Определение запрета обратной связи
Ингибирование с обратной связью представляет собой механизм клеточного контроля, в котором активность фермента ингибируется конечным продуктом фермента. Этот механизм позволяет клеткам регулировать количество производимого конечного продукта фермента.
Большинство биохимических процессов являются сложными и многостадийными, требующими множества ферментов для получения из исходного подложка до желаемого конечного продукта.
Как правило, ингибирование обратной связи действует на первый фермент, уникальный для данного пути. Например, в случае продуцирования аминокислоты аминокислота может действовать как ингибитор для первого фермента в пути, целью которого является получение большего количества этой аминокислоты.
График ниже иллюстрирует этот процесс:
Ингибирование обратной связи обычно осуществляется через нечто, называемое «аллостерическим сайтом» – сайтом на ферменте, который меняет форму фермента и, следовательно, поведение активный сайт.
Коренные слова аллостерического происхождения происходят от греческого «алло» для «другого» и от греческого «стерео» для «пространства». Это может помочь вам вспомнить, что «аллостерические участки» заставляют ферменты принимать «другие формы» или «другие пространства».
Связывание регуляторного мессенджера – в данном случае конечного продукта биохимического пути – с аллостерическим участком изменяет форму всего фермента.
При ингибировании с обратной связью связывание конечного продукта с аллостерическим сайтом замедляет или останавливает активность фермента, так что новый конечный продукт или совсем не образуется. Когда уровни конечного продукта падают, фермент будет сталкиваться с меньшим количеством частиц конечного продукта, и его активность снова возрастет.
Запрет обратной связи предотвращает отходы, возникающие, когда производится больше продукта, чем клетка необходимо. Это также может предотвратить вред, когда слишком большое количество конечного продукта пути может фактически нанести вред организм.
Результатом подавления обратной связи является то, что это позволяет им регулировать скорость реакции в зависимости от того, сколько их конечного продукта необходимо, и предотвращать наращивание конечного продукта до опасного уровня.
Одним из примеров этого, который имеет место в наших собственных телах, является производство холестерина. Холестерин в небольших количествах полезен для мембран наших клеток, но в больших количествах он может накапливаться в наших венах и артериях и стать очень вредным.
Современные диеты часто приводят к опасно высокому холестерину в результате употребления его в избытке, но в природе иногда нашему организму необходимо было производить собственный холестерин.
Механизм производства холестерина в печень ингибируется наличием холестерина в кровь, Большое количество холестерина в крови на самом деле мешает клеткам печени транскрибировать необходимые мРНК сделать фермент, который делает холестерин.
Поэтому, когда мы едим диеты с высоким содержанием холестерина, наша печень производит меньше холестерина, чем если бы мы не получали достаточно холестерина из нашей пищи.
У некоторых людей опасно высокий уровень холестерина может быть результатом отключения этого пути подавления обратной связи, в результате чего организм продолжает вырабатывать собственный холестерин в дополнение к потребляемому.
Функция блокировки обратной связи
Ингибирование обратной связи позволяет организму избегать многих потенциально опасных ситуаций, в том числе:
- Отходы. Без подавления обратной связи энергия или сырье, которые могли бы использоваться для важных клеточных функций, могли бы быть потрачены впустую на ненужные.
- Предотвращает истощение. Без подавления обратной связи сырье и энергия могут быть истощены биохимическими процессами, которые не прекращаются, даже когда их конечный продукт не нужен. Хорошим примером этого является производство АТФ из глюкозы. Ферменты, которые продуцируют АТФ из глюкозы, подлежат ингибированию по обратной связи со стороны АТФ. Это экономит глюкозу, предотвращая ее ненужный распад, когда в клетке много АТФ.
- Предотвращает опасные накопления. Конечные продукты некоторых биохимических путей могут быть опасными в высоких концентрациях. Холестерин является отличным примером того, что может сделать наш организм, который хорош в небольших количествах, но опасен в больших количествах.
- поддерживать гомеостаз, Важной функцией жизни является способность поддерживать постоянные внутренние обстоятельства перед лицом меняющихся условий окружающей среды. Некоторые химические посредники, которые участвуют в поддержании гомеостаза, регулируются с помощью обратной связи.
Примеры блокировки обратной связи
Производство АТФ
АТФ создается из глюкозы через ряд ферментативных реакций в наших клетках. Глюкоза является стабильной формой энергетической валюты, которая может быть поглощена из пищи или транспортироваться по телу по мере необходимости. АТФ, с другой стороны, нестабилен и самопроизвольно теряет свою энергию, если он сидит без дела.
По этой причине важно регулировать расщепление глюкозы и выработку АТФ. Производство слишком большого количества АТФ приводит к потере энергии, а истощение уровня глюкозы может привести к большим проблемам в условиях дефицита пищи.
Чтобы контролировать количество глюкозы, которая расщепляется с образованием АТФ, первый фермент в этой цепи расщепления аллостерически регулируется АТФ. Если АТФ связывается с этим ферментом, он больше не расщепляет глюкозу.
Это позволяет клеткам вырабатывать много АТФ в условиях, когда АТФ используется быстро, а это означает, что он исчерпан; но производят мало в условиях, когда требуется мало АТФ, что приводит к накоплению АТФ в клетке.
