Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989

Стехиометрия и энергетика метаболических превращений
Организация и регуляция метаболизма
Ключевые точки пересечения и разветвления метаболических путей

Анализ путей метаболизма как сети направленных реакций позволяет выявить ключевые элементы их организации. Неразветвленная последовательность метаболических реакций характерна для ряда взаимосвязанных превращений, осуществляющихся на данном пути. Исходные и конечные вещества неразветвленного пути представляют собой или исходные питательные вещества, или конечные продукты метаболизма (которые в свою очередь могут задерживаться в клетке или выделяться в среду), или, наконец, исходные вещества для других путей метаболизма, т. е. точки разветвления. Обычно первая после точки разветвления метаболического пути необратимая (т. е. имеющая существенное по абсолютной величине отрицательное ∆G' при внутриклеточных условиях) реакция является аллостерически регулируемой стадией. В этом случае посредством регуляции поступления исходных веществ клетка распределяет метаболиты, используемые одновременно для нескольких целей. Со структурной точки зрения эти метаболиты представляют собой исходные точки или узловые пункты метаболической ветви. Отсюда следует, что точки разветвления и модулируемые необратимые реакции являются теми критическими элементами, которые определяют все стороны химической активности клетки. К этому вопросу мы еще не раз вернемся в последующих разделах и главах, а изложенные выше принципы будем использовать в упрощенной технологической интерпретации клетки как химического реактора.

Прежде всего обратим внимание на важность схем разветвленных реакций с самой общей точки зрения. Оказывается, что все типы метаболической активности клетки зависят от распределения потоков трех основных реагентов: глюкозо-6-фосфата, пирувата и ацетил-СоА. На рис. 5.24 схематично изображены пересечения различных путей метаболизма, в которых эти реагенты являются исходными или конечными веществами. Объем потоков по каждому из путей регулируется клеткой в зависимости от метаболических потребностей и ее состава в данный момент.

РИС. 5.24. Схема пересечения основных путей метаболизма углерода. В клетках млекопитающих превращение ацетил-СоА в пируват не происходит.

В качестве более частного примера можно проанализировать разветвленные пути биосинтеза аминокислот, изображенные на рис. 5.12. Здесь также обращает на себя внимание наличие узловых точек, являющихся исходными пунктами для прямых последовательностей реакций, которые далее в свою очередь так же разветвляются. В следующем разделе мы рассмотрим локализацию регуляционных центров в этой части метаболической сети.