21.11. Биосинтез аминокислот регулируется ингибированием конечным продуктом

Скорость синтеза аминокислот зависит главным образом от количества ферментов биосинтеза и от их ферментативной активности. Перейдем теперь к регуляции ферментативной активности. Регуляция синтеза ферментов будет обсуждаться в гл. 28.

Первая необратимая реакция пути биосинтеза, которая называется направляющей реакцией, или решающим этапом (решающей реакцией), - обычно важный участок регуляции. Конечный продукт пути часто ингибирует фермент, катализирующий первую решающую реакцию

Регуляция такого рода необходима для сохранения строительных блоков и метаболической энергии. Первый пример этого важного принципа регуляции метаболизма был

обнаружен при изучении биосинтеза изолейцина в клетках E.coli. Дегидратация и дезаминирование треонина с образованием -оксобутирата - решающая реакция в синтезе изолейцина. Катализирующий эту реакцию пиридоксалевый фермент треонин-дезаминаза аллостерически ингибируется изолейцином.

Подобно этому, триптофан ингибирует ферментный комплекс, катализирующий первые две стадии превращения хоризмата в триптофан.

Рассмотрим разветвляющийся биосинтетический путь, конечные продукты которого

Предположим, что высокая концентрация или полностью ингибирует первую общую стадию Тогда при высокой концентрации будет подавлен синтез даже если его содержание ниже необходимого уровня. Очевидно, такая схема регуляции не оптимальна. В действительности в разветвленных биосинтетических путях было обнаружено несколько тонких регуляторных механизмов,

1. Последовательная регуляция по принципу обратной связи. Первая общая реакция непосредственно не ингибируется продуктами или Вместо этого конечные продукты ингибируют начальные реакции

каждой из ветвей: ингибирует реакцию реакцию Высокая концентрация С в свою очередь ингибирует реакцию А В. Таким образом, первая общая реакция блокируется только в том случае, если оба конечных продукта присутствуют в избытке.

Рис. 21.13. Предполагаемый промежуточный продукт при синтезе триптофана, Серин образует шиффово основание с ПЛФ, связанным с -цепыо белка, которое затем дегидратируется и образует шиффово основание аминоакрилата (показано красным цветом). Этот связанный с ферментом промежуточный продукт атакуется индолом, продуктом другой частичной реакции, катализируемой -субъединицей белка. В результате образуется триптофан.

Рис. 21.14. (см. скан) Биосинтез гистидина в клетках Е. coli и Salmonella (буквой Р в кружочке обозначена фосфорильная группа).

Последовательная регуляция конечным продуктом действует при синтезе ароматических аминокислот в клетках Bacillus subtilis. Первые реакции после разветвления общего пути биосинтеза фенилаланина, тирозина и триптофана ингибируются соответствующими конечными продуктами.

Если все три продукта присутствуют в избытке, происходит накопление хоризмата и префената. Эти промежуточные продукты, синтезирующиеся в реакциях перед точкой разветвления путей, в свою очередь ингибируют первую общую реакцию всего биосинтетического пути - конденсацию фосфоенолпирувата и эритрозо-4-фосфата.

2. Множественность ферментов. Отличительное свойство этого механизма то, что первая общая реакция катализируется двумя различными ферментами. Один из них ингибируется продуктом а другой - продуктом Таким образом, чтобы полностью предотвратить превращение концентрации и должны быть высокими. Кроме того, при такой схеме регуляции, как и при последовательной регуляции по типу обратной связи, ингибирует реакцию -реакцию

Дифференциальное ингибирование множества ферментов используется для регуляции многочисленных метаболических путей у микроорганизмов. У Е. coli конденсация фосфоенолпирувата и эритрозо-4-фосфата катализируется тремя различными ферментами. Один из них ингибируется фенилала - нином, другой - тирозином и третий - триптофаном. Кроме того, существуют две различные мутазы, превращающие хоризмат в префенат, Одна из них ингибируется фенилаланином, другая - тирозином.

3. Согласованная регуляция по типу обратной связи. Первая общая реакция ингибируется только в том случае, если и одновременно присутствуют в высокой концентрации. При высокой концентрации лишь одного (любого) из этих продуктов ингибирования реакции А В не происходит. Как и в первых двух схемах регуляции, ингибирует реакцию реакцию

Пример согласованной регуляции по типу обратной связи — ингибирование аспартилкиназы

конечными продуктами треонином и лизином.

4. Кумулятивная регуляция по типу обратной связи. Первая общая реакция частично ингибируется каждым из конечных продуктов. Каждый конечный продукт действует независимо от других. Предположим, при высокой концентрации скорость реакции А В снижается от 100 до 60 с снижает скорость от 100 до 40 с "1. Тогда скорость реакции А В в присутствии высоких концентраций будет