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Stoffwechsel - Hemmung des Endprodukts

Hemmung des Endprodukts

Ein Biosyntheseweg wird üblicherweise durch einen allosterischen Effektor erzeugt als Endprodukt des Weges, und der Schrittmacher gesteuert Enzyms , an dem der Effektor katalysiert wirkt üblicherweise der erste Schritt, der eindeutig führt zum Endprodukt. Dieses Phänomen nennt manEndprodukt Die Hemmung wird durch den verzweigten Multienzymweg für die Bildung des Oxalacetats desAspartatfamilie von Aminosäuren . Wie bereits in diesem Artikel erwähnt, können nur Pflanzen und Mikroorganismen viele dieser Aminosäuren synthetisieren. Die meisten Tiere benötigen solche Aminosäuren, die in ihrer Ernährung vorgeformt zugeführt werden müssen.

Es gibt eine Reihe von Schrittmacherenzymen auf dem Biosyntheseweg für die Aspartatfamilie von Aminosäuren, von denen die meisten in einzigartiger Weise an der Bildung eines Produkts beteiligt sind. Jedes der Enzyme funktioniert nach einem Verzweigungspunkt auf dem Weg und alle werden spezifisch durch das Endprodukt gehemmt , das aus dem Verzweigungspunkt austritt. Somit kann die von einer Zelle benötigte Zufuhr von Lysin , Methionin und Isoleucin unabhängig reguliert werden.Threonin ist jedoch sowohl eine für die Proteinsynthese essentielle Aminosäure als auch eine Vorstufe von Isoleucin. Wenn die Syntheserate von Threonin aus Aspartat sowie die Raten von Lysin, Methionin und Isoleucin reguliert würden, könnte dies zu einem Ungleichgewicht in der Versorgung mit Isoleucin führen. Dieses Risiko wird bei E. coli durch die Existenz von drei verschiedenen überwundenAspartokinaseenzyme , die alle den ersten Schritt katalysieren, der der Herstellung aller aus Aspartat gewonnenen Produkte gemeinsam ist. Jeder hat ein anderes regulatorischen Effektor - Molekül . Somit wird eine Art von Aspartokinase durch Lysin gehemmt, eine zweite durch Threonin. Die dritte Kinase wird von keiner natürlich vorkommenden Aminosäure gehemmt, aber ihre Syntheserate wird durch die Methioninkonzentration in der Zelle gesteuert. Der Dreifach - Steuermechanismus von den drei verschiedenen Aspartokinasen sorgen führt , dass die Anhäufung von einer Aminosäure nicht ausgeschaltet die Zufuhr von Aspartyl - Phosphat , die für die Synthese des anderen.

Ein weiteres Beispiel für die Kontrolle durch Endprodukthemmung zeigt auch, wie der Betrieb von zwei Biosynthesewegen koordiniert werden kann. Sowohl DNA als auch die verschiedenen Arten von RNA werden aus Purin- und Pyrimidinnukleotiden zusammengesetzt ( siehe oben Nukleinsäuren und Proteine ); Diese wiederum werden aus Zwischenprodukten zentraler Stoffwechselwege aufgebaut ( siehe oben Mononukleotide ). Der erste Schritt bei der Synthese von Pyrimidinnukleotiden ist der durch Aspartatcarbamoyltransferase katalysierte. Dieser Schritt initiiert eine Reaktionssequenz, die zur Bildung von Pyrimidinnukleotiden wie UTP und CTP führt. Studien vonAspartatcarbamoyltransferase hat gezeigt, dass die Affinität dieses Enzyms zu seinem Substrat (Aspartat) durch die Anwesenheit von CTP deutlich verringert wird. Dieser Effekt kann durch die Zugabe von überwinden ATP , ein Purin - Nukleotid . Das Enzym kann in zwei Untereinheiten dissoziiert werden: Eine enthält die enzymatische Aktivität und bindet (in dissoziierter Form) kein CTP; der andere bindet CTP, hat aber keine katalytische Aktivität. Neben physikalische Beweise vorausgesetzt Schrittmacher Enzyme unterschiedliche katalytische und regulatorische Stellen enthalten, die Wechselwirkung von Aspartat Carbamoyltransferase mit den verschiedenen Nucleotiden liefert eine Erklärung für die Steuerung der Zufuhr von Nukleinsäure- Vorläufern. Wenn eine Zelle ausreichend Pyrimidinnukleotide enthält (zB UTP), Aspartat Carbamoyltransferase, das erste Enzym der Pyrimidin - Biosynthese , gehemmt. Wenn die Zelle jedoch hohe Mengen an Purinnukleotiden (z. B. ATP) enthält, wie sie für die Bildung von Nukleinsäuren erforderlich sind, wird die Hemmung der Aspartatcarbamoyltransferase gelindert und Pyrimidine gebildet.

