Conţinutul principal
Biblioteca de biologie
Curs: Biblioteca de biologie > Unitatea 10
Lecția 6: Variații ale respirației celulareReglarea respirației celulare
Cum poate fi accelerată sau încetinită respirația celulară. Enzime cheie și inhibarea feedback-ului.
Introducere
Poţi avea uneori prea multe lucruri bune. De exemplu, să luăm în considerare sandvişurile de îngheţată. Poate îți plac sandvişurile de îngheţată şi cumperi o grămadă din magazin. Dacă îți este foarte foame, aceasta ar putea fi o alegere bună: poți să le mănânci pe toate repede, înainte să se topească. Totuși, dacă ești doar un pic înfometat, aceasta ar putea fi o alegere proastă: majoritatea sandvișurilor se vor topi, fără a fi mâncate, moment în care vei pierde ceva bani.
Celulele se confruntă cu o problemă legată de producerea ATP atunci când descompun combustibili, precum ar fi glucoza. În cazul în care sursa de ATP a celulei este scăzută, ar fi bine să se descompună glucoza cât mai repede posibil, reumplând ATP ca să-și „țină luminile aprinse”. În cazul în care aprovizionarea cu ATP este ridicată, pe de altă parte, ar putea să nu fie o idee atât de bună să oxideze glucoza la viteza superioară. ATP este o moleculă instabilă, iar dacă stă în celulă prea mult, se poate hidroliza, spontan, înapoi în ADP. Acesta este ca un sandviș de înghețată topită: celula a cheltuit glucoză pentru a face ATP și ATP-ul ajunge să se risipească.
Este important ca o celulă să coreleze cu atenție activitatea sa de descompunere a combustibilului (căi către necesarul său de energie într-un anumit moment). Aici vom vedea cum celulele transformă căile de respirație celulară în „sus” sau „în jos” ca răspuns la nivelurile ATP şi alte semnale metabolice.
Enzimele alosterice şi controlul căii
Cum este controlată activitatea unei căi? În multe cazuri, căile sunt reglate prin intermediul enzimelor care catalizează etapele individuale ale căii. Dacă enzima pentru o anumită etapă este activă, acest pas poate avea loc rapid, dar în cazul în care enzima este inactivă, pasul se va întâmpla încet sau chiar deloc.
Astfel, dacă o celulă dorește să controleze activitatea unei căi metabolice, trebuie să reglementeze activitatea uneia sau mai multor enzime pe această cale.
Obiectivul principal pentru reglarea unei căi biochimice este adesea enzima care catalizează prima etapă angajată a căii (adică primul pas care nu este ușor reversibil). Conceptul unei etape angajate poate deveni puțin complicat atunci când există multe căi metabolice intersectate, ca în cazul respiraţiei celulare, dar aceasta este, totuși, o idee utilă, de care putem ține seamă.
Cum sunt reglementate enzimele care controlează căile metabolice? Un număr de enzime ale respirației celulare sunt controlate prin legarea moleculelor de reglare în unul sau mai multe centre alosterice. (Un centru alosteric este doar un centru de reglementare, altul decât cel activ). Legarea unui regulator de centrul alosteric al unei enzime îi modifică structura, făcând-o mai mult sau mai puţin activă.
Moleculele care leagă enzimele respirației celulare acționează ca semnale, oferind informații despre starea de energie a celulei. ATP, ADP şi NADH sunt exemple de molecule care reglează enzimele respirației celulare. ATP, de exemplu, este un semnal „stop”: un nivel ridicat înseamnă că celula dispune de suficient ATP și nu este nevoită să facă mai mult prin respirație celulară. Acesta este un caz de inhibiție de feedback, în care un produs „semnalează” pentru închiderea căii.
Reglementarea glicolizei
Sunt reglementate mai multe etape ale glicolizei, dar cel mai important punct de control este a treia etapă a căii, care este catalizată de o enzimă numită fosfofructokinază (PFK). Această reacţie este primul pas angajat, făcând din PFK o ţintă centrală pentru reglarea căii glicolizei în întregimestart superscript, 1, end superscript.