Таким образом, наши тела очень эффективно используют свою энергию, сохраняя ее в стабильной форме глюкозы, пока она не понадобится.
Производство аминокислот
Человеческое тело использует двадцать различных аминокислоты – «строительные блоки» белка. Все аминокислоты имеют некоторые общие черты, а некоторые очень похожи друг на друга. Это означает, что разные аминокислоты производятся из одного и того же сырья.
Однако клетка может нуждаться в разных аминокислотах в разное время. Некоторые клетки должны вырабатывать большое количество белков, состоящих из одной или двух аминокислот; другие могут нуждаться во всех аминокислотах, или одна и та же клетка может нуждаться в разных аминокислотах в разное время.
Это означает, что так же, как и при преобразовании глюкозы в АТФ, клетки должны найти способ эффективно использовать свое сырье, чтобы получать именно то, что им нужно в любой момент времени. И точно так же, как с АТФ, они используют регулирование обратной связи, чтобы гарантировать, что они производят только те аминокислоты, которые им нужны в любой момент времени.
Первый уникальный этап в биохимическом пути для каждой аминокислоты – называемый «совершенным этапом», потому что в этот момент клетка «привержена» использованию сырья для производства аминокислоты – аллостерически регулируется самой аминокислотой.
Поэтому, когда в клетке много таурина, например, который не используется, этот серин будет связываться с первым ферментом в пути, который производит больше серина. В результате больше серина не будет производиться, пока уровень серина в клетке не упадет.
Таким образом, клетки гарантируют, что сырье доступно для производства необходимых им аминокислот, и что они не потребляются путем производства аминокислот, в которых они не нуждаются.
Производство холестерина
Холестерин используется в клеточных мембранах, где он помогает поддерживать целостность клеточная мембрана и облегчить передачу сигналов между клетками. По этой причине наш организм обладает способностью вырабатывать холестерин, если его не найти в окружающей среде.
Однако, если в организме обнаружено слишком много холестерина, он может накапливаться в артериях и венах и вызывать смертельные сердечно-сосудистые заболевания.
По этой причине важно, чтобы организм мог снизить выработку холестерина в условиях, когда мы получаем много холестерина из наших диет.
В случае холестерина аллостерическая регуляция фактор транскрипции это приводит к производству большего количества производящего холестерин фермента. Когда в крови присутствует много холестерина, новый фермент, производящий холестерин, не образуется, что со временем приводит к падению холестерина.
Некоторые случаи опасно высокого уровня холестерина вызваны отказом этого механизма ингибирования обратной связи, в результате которого печенью вырабатывается большое количество холестерина, хотя в организме уже присутствует большое количество холестерина.
- Активный сайт – Сайт фермента, где он катализирует превращение одного или нескольких субстратов в конечный продукт.
- Аллостерический сайт – Сайт на фермент, который изменяет форму и активность фермента, когда молекула, такой как ингибитор обратной связи, связывается с ним.
- энзим – Белок, который катализирует химическое изменение одного или нескольких субстратов в один или несколько продуктов. Ферменты резко увеличивают скорость химических реакций, делая жизнь, насколько мы знаем, возможной.
викторина
1. Что из нижеперечисленного НЕ будет квалифицироваться как запрет обратной связи?A. Фермент ингибируется собственным конечным продуктом.B. Первый фермент в биохимическом пути ингибируется конечным продуктом последнего фермента в пути.C. Клетка обнаруживает, что в ее теле слишком много вещества. цитоплазма Таким образом, он создает химический мессенджер для подавления фермента, который его производит.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 1
С верно. При подавлении обратной связи биохимический путь ингибируется собственным конечным продуктом. В сценарии С. ферменты ингибируются не собственным конечным продуктом, а отдельным сигнальным механизмом.
2. Какой из следующих сценариев НЕ выиграет от подавления обратной связи?A. Клетка должна производить различные количества АТФ в соответствии с ее энергетическими потребностями; но он не хочет производить слишком много АТФ, потому что это приведет к потере энергии.B. Клетка должна быть способна производить нужные аминокислоты в нужное время, а не использовать свои материалы для производства аминокислот, которые ей не нужны.C. Организм должен иметь возможность вырабатывать холестерин, когда он не поступает с пищей, но должен быть в состоянии отключить выработку холестерина, когда в рационе много холестерина.D. Организм должен производить как можно больше жира, чтобы оставаться теплым в предстоящую зиму.
Ответ на вопрос № 2
D верно. В этом сценарии животное должно производить как можно больше жира, поэтому не имеет смысла иметь обратную связь, ингибирующую выработку жира.
3. Какую из следующих основных функций жизни помогает поддерживать подавление обратной связи?A. Воспроизведение – способность делать больше из себя.B. Гомеостаз – способность поддерживать стабильную внутреннюю среду даже при изменении внешней среды.C. Рост – способность увеличиваться в размере или количестве клеток.D. Питание – способность получать материалы из окружающей среды для получения энергии и сырья.
Ответ на вопрос № 3
В верно. В то время как подавление обратной связи может помочь со всеми жизненными функциями, поддерживая организм живым, оно больше всего помогает с гомеостазом. Ингибирование обратной связи помогает организмам поддерживать свое окружение в постоянном состоянии даже перед лицом меняющихся требований окружающей среды.