Positive Modulation

Nicht alle Schrittmacherenzyme werden durch Hemmung ihrer Aktivität kontrolliert. Stattdessen unterliegen einige einer positiven Modulation, dh der Effektor ist für das effiziente Funktionieren des Enzyms erforderlich. Solche Enzyme zeigen in Abwesenheit des geeigneten allosterischen Effektors eine geringe Aktivität. Ein Beispiel für eine positive Modulation ist die anaplerotische Fixierung von Kohlendioxid auf Pyruvat und Phosphoenolpyruvat (PEP); Dieses Beispiel zeigt auch, wie ein Stoffwechselprodukt einer Route die Geschwindigkeit des Nährstoffflusses einer anderen Route steuert.

Das Carboxylierung von Pyruvat in höheren Organismen und die Carboxylierung von Phosphoenolpyruvat in Darmbakterie ccurs mit einer signifikanten Geschwindigkeit nur dann , wenn Acetyl - Coenzym - A vorhanden ist. Acetyl-Coenzym A wirkt als positiver allosterischer Effektor und wird im Verlauf der Reaktion nicht abgebaut. Darüber hinaus werden einige Pyruvatcarboxylasen und die PEP-Carboxylase von Darmbakterien durch Vier-Kohlenstoff- Verbindungen (z. B. Aspartat) gehemmt . Diese Substanzen hemmenweil sie die Bindung des positiven Effektors Acetyl-Coenzym A stören. Solche enzymatischen Kontrollen sind im physiologischen Sinne sinnvoll: Es wird daran erinnert, dass eine anaplerotische Bildung von Oxalacetat aus Pyruvat oder PEP erforderlich ist, um den Akzeptor für den Eintritt von Acetyl-Coenzym bereitzustellen A in den TCA-Zyklus . Die Reaktion muss nur stattfinden, wenn Acetyl-Coenzym A in ausreichenden Mengen vorhanden ist. Andererseits vermeidet eine Fülle von Zwischenprodukten mit vier Kohlenstoffatomen die Notwendigkeit, durch Carboxylierungsreaktionen mehr zu bilden.

Eine ähnliche Argumentation, wenn auch im entgegengesetzten Sinne, kann auf die Kontrolle einer anderen anaplerotischen Sequenz angewendet werden, der Glyoxylatzyklus . Die Biosynthese von Zellmaterialien aus der Zwei-Kohlenstoff- Verbindung Acetat ähnelt im Prinzip der Biosynthese aus TCA-Zyklus-Zwischenprodukten. In beiden Prozessen bestimmt die Verfügbarkeit von Zwischenprodukten wie PEP und Pyruvat die Geschwindigkeit, mit der eine Zelle die vielen durch Glukoneogenese erzeugten Komponenten bildet . Obwohl der Glyoxylatzyklus im strengsten Sinne kein definiertes Endprodukt aufweist, sind PEP und Pyruvat aus diesen physiologischen Gründen am besten geeignet, um die Geschwindigkeit zu regulieren, mit der der Glyoxylatzyklus arbeiten muss. Es ist daher nicht unerwartet, dass das Schrittmacherenzym des Glyoxylatzyklus,Isocitrat- Lyase wird durch PEP und Pyruvat allosterisch gehemmt.