Посттранскрипционная и посттрансляционная
Модификация макромолекул
Модификация и/или процессинг первичных РНК-транскриптов осуществляются с разной скоростью, от чего зависит концентрация зрелых молекул РНК, способных транслироваться, а значит, и интенсивность белкового синтеза. В свою очередь полипептиды синтезированные на рибосомах, прежде чем превратиться в зрелый белок, также должны модифицироваться (см. лекцию31). В случае ферментов речь идет об их ковалентной модификации.
Изменение концентрации метаболитов
Важным условием, обеспечивающим высокую скорость того или иного метаболического пути, является концентрация субстратов. Она может зависеть от интенсивности протекания других процессов, в которых также расходуются эти субстраты (конкуренция), или скорости транспорта данных веществ через мембраны (плазматическую или органелл). Кроме того, скорость метаболических процессов определяется концентрацией кофакторов. Например, гликолиз и ЦТК регулируются доступностью АDР на уровне изменения активности ключевых аллостерических ферментов.
У эукариотических клеток важную роль в регуляции и интеграции клеточного обмена играет компартментализация, т.е. разграничение метаболизма в пространственно разделенных мембраной участках клетки (компартментах). Избирательная проницаемость мембран определяет судьбу ряда метаболитов. Скорость трансмембранного переноса веществ, их взаимодействие с мембраной служат сигналом изменения состояния клетки, направленности в ней метаболических путей (табл. 28.1).
Таблица 28.1
Компартментализация основных метаболических
процессов в эукариотической клетке
| Компартмент | Метаболический путь |
| Цитозоль | Гликолиз Пентозофосфатный путь Синтез жирных кислот Синтез триацилглицеролов Синтез нуклеозидтрифосфатов |
| Матрикс митохондрий | Окислительное декарбоксилирование пирувата Цикл лимонной кислоты β-окисление жирных кислот Синтез кетоновых тел Окислительное фосфорилирование |
| Два компартмента – цитозоль и матрикс митохондрий | Глюконеогенез Синтез мочевины Синтез гема |
Мембранная регуляция
Важнейшими функциями мембраны являются: барьерная, транспортная, осмотическая, электрическая, структурная, энергетическиеая, биосинтетическиеая, рецепторно-регуляторная и др. Такое многообразие функций мембраны возможно в силу ее мобильной структуры.
Мембраны формируются из двойного слоя фосфолипидов с некоторым количеством других липидов (галактолипидов, стеринов, жирных кислот и др.). Основную роль в их формировании играют гидрофобные связи (липид-липид, липид-белок, белок-белок). В состав мембран входят хемо-, фото- и механорецепторы белковой природы, чувствительные к действию химических и физических факторов. Эти рецепторы воспринимают сигналы, поступающие из внешней и внутренней среды, обеспечивая адаптивные ответы клеток на изменения условий существования. Составные компоненты мембран синтезируются под контролем генного аппарата и, в свою очередь, контролируют его работу.
В основе мембранной регуляции лежит неравновесное состояние, поддерживаемое в каждой клетке на определенном стационарном уровне благодаря работе ионных насосов (помп). Примером может служить влияние мембранной регуляции на изменение концентрации внутриклеточного Са2+. Его концентрация в цитоплазме поддерживается на очень низком уровне (10-7 М). Повышение концентрации кальция до 10-6 М влияет на активность Са2+-зависимых протеинкиназ, фосфорилирующих белки, состояние цитоскелета, сократительную активность актомиозинового комплекса цитоплазмы, секреторную и митотическую активность и др. Эти процессы кальций регулирует, связываясь с кальмодулином и другими кальцийсвязывающими белками.
Таким образом, совокупность реакций, составляющих обмен веществ, в живом организме строго скоординирована и приспособлена к его потребностям. Эти потребности в значительной мере определяются составом среды, в которой находится данный организм. Кроме того, у высших организмов они зависят от сигналов, которые получает данная клеточная популяция либо непосредственно, либо опосредованным путем (через лимфу и кровь, нервную систему и др.). Регуляция метаболизма через изменение концентрации и активности ферментов характерна для всех клеток и реализуется с помощью разнообразных механизмов.
Как известно, активность ферментов зависит от физико-химических условий среды: концентрации субстрата и конечных продуктов реакции, значений рН, ионной силы, окислительно-восстановительного потенциала, изменений содержания коферментов (NAD, NADP и др.) и кофакторов (ионов металлов). В процессе фосфорилирования протеинкиназами или дефосфорилировании фосфатазами, при ацетилировании, метилировании происходит модификация ферментов и изменение их активности.
Ферментативная активность регулируется также в процессе связывания и освобождения ферментов мембранами, блокирования специфическими белковыми ингибиторами и в результате их распада. Оперативный способ изменения активности ферментов – аллостерическая регуляция, которая осуществляется специфическими эффекторами ‒ активаторами или ингибиторами, в качестве которых могут выступать трофические факторы, промежуточные метаболиты, гормоны и другие, физиологически активные вещества.