sa kanila ay ipinakita sa isang tiyak na ratio sa kabuuang cellular protein sa iba't ibang mga organismo, kinakailangan ang napakalinaw na regulasyon, na nag-uugnay sa mga proseso ng synthesis ng mga indibidwal na amino acid. Ang ganitong kontrol ay nag-aalis ng labis na produksyon ng mga amino acid, at ang kanilang paglabas mula sa selula ay posible lamang sa mga deregulated na microorganism.

Ang isang halimbawa ng regulasyon ng biosynthesis ng mga amino acid ng pamilyang aspartate sa enterobacteria ay ipinapakita sa Fig. 19.3. Apat na amino acid ang nagbabahagi ng isang karaniwang precursor, aspartic acid. Ang conversion nito sa aspartyl phosphate sa E. coli bacteria ay na-catalyze ng tatlong isozyme na anyo ng aspartokinase, na ang bawat isa ay pinipigilan at/o inhibited ng iba't ibang mga produkto ng pagtatapos ng branched metabolic pathway na ito. Ang synthesis ng homoserine dehydrogenase ay kinokontrol sa katulad na paraan.

Pansinin ang pagkakaroon ng isang mekanismo puna, na namamalagi sa katotohanan na ang mga pangwakas na produkto ng mga metabolic na proseso ay kumokontrol sa antas ng synthesis at / o aktibidad ng mga enzyme na nagpapagana sa mga unang hakbang sa pagbuo ng mga metabolite na ito.

Ang mga allosteric effector ay maaaring iba't ibang mga sangkap: mga substrate at mga produkto ng pagtatapos ng mga metabolic pathway, kung minsan ay mga intermediate na metabolite; sa mga proseso ng catabolic, nucleoside diphosphate at nucleoside triphosphate, pati na rin ang mga carrier ng pagbabawas ng katumbas; sa mga reaksyon ng kaskad - cAMP at cGMP, na kumokontrol sa aktibidad ng mga enzyme (halimbawa, mga kinase ng protina) na kasangkot sa pagbabago ng covalent ng mga protina; metal ions at marami pang ibang compound. Ang mga halimbawa ng allosteric regulation ng mga enzyme ay ibinibigay sa Kabanata 6 at iba pang mga seksyon.

Covalent na pagbabago ng mga enzyme. Ang ganitong uri ng regulasyon ng aktibidad ng enzyme ay tinatawag na enzyme interconversions, dahil ang kakanyahan ng prosesong ito ay ang pagbabago ng mga aktibong anyo ng mga enzyme sa mga hindi aktibo at kabaliktaran. Ang mga tampok at halimbawa ng covalent modification ay inilarawan sa Kabanata 6. Ang mga prosesong ito ay nasa ilalim ng iba't ibang kontrol, kabilang ang hormonal. Ang isang klasikong halimbawa ng enzyme interconversions ay ang regulasyon ng glycogen metabolism sa atay.

Ang rate ng synthesis ng reserbang polysaccharide na ito ay kinokontrol ng glycogen synthase, at ang cleavage ay na-catalyzed ng glycogen phosphorylase. Ang parehong mga enzyme ay maaaring nasa aktibo at hindi aktibong mga anyo. Sa panahon ng gutom o sa mga nakababahalang sitwasyon, ang mga hormone ay inilabas sa dugo - adrenaline at glucagon, na nagbubuklod sa mga receptor sa mga lamad ng plasma ng mga selula at i-activate ang enzyme adenylate cyclase (catalyses ang synthesis ng cAMP) sa pamamagitan ng G-proteins. Ang cAMP ay nagbubuklod sa protina kinase A at pinapagana ito, na humahantong sa phosphorylation ng glycogen synthase at ang conversion nito sa isang hindi aktibong anyo. Tumigil ang pag-synthesize ng glycogen. Bilang karagdagan, ang protina kinase A sa kurso ng mga reaksyon ng kaskad ay nagiging sanhi ng phosphorylation ng glycogen phosphorylase, na bilang isang resulta ay isinaaktibo at nagsisimulang masira ang glycogen. Ang isa pang hormone, insulin, ay kumikilos din sa mga proseso ng glycogen synthesis at breakdown. Sa halimbawang ito, ang mga molekula ng pagbibigay ng senyas ay mga hormone at ang mga mensahero ay G-protein at cAMP. Ang mga interconversion ng mga enzyme ay isinasagawa sa panahon ng phosphorylation-dephosphorylation.

Regulasyon ng hormonal. Ang ganitong uri ng regulasyon ng metabolismo ay nagsasangkot ng pakikilahok ng mga hormone - mga senyales na sangkap na nabuo sa mga selula ng mga glandula ng endocrine, kaya ang hormonal regulation ay katangian lamang ng mas mataas na mga organismo. Ang pagkilos ng mga hormone sa proseso ng metabolismo ng glycogen, kung saan ang aktibidad ng mga enzyme ay kinokontrol sa antas ng pagbabago ng covalent, ay inilarawan sa itaas. Bilang karagdagan, ang mga hormone ay maaaring makaapekto sa rate ng transkripsyon (operon regulation).

Mula sa mga dalubhasang selula kung saan na-synthesize ang mga hormone, ang huli ay pumapasok sa daluyan ng dugo at inililipat sa mga target na selula na may mga receptor na maaaring magbigkis ng mga hormone at sa gayon ay nakakakita ng hormonal signal. Ang pagbubuklod ng isang hormone sa isang receptor ay nagti-trigger ng kaskad ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga molekula ng tagapamagitan na nagtatapos sa isang cellular na tugon. Ang mga lipophilic hormone ay nagbubuklod sa isang intracellular receptor (protina) at kinokontrol ang transkripsyon ng ilang mga gene. Ang mga hydrophilic hormone ay kumikilos sa mga target na selula sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga receptor sa lamad ng plasma.

