Հիմնական նյութ
Կենսաբանություն
Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 12
Դաս 6: Բջջային շնչառության տարբեր ձևերըԲջջային շնչառության կարգավորումը
Ինչպես կարող է բջջային շնչառությունն արագացվել կամ դանդաղեցվել։ Հիմնական ֆերմենտները և դարձելի արգելակում։
Ներածություն
Դու կարող ես երբեմն որևէ լավ բանից շատ ունենալ։ Պատկերացրու՝ շատ ես սիրում պաղպաղակ և խանութից շատ ես գնում։ Եթե շատ ես քաղցած, դա կարող է լավ ընտրություն լինել․ կարող ես արագ բոլորն ուտել, մինչև դրանք հալվեն։ Բայց եթե քիչ ես քաղցած, դա վատ ընտրություն կլինի․ պաղպաղակի մեծ մասը կհալվի, և դա գումարի անիմաստ վատնում կլինի։
Բջիջները բախվում են խնդրի, երբ վառելիքը, ինչպիսին գլյուկոզն է, ճեղքում են՝ ԱԵՖ ստանալու նպատակով։ Եթե բջջի ԱԵՖ-ի մատակարարումը քիչ է, այն գլյուկոզը ակտիվորեն կճեղքի՝ ապահովելով ԱԵՖ-ի անհրաժեշտ քանակը, որը պետք է «լույսերը վառ պահելու» համար։ Մյուս կողմից, եթե ԱԵՖ-ի մատակարարումը շատ է, գլյուկոզի՝ մեծ արագությամբ օքսիդացումը իմաստ չի ունենա։ ԱԵՖ-ը անկայուն մոլեկուլ է, և եթե բջջում այն երկար ժամանակ մնա, հնարավոր է, որ ինքնաբուխ կհիդրոլիզվի ԱԿՖ-ի։ Սա նման է հալվող պաղպաղակի դեպքին․ բջիջը ծախսել է գլյուկոզ՝ ԱԵՖ ստեղծելու համար, իսկ ԱԵՖ-ը ի վերջո վատնվում է։
Բջջի համար կարևոր է վառելիքի ճեղքման ուղիները այդ պահին էներգիայի պահանջներին համապատասխանեցնելը։ Այստեղ կտեսնես, թե ինչպես են բջիջները բջջային շնչառության ուղիները «վերև» կամ «ներքև» ուղղում՝ ի պատասխան ԱԵՖ-ի մակարդակի կամ նյութափոխանակային այլ ազդանշանների։
Ալլոստերիկ ֆերմենտներ և ուղու կարգավորում
Ինչպե՞ս է վերահսկվում ուղու գործունեությունը։ Շատ դեպքերում ուղիները կարգավորվում են այդ ուղու առանձին քայլերը կատալիզող ֆերմենտների միջոցով։ Եթե ուղու որոշակի քայլին մասնակցող ֆերմենտն ակտիվ է, այդ քայլը կարող է արագ ընթանալ, բայց եթե ֆերմենտն ակտիվ չէ, քայլը դանդաղ կընթանա կամ ընդհանրապես չի ընթանա։
Այսպիսով՝ եթե բջիջը ցանկանում է վերահսկել նյութափոխանաային ուղու գործունեությունը, անհրաժեշտ է կարգավորել մեկ կամ մի քանի ֆերմենտների աշխատանքը:
Կենսաքիմիական ուղու կարգավորման հիմնական թիրախը հաճախ ֆերմենտն է, որը կատալիզում է ուղու առաջին քայլը (այսինքն՝ առաջին քայլը, որը հեշտությամբ դարձելի չէ): Կատարված քայլի գաղափարը կարող է մի փոքր բարդանալ, երբ նյութափոխանակության բազմաթիվ ուղիներ հատվում են, ինչպես բջջային շնչառության ժամանակ, բայց դա օգտակար գաղափար է, որն արժե հիշել։
