logo

Пользовательского поиска

Wednesday 18th of October 2017

Значительную часть метаболических реакций все еще катализируется «беспорядочными» ферментами

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Вести из лабораторий
Автор: Administrator   
02.09.2012 20:21

 

Принято считать, что ферменты высокоспецифичны и катализируют в клетке только одну реакцию (слева). Однако некоторые «неразборчивые» ферменты имеют много функций и катализируют многие реакции. Исследование ученых Калифорнийского университета в Сан-Диего показало, что «неразборчивые» ферменты играют большую роль в росте клетки, чем считалось ранее.

 

Принято считать, что ферменты высокоспецифичны и катализируют в клетке только одну реакцию (слева). Однако некоторые «неразборчивые» ферменты имеют много функций и катализируют многие реакции. Исследование ученых Калифорнийского университета в Сан-Диего показало, что «неразборчивые» ферменты играют большую роль в росте клетки, чем считалось ранее. (Фото: University of California, San Diego)

 

 

Ферменты – это эффективные и высокоспецифичные белки, катализирующие химические реакции в живых организмах. Такие свойства они приобрели в процессе эволюции, развившись из своих более примитивных предков – «беспорядочных» и «неразборчивых».


Эта фундаментальная парадигма оспаривается в новом исследовании биоинженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego), опубликованном в журнале Science. Ученые подтвердили то, что некоторые энзимологи подозревали в течение многих лет: по причинам, которые ранее не были изучены, многие ферменты до сих пор довольно «неаккуратны» и «беспорядочны» и катализируют в живых клетках нескольких химических реакций.

Группа ученых во главе с Бернхардом Палссоном (Bernhard Palsson), профессором биоинженерии Школы инженерии Джэкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, собрала воедино результаты исследований многих десятилетий, касающихся отдельных ферментов, чтобы получить модель метаболизма кишечной палочки E. coli в масштабах всего генома этого одноклеточного организма. Исследователи сообщают, что, по меньшей мере, 37 процентов ее ферментов могут взаимодействовать с несколькими субстратами и катализируют 65 процентов всех известных метаболических реакций.

«Мы смогли объединить все ферменты в одну гигантскую модель, дающую нам целостное представление о том, что двигало эволюцию ферментов, и пришли к выводу, что это не совсем то, что мы думали», - говорит профессор Палссон.

Своей работой профессор Палссон и его коллеги продемонстрировали, что эволюция отдельных белков и ферментов подвергается воздействию функций всех остальных ферментов организма, и доказали, что все они работают вместе, чтобы поддержать скорость роста клетки.

Используя клеточную модель метаболизма, ученые установили, что чем более важен фермент для роста клетки, тем выше должна быть его эффективность. При этом ферменты, вносящие в рост клеток небольшой вклад, могут оставаться «беспорядочными». В ходе исследования были найдены три основные причины того, почему одни ферменты активно эволюционировали в сторону повышения эффективности, а другие – нет.

1. Более широко используемые организмом ферменты должны быть более эффективны, чтобы избежать энергетических потерь. Для повышения эффективности они эволюционировали в сторону катализа одной специфической метаболической реакции.

2. Если ферменты ответственны за катализ реакций, необходимых для роста и выживания клеток, они специфичны, что позволяет избежать помех со стороны молекул, которые не нужны для роста и выживания клеток.

3. Поскольку организмы должны адаптироваться к динамичной и «шумной» внешней среде, им иногда необходимо осуществлять тщательный контроль над функциями определенных ферментов для того, чтобы избежать энергетических потерь и подготовиться к ожидаемым изменениям в питании. Развитие более высокой специфичности позволяет легче контролировать такие ферменты.

Каждый  ген и белок в клетке имеет определенную функцию, и многие из этих  функций связаны друг с другом. Таким образом, совокупность функций всех  генов и белков клеток влияет на эволюцию каждого гена или белка.

 

Каждый ген и белок в клетке имеет определенную функцию, и многие из этих функций связаны друг с другом. Таким образом, совокупность функций всех генов и белков клеток влияет на эволюцию каждого гена или белка. (Фото: University of California, San Diego)

 

 

 

 

«Наше исследование показало, что функции «беспорядочных» ферментов до сих пор используются в растущих клетках, но «неаккуратность» этих ферментов не оказывает отрицательного влияния на рост. Они гораздо менее чувствительны к изменениям в окружающей среде и не так необходимы для эффективного клеточного роста», - говорит один из авторов работы Натан Льюис (Nathan Lewis).

Исследование представляет собой триумф в новой области – системной биологии, которая использует мощь высокопроизводительных компьютеров и огромное количество доступных биологических данных для моделирования, например, скорости реакций расщепления питательных веществ для производства энергии и строительства новых частей клетки.

«Это исследование проливает свет на большое количество промискуитетных ферментов живых организмов и смещает парадигму исследований в области биохимии к целостному уровню», - говорит Льюис. «Кроме того, открытия, сделанные в ходе нашего исследования, ясно показывают, что использование крупномасштабных моделей позволяет получать детальные знания об отдельных белках».

Эта концепция принесет как немедленные, так и более отдаленные результаты.

В частности, полученные данные могут иметь большое значение для понимания того, как неожиданная беспорядочная активность ферментов способствует развитию таких заболевания, как лейкемия и опухоли головного мозга.

 

 

По материалам

Science study shows ‘promiscuous’ enzymes still prevalent in metabolism

 

Аннотация к статье Network Context and Selection in the Evolution to Enzyme Specificity

 

© «Значительную часть метаболических реакций все еще катализируется «беспорядочными» ферментами». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Вести из лабораторий.

 

 

Related Articles:
 
OZON.ru

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday471
mod_vvisit_counterYesterday754
mod_vvisit_counterThis week2284
mod_vvisit_counterLast week3964
mod_vvisit_counterThis month9643
mod_vvisit_counterLast month18916
mod_vvisit_counterAll days3844873

We have: 6 guests, 2 bots online
Your IP: 54.224.155.169
 , 
Today: Окт 17, 2017

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.