Bilang karagdagan sa mga hormone, ang iba pang mga sangkap ng pagbibigay ng senyas ay may katulad na epekto: mga tagapamagitan, neurotransmitters, mga kadahilanan ng paglago. Walang malinaw na hangganan upang makilala ang mga hormone mula sa mga nakalistang sangkap. Ang mga tagapamagitan ay tinatawag na mga sangkap na nagbibigay ng senyas na hindi ginawa ng mga glandula ng endocrine, ngunit ng iba't ibang uri ng mga selula. Kasama sa mga tagapamagitan ang histamine, prostaglandin, na may epektong tulad ng hormone.

Ang mga neurotransmitter ay itinuturing na mga sangkap na nagbibigay ng senyas na ginawa ng mga selula ng central nervous system.

Pagbabago sa konsentrasyon ng mga metabolite . Ang isang mahalagang kondisyon na nagsisiguro ng isang mataas na rate ng isa o isa pang metabolic pathway ay ang konsentrasyon ng mga substrate. Maaaring depende ito sa intensity ng iba pang mga proseso na kumonsumo din sa mga substrate na ito (kumpetisyon), o sa rate ng transportasyon ng mga sangkap na ito sa pamamagitan ng mga lamad (plasma o organelles). Sa partikular, sa mga eukaryotic cells, nagiging posible na i-regulate ang metabolismo sa pamamagitan ng muling pamamahagi ng mga metabolite sa mga indibidwal na compartment.

Bilang karagdagan, ang rate ng mga proseso ng metabolic ay tinutukoy ng konsentrasyon ng mga cofactor. Halimbawa, ang glycolysis at TCA ay kinokontrol ng pagkakaroon ng ADP (kabanata 10, 11) sa antas ng mga pagbabago sa aktibidad ng mga pangunahing allosteric enzymes.

Post-transcriptional at post-translational modification ng macromolecules. Ang mga prosesong ito ay inilalarawan din sa mga nauugnay na seksyon (Kabanata 3). Ang pagbabago at/o pagproseso ng mga pangunahing RNA transcript ay isinasagawa sa iba't ibang mga rate, na tumutukoy sa konsentrasyon ng mga mature na molekula ng RNA na may kakayahang magsalin, at samakatuwid ang intensity ng synthesis ng protina. Kaugnay nito, ang mga peptides, bago maging isang mature na protina, ay dapat ding mabago, at kung ito ay may kinalaman sa mga enzyme, pagkatapos ay pinag-uusapan natin ang kanilang covalent modification.

Sa mga buhay na organismo na patuloy na nakikipag-ugnayan at nakikipagpalitan sa kapaligiran, may mga patuloy na pagbabago sa kemikal na bumubuo sa kanilang metabolismo (maraming mga reaksyong enzymatic). Ang sukat at direksyon ng mga proseso ng metabolic ay napaka-magkakaibang. Mga halimbawa:

a) Ang bilang ng mga E. coli cell sa isang bacterial culture ay maaaring doble ng 2/3 sa loob ng 20 minuto sa isang simpleng medium na may glucose at inorganic na mga asin. Ang mga sangkap na ito ay nasisipsip, ngunit kakaunti lamang ang inilabas sa kapaligiran ng isang lumalagong bacterial cell, at binubuo ito ng humigit-kumulang 2.5 libong protina, 1 libong mga organikong compound, iba't ibang mga nucleic acid sa halagang 10-3 * 10 molekula. Malinaw na ang mga cell na ito ay nakikilahok sa isang napakagandang biological spectacle kung saan ang isang malaking bilang ng mga biomolecules na kinakailangan para sa paglaki ng cell ay regular na ibinibigay. Hindi gaanong kahanga-hanga ang metabolismo ng isang may sapat na gulang, na nagpapanatili ng parehong timbang at komposisyon ng katawan sa loob ng halos 40 taon, bagaman sa panahong ito ay kumonsumo siya ng mga 6 na tonelada ng solidong pagkain at 37,850 litro ng tubig. Ang lahat ng mga sangkap sa katawan ay na-convert (kumplikado sa simple at vice versa) 2/3 serye ng magkakasunod na compound, na ang bawat isa ay tinatawag na metabolite. Ang bawat pagbabago ay isang yugto ng metabolismo.

Ang hanay ng mga sunud-sunod na yugto na na-catalyze ng mga indibidwal na enzyme ay tinatawag na metabolic pathway. Mula sa kabuuan ng mga makasagisag na metabolic pathway, ang kanilang magkasanib na paggana, nabuo ang metabolismo. Ito ay isinasagawa nang sunud-sunod at hindi random (synthesis ng amino acids, breakdown ng glucose, fatty acids, synthesis ng purine bases). Kaunti lang ang alam natin, kaya ang mekanismo ng pagkilos ng mga gamot na sangkap ay napakalinaw!!!

Ang buong metabolic pathway ay karaniwang kinokontrol ng una - pangalawang yugto ng metabolismo (paglilimita sa kadahilanan, mga enzyme na may allosteric center - regulasyon).

Ang ganitong mga yugto ay tinatawag na susi, at ang mga metabolite sa mga yugtong ito ay tinatawag na mga pangunahing metabolite.

Ang mga metabolite na nasa cross metabolic pathway ay tinatawag na nodal metabolites.