Ինչպե՞ս են կարգավորվում նյութափոխանակային ուղիները վերահսկող ֆերմենտները։ Բջջային շնչառության բազմաթիվ ֆերմենտներ վերահսկվում են մեկ կամ մի քանի ալլոստերիկ հատվածներում՝ կարգավորող մոլեկուլների միացման միջոցով (ալլոստերիկ կենտրոնը կարգավորող կենտրոն է, որը տարբեր է ակտիվ կենտրոնից)։ Կարգավորող մոլեկուլի միացումը ֆերմենտի ալլոստերիկ կենտրոնին փոխում է դրա կառուցվածքը՝ այն դարձնելով ավելի շատ կամ քիչ ակտիվ։
Մոլեկուլները, որոնք կապվում են բջջային շնչառության ֆերմենտներին, հանդես են գալիս որպես ազդանշաններ՝ ֆերմենտին տալով տեղեկություն բջջի էներգիայի վիճակի մասին: ԱԵՖ-ը, ԱԿՖ-ն և ՆԱԴH-ը բջջային շնչառությունը կարգավորող մոլեկուլների օրինակներ են։ Օրինակ՝ ԱԵՖ-ը «դադարի» ազդանշան է՝ բարձր մակարդակը նշանակում է, որ բջիջն ունի բավականաչափ ԱԵՖ և կարիք չունի բջջային շնչառության միջոցով ավելին ստեղծելու։ Սա հետադարձ արգելակում է, երբ վերջանյութը «հետ է հոսում»՝ իր ճանապարհը փակելու համար:
Գլյուկոզի կարգավորումը
Գլիկոլիզի որոշ փուլեր կարգավորվում են, բայց ամենակարևոր ստուգիչ կետը ուղու երրորդ քայլն է, որը կատալիզվում է ֆոսֆոֆրուկտոկինազ (ՖՖԿ) ֆերմենտով։ Այս ռեակցիան առաջին քայլն է, որը ՖՖԿ-ն դարձնում է գլիկոլիզի ուղու կարգավորման կենտրոնական թիրախstart superscript, 1, end superscript։
ՖՖԿ-ն կարգավորվում է ԱԵՖ-ի, ԱԿՖ-ի ածանցյալ ԱՄՖ-ի, ցիտրատի, ինչպես նաև որոշ այլ մոլեկուլների միջոցով, որոնք մենք այստեղ չենք քննարկի։
- ԱԵՖ։ ԱԵՖ-ը ՖՖԿ-ի բացասական կարգավորիչ է, որն իմաստ ունի․ եթե բջջում արդեն բավականաչափ ԱԵՖ կա, գլիկոլիզը կարիք չունի ավելին ստեղծելու։
- ԱՄՖ։ Ադենոզին մոնոֆոսֆատը (ԱՄՖ) ՖՖԿ-ի դրական կարգավորիչ է։ Երբ բջիջը քիչ ԱԵՖ ունի, այն ավելի շատ ԱԵՖ կսինթեզի՝ ԱԿՖ-ն փոխարկելով ԱԵՖ-ի և ԱՄՖ-ի (ԱԿՖ + ԱԿՖright arrow ԱԵՖ + ԱՄՖ)։ ԱՄՖ-ի բարձր մակարդակը նշանակում է, որ բջիջը էներգիայի քաղց ունի, և գլիկոլիզը պետք է արագ ընթանա՝ ԱԵՖ-ի կարիքը լրացնելու համար։
- Ցիտրատ։ Ցիտրատը՝ կաթնաթթվային ցիկլի առաջին վերջնանայութը, ևս կարող է արգելակել ՖՖԿ-ին։ Եթե ցիտրատ է կուտակվում, դա նշան է, որ գլիկոլիզը կարող է դանդաղել, քանի որ կիտրոնաթթուն վերականգնվել է և ավել վառելիքի կարիք չունի։
Պիրուվատի օքսիդացումը
Կարգավորման հաջորդ առանցքային կետը գլիկոլիզից հետո է, երբ պիրուվատը վերածվում է ացետիլ CoA: Փոխարկման այս քայլը շատ օրգանիզմների դեպքում դարձելի չէ և վերահսկում է, թե որքան ացետիլ CoA է մտնում կիտրոնաթթվային ցիկլ՝ որպես «վառելիք»cubed: Ֆերմենտը, որը կատալիզում է փոխարկման ռեակցիան, կոչվում է պիրուվատ դեհիդրոգենազ:
- ԱԵՖ-ը և ՆԱԴH-ը այս ֆերմենտին ավելի քիչ ակտիվ են դարձնում, մինչդեռ ԱԿՖ-ն ավելի ակտիվ է դարձնում։ Հետևաբար ավելի շատ ացետիլ CoA է ստեղծվում, երբ էներգիայի պաշարները քիչ են։
- Պիրուվատ դեհիդրոգենազը նաև ակտիվանում է իր սուբստրատ պիրուվատով, և արգելակվում է իր վերջանյութ ացետիլ CoA-ով։ Սրա շնորհիվ ացետիլ CoA առաջանում է միայն անհրաժեշտության դեպքում (և երբ առկա է շատ պիրուվատ)start superscript, 4, end superscript։
Կաթնաթթվային ցիկլ
Կաթնաթթվային ցիկլի մուտքը վերահսկվում է պիրուվատ դեհիդրոգենազի միջոցով (տես վերևում), ֆերմենտ, որն արտադրում է ացետիլ CoA։ Սակայն ցիկլում կա կարգավորման մաս կազմող երկու քայլ ևս։ Դրանք այն քայլերն են, որոնց ընթացքում ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլներ են անջատվում և ցիկլի ՆԱԴH-ի առաջին երկու մոլեկուլներն են ստեղծվում։
- Իզոցիտրատ դեհիդրոգենազը վերահսկում է այս երկու փուլերից առաջինը՝ վեց ածխածին պարունակով մոլեկուլը փոխարկելով հինգ ածխածնով մոլեկուլի։ Այս ֆերմենտն արգելակվում է ԱԵՖ-ով և ՆԱԴH-ով և ակտիվանում է ԱԿՖ-ով։
- α-Կետոգլուտարատ դեհիդրոգենազը վերահսկում է քայլերից երկրորդը՝ նախորդ քայլում ստացված հինգ ածխածնով մոլեկուլը դարձնելով չորս ածխածնով միացություն, որը միացած է ացետիլ CoA-ին (սուկցինիլ CoA): Այս ֆերմենտն արգելակվում է ԱԵՖ-ով, ՆԱԴH-ով և որոշ այլ մոլեկուլներով, ներառյալ սուկցինիլ CoA-ն։
Ամբողջացնելով այս ամենը՝
Գոյություն ունեն բջջային շնչառության կարգավորման շատ այլ մեխանիզմներ, բացի այն ամենից, որ քննարկեցինք։ Օրինակ՝ էլեկտրոնափոխադրիչ շղթայի աշխատանքի արագությունը կարգավորվում է ԱԿՖ-ի և ԱԵՖ-ի մակարդակներով, և շատ ֆերմենտներ ևս կարգավորման մաս են կազմում։ Այնուամենայնիվ, այս օրինակներն օգնում են ընդհանուր պատկերացում կազմելու այն տրամաբանության և ռազմավարության տեսակների մասին, որոնք բջիջներն օգտագործում են նյութափոխանակային գործընթացները կարգավորելու համար:
Յուրաքանչյուր փուլում կարող ենք տեսնել նման տարրեր։ Օրինակ՝ տեսնում ենք հետադարձ արգելակում շատ փուլերում՝ տարբեր ուղիների և առանձին ռեակցիաների մակարդակներով։ Մեկ այլ ընդհանուր առանձնահատկություն է բջջի էներգիաական կարգավիճակի վերահսկումը ԱԵՖ-ի, ԱԿՖ-ի, ԱՄՖ-ի և ՆԱԴH-ի միջոցով։
Ստորև բերված տրամագիրն ամփոփում է մեր քննարկած բանալի ֆերմենտները՝ իրենց որոշ կարևոր կարգավորիչների հետ։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։