Ферментативная регуляция функций клетки. Клеточное деление

Видео: Жизненный цикл клетки. Решение генетических задач-4

Для регуляции некоторых клеточных функций наряду с генетическими используются ферментативные механизмы, основанные на прямом действии ингибиторов или активаторов тех или иных внутриклеточных ферментов. Таким образом, ферментативная регуляция представляет собой второй способ, используемый клеткой для контроля над течением биохимических процессов.

Ингибирование ферментов. Некоторые внутриклеточные вещества непосредственно действуют на участвующие в их синтезе ферменты по механизму обратной связи. Синтезируемые в клетке вещества чаще всего действуют на первый фермент метаболической цепочки, а не на последующие, обычно связываясь с ним напрямую и вызывая аллостерические конформационные изменения, которые и приводят к инактивации фермента. Нетрудно догадаться, почему инактивируется первый фермент — это предотвращает накопление ненужных промежуточных метаболитов.

Ингибирование ферментов — еще один пример механизма отрицательной обратной связи. Он отвечает за регуляцию внутриклеточной концентрации множества аминокислот, пуринов, пиримидинов, витаминов и других веществ.

Видео: Жизненный цикл клетки

Активация ферментов. Многие ферменты присутствуют в клетке в неактивном состоянии, но при необходимости активируются. В качестве примера можно привести истощение запаса АТФ, приводящее к накоплению большого количества продукта его распада — циклического аденозинмонофосфата.

В присутствии цАМФ сразу же активируется фермент фосфорилаза, расщепляющий гликоген до глюкозы. Последняя быстро метаболизируется, а ее энергия используется для пополнения запаса АТФ. Таким образом, цАМФ действует как активатор фермента фосфорилазы и поэтому является частью общего механизма регуляции внутриклеточной концентрации АТФ.

Видео: Внутренняя жизнь клетки

Интересен пример активации и одновременного ингибирования ферментов синтеза пуринов и пиримидинов. Оба эти вещества нужны клетке для синтеза ДНК и РНК примерно в одинаковом количестве. Накопление пуринов приводит к ингибированию ферментов, отвечающих за их синтез, но при этом активирует ферменты синтеза пиримидинов. Точно так же пиримидины ингибируют «свои» ферменты и активируют ферменты пуринового синтеза. Благодаря постоянному взаимодействию двух этих систем ферментативного синтеза концентрация пуринов и пиримидинов в клетке всегда оказывается практически одинаковой.

Итак, существуют два основных способа, посредством которых клетка поддерживает абсолютное и относительное содержание в ней разных веществ на необходимом уровне: (1) механизм генетической регуляции- (2) механизм ферментативной регуляции. Таким образом могут быть активированы или ингибированы как гены, так и ферменты. Эти механизмы чаще всего действуют как регуляторные системы обратной связи, которые непрерывно контролируют и при необходимости корригируют биохимический состав клетки. В ряде случаев регуляцию внутриклеточных биохимических процессов осуществляют вещества, содержащиеся вне клетки (особенно некоторые гормоны, уже упоминавшиеся в этой главе), путем активации или ингибирования одной или нескольких внутриклеточных регуляторных систем.

Клеточное деление

Клеточное деление — еще один пример, иллюстрирующий универсальность ДНК в качестве регулятора всех клеточных процессов. Гены и генетические регуляторные механизмы определяют ростовые характеристики клеток, время начала деления клетки и способность ее к делению. Система генетической регуляции играет первостепенную роль на всех стадиях развития организма — от оплодотворенной яйцеклетки до самого конца жизни. Итак, если существует какая-то основа жизни, то это, конечно же, ДНК.

Клеточный цикл. Под клеточным циклом понимают период между двумя последовательными делениями клетки. У клеток, которые обладают нормальной активностью и пролиферируют с максимально возможной для них скоростью, клеточный цикл может составлять всего 10-30 ч. Окончанием цикла служит цепь клеточных превращений, называемая митозом, в результате которого одна клетка делится на две дочерние. Весь процесс митоза длится около 30 мин- более 95% клеточного цикла (даже если клетки делятся очень быстро) занимает время между митозами (так называемая интерфаза).

Клетки почти постоянно находятся под действием ингибирующих факторов, которые замедляют или останавливают клеточный цикл, за исключением случаев, когда требуется их быстрое воспроизведение, поэтому продолжительность клеточного цикла колеблется в очень широких пределах — в зависимости от типа клеток. Так, для быстро обновляющихся гемопоэтических клеток она может составлять всего 10 ч, а для большинства нервных клеток клеточный цикл занимает весь период от рождения до смерти.

Источник: http://meduniver.com