May mga paikot na paraan ng pagpapalitan a) ang isa pang substansiya ay karaniwang nasasangkot at nawawala b) ang cell ay namamahala na may maliit na halaga ng mga metabolite - pagtitipid. Kontrolin ang mga landas para sa pagbabago ng mahahalagang sustansya

Albinism endemic goiter

homogenous na pigment. sa-Tyroxine na iyon

melanin

Alcapturia

carbon dioxide at tubig

Metabolic na regulasyon

Ang bawat reaksyon ay nagpapatuloy sa bilis na naaayon sa mga pangangailangan ng cell ("matalinong" mga cell!). Tinutukoy ng mga partikular na ito ang regulasyon ng metabolismo.

I. Regulasyon ng rate ng pagpasok ng mga metabolite sa cell (ang paglipat ay apektado ng mga molekula ng tubig at ang gradient ng konsentrasyon).

a) simpleng pagsasabog (halimbawa, tubig)

b) passive transport (walang pagkonsumo ng enerhiya, tulad ng mga pentose)

c) aktibong transportasyon (carrier system, ATP)

II. Pagkontrol sa dami ng ilang enzymes Pagpigil sa synthesis ng enzymes sa pamamagitan ng end product ng metabolism. Ang kababalaghan na ito ay isang magaspang na kontrol ng metabolismo, halimbawa, ang synthesis ng mga enzyme na nag-synthesize ng GIS ay pinigilan sa pagkakaroon ng GIS sa medium, bacterial culture. Magaspang na kontrol - dahil ito ay ipinatupad sa loob ng mahabang panahon hanggang sa ang mga natapos na molekula ng enzyme ay nawasak. Induction ng isa o higit pang mga enzyme sa pamamagitan ng mga substrate (pagtaas sa konsentrasyon ng isang partikular na enzyme). Sa mga mammal, ang isang katulad na kababalaghan ay sinusunod makalipas ang ilang oras o araw bilang tugon sa isang inductor.

III. Pagkontrol ng catalytic activity a) covalent (kemikal) modification b) allosteric modification (+/-) ng bond kung paano ito agad kumilos bilang tugon sa isang pagbabago sa intracellular na kapaligiran. Ang mga mekanismo ng regulasyon na ito ay epektibo sa mga antas ng cellular at subcellular, sa mga antas ng regulasyon ng intercellular at organ, na isinasagawa ng mga hormone, neurotransmitter, intracellular mediator, at prostaglandin.

Mga metabolic pathway:

1) catabolic

2) anabolic

3) ampholytic (itali ang unang dalawa)

catabolismo- isang pagkakasunud-sunod ng mga reaksyon ng enzymatic, bilang isang resulta kung saan ang pagkasira ay nangyayari pangunahin dahil sa mga reaksyon ng oksihenasyon ng malalaking molekula (carbohydrates, protina, lipid, nucleic acid) na may pagbuo ng mga baga (lactic at acetic acid, carbon dioxide at tubig) at ang pagpapakawala ng enerhiya na nakapaloob sa mga covalent bond ng iba't ibang mga compound, ang bahagi ng enerhiya ay naka-imbak sa anyo ng mga macroergic bond, na pagkatapos ay ginagamit para sa mekanikal na trabaho, ang transportasyon ng mga sangkap, at ang biosynthesis ng malalaking molekula.

Mayroong tatlong yugto ng catabolism:

Stage I - Pagtunaw. Ang mga malalaking molekula ng pagkain ay pinaghiwa-hiwalay sa mga bloke ng gusali sa ilalim ng impluwensya ng mga digestive enzymes sa gastrointestinal tract, na may paglabas ng 0.5-1% ng enerhiya na nakapaloob sa mga bono.

Stage II - Pagkakaisa. Ang isang malaking bilang ng mga produkto na nabuo sa yugto 1 ay nagbibigay sa yugto 2 ng mas simpleng mga produkto, ang bilang ng kung saan ay maliit, habang ang tungkol sa 30% ng enerhiya ay inilabas. Ang yugtong ito ay mahalaga din dahil ang pagpapakawala ng enerhiya sa yugtong ito ay nagbubunga ng synthesis ng ATP sa anoxic (anaerobic) na mga kondisyon, na mahalaga para sa katawan sa mga kondisyon ng hypoxia.

III yugto - Krebs cycle. (tricarboxylic acids / citric acid). Sa esensya, ito ang proseso ng pag-convert ng dalawang-carbon compound (acetic acid) sa 2 mol ng carbon dioxide, ngunit ang landas na ito ay napaka-kumplikado, cyclic, multi-enzymatic, ang pangunahing tagapagtustos ng mga electron sa respiratory chain, at, nang naaayon, ang mga molekula ng ATP sa proseso ng oxidative phosphorylation. Halos lahat ng enzymes ng cycle ay matatagpuan sa loob ng mitochondria; samakatuwid, ang mga electron donor ng TCA ay malayang nag-donate ng mga electron nang direkta sa respiratory chain ng mitochondrial membrane system.

Scheme ng tricarboxylic acid cycle.

Succinyl CoA - naglalaman ng macroergic thioether bond na may kakayahang mag-transform sa isang macroergic bond ng GTP (substrate phosphorylation).

FAD - nagpapasa ng mga electron sa CoQ ng respiratory chain: electron

alphaketoglutarate water isocitrate

alphaketoglutarate succinyl CoA CO2

Bilang karagdagan sa lahat ng TTK ay ang 1st stage ng anabolism sa parehong oras.

1) iba't ibang mga sistema ng enzyme.

2) ang lokalisasyon ng mga proseso ay naiiba (halimbawa, ang fatty acid oxidation ay nangyayari sa mitochondria, at ang synthesis ay nangyayari sa cytoplasm).

3) iba't ibang mga mekanismo ng allosteric at genetic na regulasyon.

4) iba't ibang husay na komposisyon ng mga huling produkto ng anabolismo.