PFK este reglementat de ATP, un derivat ADP numit AMP, şi citrat, precum şi de alte molecule despre care nu vom discuta aici.
- ATP. ATP este un regulator negativ al PFK, ceea ce are sens: dacă există deja o grămadă de ATP în celulă, glicoliza nu mai trebuie să se producă.
- AMP. Adenozin monofosfat (AMP) este un regulator pozitiv al PFK. Când o celulă are o valoare ATP foarte mică, va începe să scoată mai mult ATP din moleculele ADP prin convertirea lor în ATP și AMP (ADP + ADP right arrow ATP + AMP). Niveluri ridicate de AMP înseamnă că celula este înfometată de energie, iar glicoliza trebuie să se producă mai rapid pentru a reumple ATP-ulsquared.
- Citrat. Citratul, primul produs al ciclului acidului citric poate, de asemenea, să inhibe PFK. Dacă citratul se acumulează, acesta este un semn că glicoliza poate încetini, pentru că ciclul acidului citric are rezerve şi nu are nevoie de mai mult combustibil.
Oxidarea piruvatului
Următorul punct cheie de control vine după glicoliză, când piruvatul este transformat în acetil-CoA. Această etapă de conversie este ireversibilă în multe organisme, controlând cantitatea de "combustibil" de acetil-CoA ce intră în ciclul acidului citric cubed. Enzima care catalizează reacţia de conversie se numeşte piruvat dehidrogenază.
- ATP şi NADH fac această enzimă mai puţin activă, în timp ce ADP o face mai activă. Deci, se produce mai mult acetil-CoA când depozitele de energie sunt mici.
- Piruvat dehidrogenaza este, de asemenea, activată de substratul ei, piruvatul şi inhibată de produsul său, acetil CoA. Aceasta asigură faptul că acetil CoA este produs doar atunci când este necesar (și când este disponibil în cantități mari piruvat)start superscript, 4, end superscript.
Ciclul acidului citric
Intrarea în ciclul acidului citric este în mare măsură controlată prin piruvat dehidrogenaza (mai sus), enzima care produce acetil-CoA. Cu toate acestea, în cadrul ciclului există două etape suplimentare care sunt subiectul reglementării. Acestea sunt cele două etape în care moleculele de dioxid de carbon sunt eliberate, precum şi etapele în care sunt produse primele două molecule de NADH ale ciclului.
- Isocitrat dehidrogenaza controlează primul din aceşti doi paşi, transformând o moleculă de şase atomi de carbon într-o moleculă de cinci atomi de carbon. Această enzimă este inhibată de ATP şi NADH, dar activată de ADP.
- α-ketoglutarat dehidrogenază controlează al doilea din aceşti doi paşi, transformarea compusului de cinci atomi de carbon din etapa anterioară într-un compus de patru atomi de carbon legați de CoA (succinil CoA). Această enzimă este inhibată de ATP, NADH şi de alte câteva molecule, inclusiv de succinil CoA însuși.
Punerea tuturor laolaltă
Există o mulțime de alte mecanisme de reglementare pentru respirația celulară în afară de cele pe care le-am discutat aici. De exemplu, viteza lanțului de transport al electronilor este reglementată de nivelurile de ADP și ATP, iar multe alte enzime sunt subiectul reglementării. Totuşi, aceste exemple evidențiază logica şi strategiile utilizate de celule pentru reglarea proceselor metabolice.
În fiecare etapă, putem vedea elemente similare. De exemplu, observăm inhibarea feedback-ului în multe etape, la nivelul căilor şi reacţiilor individuale. Monitorizarea stării de energie a celulei prin niveluri de molecule precum ATP, ADP, AMP şi NADH este o altă caracteristică comună.
Diagrama de mai jos rezumă enzimele cheie pe care le-am discutat, împreună cu unii dintre cei mai importanți regulatori.
Vrei să te alături conversației?
Nici o postare încă.