ванием АТР. В этих условиях лимитирующими в соответствующих последовательностях реакций могут стать реакции, использующие ADP. Снижение уровня реагента способно привести также к полному изменению картины метаболизма. Так, если дрожжи лишены кислорода, то происходит накопление восстановленного кофермента NADH, который восстанавливает пировиноградную кислоту до молочной (гл. 7, разд. А, 6), т. е. наблюдается переход от окислительного метаболизма к брожению.

В заключение можно сказать, что идея ключевых ферментов является весьма ценной, однако следует иметь в виду, что в зависимости от условий в роли ключевых могут выступать различные ферменты. Важно также отдавать себе отчет в том, что скорости реакций часто определяются скоростью диффузии того или иного соединения через мембрану. Следовательно, процессы транспорта через мембраны также могут быть лимитирующими стадиями метаболизма.

2. Генетический контроль синтеза ферментов

Работа всех регуляторных механизмов клетки определяется в конечном счете генами и их продуктами. Внутри клетки происходит непрерывная транскрипция многих генов, хотя часть генома может не проявляться. К факторам, определяющим скорость синтеза ферментов на рибосомах в цитоплазме, относятся как скорость транскрипции, так и скорость деградации молекул мРНК,а. Репрессия и индукция

Некоторые ферменты называют конститутивными, подразумевая под этим, что фермент образуется независимо от того, в каких условиях находится клетка. Например, бактерии синтезируют ферменты, необходи5—1896

мые для катаболизма глюкозы, при .всех условиях роста. Ферменты другой группы, известные как индуцибельные, часто синтезируются лишь в следовых количествах. Однако если клетки выращивают в присутствии веществ, являющихся субстратами для этих ферментов, то последние продуцируются в гораздо больших количествах. Так, при культивировании Е. coli в присутствии лактозы образуется ряд ферментов, участвующих в катаболизме этого дисахарида. Проведенные исследования показали, что обычно синтез ферментов деградации лактозы подавлен. Гены, кодирующие эти белки, «выключены» благодаря действию специфического белка — репрессора, обладающего аллостериче-скими свойствами. Репрессор связывается со специфическим участком молекулы ДНК и блокирует транскрипцию генов, ответственных за синтез определенных ферментов (рис. 6-15). Однако индуктор (например, лактоза15), связываясь с аллостерическим центром репрессора, вызывает уменьшение сродства репрессора к ДНК и, следовательно, дерепрессию соответствующих генов.

Синтез многих ферментов в клетке, по-видимому, почти все время подавлен. Появление специфических ферментов в тот или иной момент времени в организме или в определенной дифференцированной ткани происходит в результате дерепрессии, вызываемой накоплением специфических метаболитов или другими, пока неизвестными факторами. В эукариотических клетках контроль за синтезом ферментов может осуществляться как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции.

Репрессия может не только частично сниматься под действием индуктора, но и усиливаться в присутствии конечного продукта метаболической цепи. В некоторых случаях подобная репрессия по типу отрицательной обратной связи также опосредуется аллостерическим изменением молекулы белка-—репрессора. У эукариот контроль по типу отрицательной обратной связи может реализоваться, по-видимому, и на уровне транскрипции, и на уровне трансляции, как показано на рис. 6-15.

Уровень активного фермента в клетке определяется не только скоростью его синтеза, но и другими факторами. Некоторые ферменты синтезируются в виде каталитически неактивных проферментов, которые далее переходят в активное состояние обычно в результате частичного протеолиза. Наконец, активные ферменты могут деградировать. Эта деградация происходит либо случайно, либо за счет «запрограммированного» гидролитического расщепления. Таким образом, как и в случае других компонентов клетки, синтез ферментов и их деградация находятся в динамическом равновесии. Результирующий процесс обычно называют обновлением белка [68].

Характерная особенность регуляторных механизмов, действующих на уровнях транскрипции и трансляции, состоит в том, что они являются относительно медленными: время ответной реакции равно часам, а иногда и дням.

б. Изоферменты (изозимы)

" Фактически индуктором является изомер лактозы — аллолактоза (гл. 15, разд. Б,1).

Важный аспект регуляции метаболизма связан с тем, что многие ферменты могут находиться в разных формах. Как правило, эти изоферменты не являются изомерами. Скорее это сходные, но химически раз

личающиеся белковые молекулы1). Изоферменты известны уже давно, однако особый интерес к ним возник несколько лет назад, когда было установлено, что лактатдегидрогеназа у человека и большинства животных представлена пятью формами, легко разделяемыми с помощью электрофореза. Каждая форма представляет собой тетрамер, состоящий из субъединиц двух типов. Тетрамер, обладающий наибольшей электро-форетической подви