5) paggasta ng enerhiya sa panahon ng anabolismo at paglabas sa panahon ng katab

Mayroon ding mga amphibolic pathway sa katawan (kasabay nito ay may proseso ng pagkabulok at proseso ng synthesis). Ang pinakamalaking:

a) glycolysis ng phosphotriose acetyl CoA

b) CTK acetyl CoA CO2 + H2O

Ang pagkabulok ay nabuwag, ngunit ang iba't ibang mga compound ay maaaring mabuo mula sa maraming mga produkto ng TCA:

A) oxaloacetic acid asp, asn, glu

B) alphaketoglutarate glu, hln, glu

C) sitriko acid sa cytoplasm acetyl CoA

fatty acid,

mga steroid

D) succinyl CoA heme

DYNAMIC BIOCHEMISTRY

KabanataIV.8.

Metabolismo at enerhiya

Metabolismo o metabolismo - isang hanay ng mga reaksiyong kemikal sa katawan na nagbibigay dito ng mga sangkap at enerhiya na kailangan para sa buhay. Sa metabolismo, dalawang pangunahing yugto ang maaaring makilala: paghahanda - kapag ang sangkap na natanggap ng ruta ng pagkain ay sumasailalim sa mga pagbabagong kemikal, bilang isang resulta kung saan maaari itong pumasok sa daluyan ng dugo at pagkatapos ay tumagos sa mga selula, at ang aktwal na metabolismo, i.e. mga pagbabagong kemikal ng mga compound na tumagos sa mga selula.

metabolic pathway - ito ang kalikasan at pagkakasunud-sunod ng mga pagbabagong kemikal ng isang partikular na sangkap sa katawan. Ang mga intermediate na produkto na nabuo sa panahon ng metabolismo ay tinatawag na metabolites, at ang huling tambalan ng metabolic pathway ay ang huling produkto.

Ang proseso ng paghahati-hati ng mga kumplikadong sangkap sa mas simple ay tinatawag catabolismo. Kaya, ang mga protina, taba, carbohydrates na pumapasok sa pagkain, sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme ng digestive tract, ay bumagsak sa mas simpleng mga bahagi (amino acids, fatty acids at monosaccharides). Naglalabas ito ng enerhiya. Ang reverse na proseso, ibig sabihin, ang synthesis ng mga kumplikadong compound mula sa mas simple ay tinatawag anabolismo . Ito ay may kasamang enerhiya. Mula sa mga amino acid, ang mga fatty acid at monosaccharides ay nabuo bilang isang resulta ng panunaw, ang mga bagong cellular protein, membrane phospholipid at polysaccharides ay na-synthesize sa mga cell.

May konsepto amphibolism kapag ang isang tambalan ay nawasak, ngunit ang isa ay na-synthesize.

metabolic cycle ay isang metabolic pathway, isa sa mga panghuling produkto na kapareho ng isa sa mga compound na kasangkot sa prosesong ito.

Ang isang pribadong metabolic pathway ay isang hanay ng mga pagbabagong-anyo ng isang partikular na compound (carbohydrates o protina). Ang karaniwang metabolic pathway ay kapag dalawa o higit pang uri ng mga compound ang nasasangkot (carbohydrates, lipids at bahagyang protina ay kasangkot sa metabolismo ng enerhiya).

Mga substrate ng metabolismo - mga compound na nagmumula sa pagkain. Kabilang sa mga ito ay ang mga pangunahing nutrients (protina, carbohydrates, lipids) at menor de edad, na dumating sa maliit na dami (bitamina, mineral).

Ang intensity ng metabolismo ay tinutukoy ng pangangailangan ng cell para sa ilang mga sangkap o enerhiya, ang regulasyon ay isinasagawa sa apat na paraan:

1) Ang kabuuang rate ng mga reaksyon ng isang tiyak na metabolic pathway ay tinutukoy ng konsentrasyon ng bawat isa sa mga enzyme ng pathway na ito, ang halaga ng pH ng medium, ang intracellular na konsentrasyon ng bawat isa sa mga intermediate na produkto, ang konsentrasyon ng mga cofactor at coenzymes.

2) Ang aktibidad ng mga regulatory (allosteric) na mga enzyme, na kadalasang nag-catalyze sa mga unang yugto ng metabolic pathways. Karamihan sa kanila ay inhibited ng end product ng pathway na ito at ang ganitong uri ng inhibition ay tinatawag na "feedback".

3) Ang genetic control na tumutukoy sa rate ng synthesis ng isang partikular na enzyme. Ang isang matingkad na halimbawa ay ang hitsura ng mga inducible enzymes sa cell bilang tugon sa paggamit ng kaukulang substrate.

4) Regulasyon ng hormonal. Ang isang bilang ng mga hormone ay may kakayahang mag-activate o humadlang sa maraming mga enzyme ng metabolic pathways.

Ang mga buhay na organismo ay thermodynamically unstable system. Para sa kanilang pagbuo at paggana, isang tuluy-tuloy na supply ng enerhiya sa isang form na angkop para sa multifaceted na paggamit ay kinakailangan. Upang makakuha ng enerhiya, halos lahat ng nabubuhay na nilalang sa planeta ay umangkop upang i-hydrolyze ang isa sa mga pyrophosphate bond ng ATP. Kaugnay nito, ang isa sa mga pangunahing gawain ng bioenergetics ng mga nabubuhay na organismo ay ang muling pagdadagdag ng ginamit na ATP mula sa ADP at AMP.

Ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya sa cell ay ang oksihenasyon ng mga substrate na may atmospheric oxygen. Ang prosesong ito ay isinasagawa sa tatlong paraan: ang pagdaragdag ng oxygen sa isang carbon atom, ang pag-aalis ng hydrogen, o ang pagkawala ng isang electron. Sa mga cell, ang oksihenasyon ay nagpapatuloy sa anyo ng isang sunud-sunod na paglipat ng hydrogen at mga electron mula sa substrate patungo sa oxygen. Sa kasong ito, ang oxygen ay gumaganap ng papel ng isang pagbabawas ng tambalan (oxidizing agent). Ang mga reaksiyong oxidative ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng enerhiya. Ang mga medyo maliit na pagbabago sa enerhiya ay katangian ng mga biological na reaksyon. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng paghahati ng proseso ng oksihenasyon sa isang bilang ng mga intermediate na yugto, na ginagawang posible na iimbak ito sa maliliit na bahagi sa anyo ng mga macroergic compound (ATP). Ang pagbawas ng isang atom ng oxygen sa pakikipag-ugnayan sa isang pares ng mga proton at mga electron ay humahantong sa pagbuo ng isang molekula ng tubig.

paghinga ng tissue

Ito ang proseso ng pagkonsumo ng oxygen ng mga selula ng mga tisyu ng katawan, na kasangkot sa biological oxidation. Ang ganitong uri ng oksihenasyon ay tinatawag aerobic oksihenasyon . Kung ang panghuling acceptor sa hydrogen transfer chain ay hindi oxygen, ngunit iba pang mga sangkap (halimbawa, pyruvic acid), kung gayon ang ganitong uri ng oksihenasyon ay tinatawag anaerobic.

yun. Ang biological oxidation ay ang dehydrogenation ng isang substrate sa tulong ng mga intermediate hydrogen carrier at ang huling acceptor nito.

kadena ng paghinga (enzymes ng tissue respiration) ay mga carrier ng mga proton at electron mula sa oxidized substrate sa oxygen. Ang isang oxidizing agent ay isang tambalang may kakayahang tumanggap ng mga electron. Ang kakayahang ito ay binibilang potensyal na redox na may kaugnayan sa karaniwang hydrogen electrode, ang pH nito ay katumbas ng 7.0. Ang mas mababa ang potensyal ng tambalan, mas malakas ang pagbabawas ng mga katangian nito at vice versa.

yun. anumang compound ay maaari lamang mag-donate ng mga electron sa isang compound na may mas mataas na potensyal na redox. Sa respiratory chain, ang bawat kasunod na link ay may mas mataas na potensyal kaysa sa nauna.

Ang respiratory chain ay binubuo ng:

1. NAD - umaasa sa dehydrogenase;

2. FAD-dependent dehydrogenase;

3. Ubiquinone (Ko Q);

4. Cytochromes b , c , a + a 3 .

Mga dehydrogenases na umaasa sa NAD . Naglalaman bilang isang coenzyme ITAAS at NADP. Ang pyridine ring ng nicotinamide ay may kakayahang mag-attach ng mga electron at hydrogen protons.

FAD at FMN-dependent dehydrogenases naglalaman bilang isang coenzyme phosphoric ester ng bitamina B 2 ( FAD).

Ubiquinone (Co Q ) kumukuha ng hydrogen mula sa mga flavoprotein at nagiging hydroquinone.

Mga cytochrome - mga protina ng chromoprotein na may kakayahang mag-attach ng mga electron dahil sa pagkakaroon ng mga iron porphyrin bilang prosthetic na grupo sa kanilang komposisyon. Tumatanggap sila ng isang electron mula sa isang bahagyang mas malakas na ahente ng pagbabawas at ibinibigay ito sa isang mas malakas na ahente ng oxidizing. Ang iron atom ay nakagapos sa nitrogen atom ng imidazole ring ng histidine amino acid sa isang gilid ng eroplano ng porphyrin ring, at sa kabilang panig sa sulfur atom ng methionine. Samakatuwid, ang potensyal na kakayahan ng iron atom sa cytochromes na magbigkis ng oxygen ay pinigilan.

AT cytochrome c ang porphyrin plane ay covalently linked sa protina sa pamamagitan ng dalawang cysteine ​​​​residues, at sa cytochromes b at , hindi ito covalently bound may protina.

AT cytochrome a+a 3 (cytochrome oxidase) sa halip na protoporphyrin ay naglalaman ng porphyrin A, na naiiba sa isang bilang ng mga tampok na istruktura. Ang ikalimang posisyon ng koordinasyon ng bakal ay inookupahan ng isang amino group na kabilang sa isang amino sugar residue na bahagi ng protina mismo.

Kabaligtaran sa heme ng hemolgobin, ang iron atom sa cytochromes ay maaaring magbago mula sa dalawa hanggang sa isang trivalent na estado; tinitiyak nito ang transportasyon ng mga electron (Tingnan ang Appendix 1 "Atomic at electronic na istraktura ng hemoproteins" para sa higit pang mga detalye).

Ang mekanismo ng pagpapatakbo ng chain ng transportasyon ng elektron

Ang panlabas na lamad ng mitochondria (Larawan 4.8.1) ay natatagusan sa karamihan ng maliliit na molekula at mga ion, habang ang panloob na lamad ay natatagusan sa halos lahat ng mga ion (maliban sa mga H proton) at sa karamihan ng mga molekulang hindi nakakargahan.

Ang lahat ng nasa itaas na bahagi ng respiratory chain ay itinayo sa panloob na lamad. Ang transportasyon ng mga proton at electron sa kahabaan ng respiratory chain ay ibinibigay ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga bahagi nito. Sa kasong ito, ang bawat pagtaas ng potensyal ng 0.16 V ay naglalabas ng sapat na enerhiya para sa synthesis ng isang molekula ng ATP mula sa ADP at H 3 RO 4. Kapag ang isang molekula ng O 2 ay natupok, 3 ATP.

Ang mga proseso ng oksihenasyon at pagbuo ng ATP mula sa ADP at phosphoric acid i.e. Nagaganap ang phosphorylation sa mitochondria. Ang panloob na lamad ay bumubuo ng maraming fold - cristae. Ang espasyo ay limitado ng panloob na lamad - ang matris. Ang espasyo sa pagitan ng panloob at panlabas na lamad ay tinatawag na intermembrane.

Ang nasabing molekula ay naglalaman ng tatlong macroergic bond. Macroergic o mayaman sa enerhiya ay isang kemikal na bono, sa pagkasira kung saan higit sa 4 kcal / mol ay inilabas. Sa panahon ng hydrolytic breakdown ng ATP sa ADP at phosphoric acid, 7.3 kcal / mol ang pinakawalan. Ang eksaktong parehong halaga ay ginugol para sa pagbuo ng ATP mula sa ADP at ang natitirang phosphoric acid, at ito ay isa sa mga pangunahing paraan ng pag-iimbak ng enerhiya sa katawan.

Sa proseso ng transportasyon ng elektron sa kahabaan ng respiratory chain, ang enerhiya ay inilabas, na ginugol sa pagdaragdag ng isang phosphoric acid residue sa ADP upang bumuo ng isang molekula ng ATP at isang molekula ng tubig. Sa proseso ng paglilipat ng isang pares ng mga electron kasama ang respiratory chain, 21.3 kcal / mol ay pinakawalan at nakaimbak sa anyo ng tatlong ATP molecule. Ito ay tungkol sa 40% ng enerhiya na inilabas sa panahon ng elektronikong transportasyon.

Ang ganitong paraan ng pag-iimbak ng enerhiya sa isang cell ay tinatawag oxidative phosphorylation o pinagsamang phosphorylation.

Ang mga mekanismo ng molekular ng prosesong ito ay lubos na ipinaliwanag ng teoryang chemo-osmotic ni Mitchell, na iniharap noong 1961.

Mekanismo ng oxidative phosphorylation (fig.4.8.2.):

1) Ang NAD-dependent dehydrogenase ay matatagpuan sa matrix surface ng panloob na lamad ng mitochondria at nag-donate ng isang pares ng hydrogen electron sa FMN-dependent dehydrogenase. Sa kasong ito, ang isang pares ng mga proton ay pumasa din mula sa matrix patungo sa FMN, at bilang isang resulta, ang FMN H2 ay nabuo. Sa oras na ito, ang isang pares ng mga proton na kabilang sa NAD ay itinulak sa intermembrane space.

2) Ang FAD-dependent dehydrogenase ay nag-donate ng isang pares ng mga electron sa Co Q at tinutulak ang isang pares ng mga proton sa intermembrane space. Nakatanggap ng mga electron Q tumatanggap ng ilang proton mula sa matrix at nagiging Co Q H 2 .

3) Co Q Ang H 2 ay nagtutulak ng isang pares ng mga proton sa intermembrane space, at ang isang pares ng mga electron ay inililipat sa mga cytochrome at pagkatapos ay sa oxygen upang bumuo ng isang molekula ng tubig.

Bilang isang resulta, kapag ang isang pares ng mga electron ay inilipat kasama ang kadena mula sa matrix hanggang sa intermembrane space, 6 na proton (3 pares) ang pumped, na humahantong sa paglikha ng isang potensyal na pagkakaiba at isang pagkakaiba sa pH sa pagitan ng mga ibabaw ng panloob. lamad.

4) Tinitiyak ng potensyal na pagkakaiba at pagkakaiba ng pH ang paggalaw ng mga proton sa pamamagitan ng proton channel pabalik sa matrix.

5) Ang kabaligtaran na paggalaw na ito ng mga proton ay humahantong sa pag-activate ng ATP synthase at ang synthesis ng ATP mula sa ADP at phosphoric acid. Sa paglipat ng isang pares ng mga electron (i.e. tatlong pares ng mga proton), 3 ATP molecule ang na-synthesize (Larawan 4.7.3.).

Uncoupling ng mga proseso ng paghinga at oxidative phosphorylation nangyayari kapag ang mga proton ay nagsimulang tumagos sa panloob na lamad ng mitochondria. Sa kasong ito, bumababa ang pH gradient levels at nawawala ang puwersang nagtutulak ng phosphorylation. Mga kemikal na sangkap - ang mga uncoupler ay tinatawag na protonophores, nagagawa nilang magdala ng mga proton sa buong lamad. Kabilang dito ang 2,4-dinitrophenol, thyroid hormone, atbp. (Larawan 4.8.3.).

Ang nagreresultang ATP ay inililipat mula sa matrix patungo sa cytoplasm sa pamamagitan ng translocase enzymes, habang ang isang molekula ng ADP at isang molekula ng phosphoric acid ay inililipat sa matrix sa kabaligtaran na direksyon. Malinaw na ang isang paglabag sa transportasyon ng ADP at pospeyt ay pumipigil sa synthesis ng ATP.

Ang rate ng oxidative phosphorylation ay pangunahing nakasalalay sa nilalaman ng ATP, mas mabilis itong natupok, mas maraming ADP ang naipon, mas malaki ang pangangailangan para sa enerhiya at, samakatuwid, mas aktibo ang proseso ng oxidative phosphorylation. Ang regulasyon ng rate ng oxidative phosphorylation sa pamamagitan ng konsentrasyon ng ADP sa cell ay tinatawag na respiratory control.

PANITIKAN SA KABANATA IV.8.

1. Byshevsky A. Sh., Tersenov O. A. Biochemistry para sa isang doktor // Ekaterinburg: Ural worker, 1994, 384 p.;

2. Knorre D. G., Myzina S. D. Biyolohikal na kimika. - M .: Mas mataas. paaralan 1998, 479 pp.;

3. Lehninger A. Biochemistry. Molecular base ng istraktura at pag-andar ng cell // M.: Mir, 1974, 956 p.;

4. Pustovalova L.M. Workshop sa biochemistry // Rostov-on-Don: Phoenix, 1999, 540 p.;

5. Stepanov V. M. Molecular biology. Istraktura at pag-andar ng mga protina // M.: Vysshaya shkola, 1996, 335 p.;

Ang buhay na selula ay isang bukas na sistema na patuloy na nagpapalit ng mga sangkap at enerhiya sa panlabas na kapaligiran. Ang mga sustansya ay pumapasok sa cell, na ginagamit bilang isang gusali at materyal na enerhiya, at ang mga produktong pangwakas ng metabolismo ay inalis mula sa selula.

Ang isang malaking bilang ng iba't ibang mga reaksiyong kemikal ay patuloy na nangyayari sa cell, na bumubuo ng mga metabolic pathway - ang pagkakasunud-sunod ng pagbabago ng isang tambalan sa isa pa. Ang metabolismo ay ang kabuuan ng lahat ng metabolic pathways sa katawan.

Ilaan - catabolism (ang pagkasira ng mga kumplikadong sangkap sa mga simple na may paglabas ng enerhiya) at anabolism (ang synthesis ng mas kumplikadong mga sangkap mula sa mga simpleng sangkap).

Ang lahat ng mga landas ay pinag-ugnay sa bawat isa sa oras at espasyo. Ang pagkakapare-pareho sa daloy ng mga metabolic na proseso ay sinisiguro ng mga kumplikadong mekanismo ng regulasyon.

Organisasyon ng mga reaksiyong kemikal sa mga metabolic pathway

Ang pinakamainam na aktibidad ng mga enzyme na kumokontrol sa mga reaksyon ng metabolic pathway ay nakamit dahil sa isang tiyak na organisasyon sa cell.

1. Spatial na lokalisasyon ng mga enzyme

Karamihan sa mga enzyme ay naisalokal sa loob ng cell, na may mga enzyme ng parehong metabolic pathway na matatagpuan sa isang seksyon ng cell. Ang paghihiwalay ng mga metabolic pathway ay mahalaga para sa magkasalungat na mga proseso. Halimbawa, ang synthesis ng mga fatty acid ay nangyayari sa cytoplasm, at ang kanilang pagkasira sa mitochondria. Kung ang gayong paghihiwalay ay hindi umiiral, kung gayon ang mga landas na walang silbi sa physiological ay lilitaw.

Sa metabolic pathways, ang produkto ng unang reaksyon ay nagsisilbing substrate para sa pangalawa, at iba pa hanggang sa mabuo ang huling produkto. Ang mga intermediate ng isang pathway ay maaaring ilabas mula sa sunud-sunod na reaksyon at gamitin sa iba pang metabolic pathway, i.e. lahat ng metabolic pathway ay magkakaugnay.

Ang spatial na organisasyon ng mga enzyme ay maaaring maging malinaw na ang produkto ng reaksyon ay hindi maaaring ihiwalay mula sa metabolic pathway at kinakailangang magsilbi bilang isang substrate para sa susunod na reaksyon.

Ang organisasyong ito ng metabolic pathway ay tinatawag na multienzyme complex. Ang mga complex na ito ay nauugnay sa mga lamad. Ang isang halimbawa ng naturang kumplikado ay ang pyruvate dehydrogenase complex, sa ilalim ng pagkilos kung saan nangyayari ang oxidative decarboxylation ng pyruvic acid.

1. Istraktura ng metabolic pathways

Ang mga metabolic pathway ay inuri sa 4 na uri. Kung ang substrate ay na-convert sa isang produkto, kung gayon ang landas na ito ay tinatawag linear(glycolysis). Mas karaniwan sanga-sanga pathways - kapag ang iba't ibang mga produkto ay na-synthesize depende sa mga pangangailangan ng cell (nucleotide synthesis). Mayroon ding cyclic (tricarboxylic acid cycle) at helical (β-oxidation of fatty acids) metabolic pathways.

Pagtitiyak ng organ

Ang mga enzyme ay matatagpuan sa lahat ng mga selula ng katawan. Sa proseso ng pagkita ng kaibhan ng cell, nagbabago rin ang kanilang komposisyon ng enzymatic. Halimbawa, ang enzyme arginase, na kasangkot sa synthesis ng urea, ay matatagpuan sa mga selula ng atay. Ito ang tinatawag na organ-specific enzyme.

Compartmentalization

Ang paggana ng cell ay ibinibigay ng spatial at temporal na regulasyon ng mga metabolic pathway. Ang spatial na regulasyon ay nauugnay sa lokalisasyon ng ilang mga enzyme sa iba't ibang organelles. Sa nucleus mayroong mga enzyme na nauugnay sa synthesis ng DNA at RNA, sa cytoplasm - enzymes ng glycolysis, sa lysosomes - hydrolytic enzymes, sa mitochondria - enzymes ng tricarboxylic acid cycle at electron transport chain.

Mga prinsipyo ng regulasyon ng mga metabolic pathway

Ang lahat ng mga kemikal na reaksyon sa cell ay nagpapatuloy sa pakikilahok ng mga enzyme. Upang maimpluwensyahan ang rate ng metabolic pathway, sapat na upang ayusin ang dami o aktibidad ng mga enzyme. Ang bawat metabolic pathway ay may mga pangunahing enzyme na kumokontrol sa rate ng buong pathway. Ang mga enzyme na ito ay tinatawag na regulatory.

Ang regulasyon ng rate ng mga reaksyon ng enzymatic ay isinasagawa sa 3 antas:

Pagbabago sa bilang ng mga molekula ng enzyme

Ang pagkakaroon ng substrate at coenzyme

Pagbabago sa catalytic na aktibidad ng enzyme

Regulasyon ng bilang ng mga molekula ng enzyme sa isang cell

Sa cell, ang synthesis at pagkasira ng molekula ng protina ng enzyme ay patuloy na nagaganap.

Amino Acids Enzyme

Ang regulasyon ng synthesis ng enzyme ay maaaring mangyari sa anumang yugto ng pagbuo ng isang molekula ng protina. Ang pinaka-pinag-aralan na regulasyon ng synthesis ng protina sa antas ng transkripsyon, na isinasagawa ng mga hormone at biologically active molecule. Ang pagkasira ng mga enzyme ay hindi gaanong pinag-aralan.

Regulasyon ng rate ng reaksyon ng enzymatic sa pamamagitan ng pagkakaroon ng substrate at coenzyme

Ang pangunahing at kinakailangang parameter na kumokontrol sa rate ng metabolic pathway ay ang pagkakaroon ng unang substrate. Ang mas mataas na konsentrasyon nito, mas mataas ang bilis ng metabolic pathway.

Ang isa pang parameter ay ang pagkakaroon ng regenerated coenzymes. Sa mga reaksyon ng dehydrogenation, ang coenzyme ng dehydrogenases ay ang mga oxidized na anyo ng NAD+, FAD, FMN, na nababawasan sa panahon ng reaksyon. Upang muling lumahok ang mga coenzyme sa reaksyon, kinakailangan na muli silang maging isang oxidized form.

Regulasyon ng aktibidad ng catalytic ng enzyme

Allosteric na regulasyon

Regulasyon sa pamamagitan ng mga pakikipag-ugnayan ng protina-protina

Regulasyon sa pamamagitan ng phosphorylation/dephosphorylation ng enzyme

Regulasyon sa pamamagitan ng proteolysis

Allosteric na regulasyon

Ang mga enzyme na may tulad na mekanismo ng regulasyon ay, bilang panuntunan, mga oligomeric na protina. Binubuo ang mga ito ng ilang (hindi bababa sa 2 x) na mga subunit, may mga aktibo at allosteric na sentro na matatagpuan sa iba't ibang mga subunit. Ang pag-attach ng isang effector (cellular metabolite) sa isang allosteric center ay nagdudulot ng kooperatiba na mga pagbabago sa conformational sa lahat ng protomer.

Kung ang isang effector (activator) ay nagbubuklod sa allosteric center, ang pagbubuklod ng substrate sa aktibong sentro ay tataas at ang rate ng reaksyon na na-catalyze ng enzyme na ito ay tumataas. Ang mga conformational rearrangements sa aktibong site ng enzyme ay nagdaragdag o nagpapababa ng affinity nito para sa substrate.

Sa pagtaas ng konsentrasyon ng activator sa cell, ang rate ng pagbubuklod nito sa allosteric center ay tumataas. Ang conformation ng regulatory subunit ng enzyme ay nagbabago, ang cooperative conformational na pagbabago ay nagaganap sa enzyme, ang conformation ng aktibong sentro ng enzyme ay nagbabago, ang affinity ng enzyme sa substrate at ang rate ng enzymatic reaction increase. Sa isang pagbawas sa konsentrasyon ng allosteric activator, ang rate ng pagbubuklod ng regulatory ligand sa allosteric center ay bumababa. Ang conformation ng mga regulatory subunit ay nagbabago, ang cooperative conformational na pagbabago ay nangyayari sa enzyme, ang conformation ng aktibong sentro ay nagbabago, ang affinity para sa substrate ay bumababa, at ang reaction rate ay bumababa.

Kung ang effector ay isang inhibitor, kung gayon ang affinity ng enzyme para sa substrate at ang rate ng pagbabago nito sa produkto ay bumababa.

Kinokontrol ng mga allosteric enzyme ang rate ng metabolic pathway, na isang pagkakasunud-sunod ng magkakaugnay na reaksyon na na-catalyze ng iba't ibang mga enzyme.

E1 E2 E3 E4

Ang sangkap S ay na-convert sa produkto P bilang resulta ng 4 na magkakasunod na reaksyong enzymatic. Ang produkto ng isang reaksyon ay nagsisilbing substrate para sa susunod.

Ang mga allosteric enzymes ay nag-catalyze:

Hindi maibabalik o bahagyang mababalik na mga reaksyon

Ang pinakamabagal, pangunahing mga reaksyon

Mga reaksyon sa mga sumasanga na site ng metabolic pathway

Mga molekula ng regulasyon:

Mga produkto ng pagtatapos ng mga metabolic pathway

Mga substrate ng metabolic pathway

Mga intermediate na metabolite o mga partikular na molekula

Halimbawa, ang catabolism ng glucose sa CO 2 at H 2 O ay kinokontrol ng allosterically.

E1 E2 E3 Em

glucose B C M N …..……. CO 2, H 2 O, ATP

Ang kahalagahan ng prosesong ito ay nakasalalay sa synthesis ng ATP sa cell dahil sa catabolism ng glucose. Sa pagtaas ng ratio ng ATP/ADP, bumababa ang rate ng mga reaksyon ng metabolic pathway na ito. Sa pagkakasunud-sunod ng mga reaksyong enzymatic na ipinakita sa itaas, ang E3 ay allosteric, dahil pinapagana nito ang hindi maibabalik na pinakamabagal na reaksyon.

Isang pagtaas sa antas ng ATP sa cell

Nakikipag-ugnayan ang ATP sa allosteric center ng E3 enzyme

Nagaganap ang mga kooperatiba na pagbabago sa konpormasyon ng E3 enzyme

Bumababa ang affinity ng E3 sa substrate

Bumababa ang aktibidad at bumabagal ang reaksyon na na-catalyze ng E3 enzyme

Nabawasan ang metabolic rate