Флюс (обмен веществ) - Flux (metabolism)

Не путать с Магнитный поток.
Чтобы узнать о другом использовании слова «Flux», см. Flux (значения).

Поток, или метаболический поток - это скорость обмена молекул через метаболический путь. Поток регулируется ферментами, участвующими в пути. Внутри клетки регуляция потока жизненно важна для всех метаболических путей, чтобы регулировать их активность в различных условиях.[1] Поэтому поток представляет большой интерес для моделирования метаболических сетей, где он анализируется с помощью анализ баланса потоков.

Таким образом, поток - это движение материи через метаболические сети которые связаны метаболиты и кофакторы, и, следовательно, способ описания активности метаболической сети в целом с использованием одной характеристики.

Метаболический поток

Проще всего описать поток метаболитов по пути, рассматривая стадии реакции индивидуально. Поток метаболитов через каждую реакцию (J) - это скорость прямой реакции (Vж), меньше обратной реакции (Vр):[2]

В состоянии равновесия потока нет. Кроме того, наблюдается, что на протяжении всего пути устойчивого состояния поток обычно определяется этап определения ставки реакции.

Контроль метаболического потока

Контроль потока через метаболический путь требует, чтобы

  • Метаболический поток на этапе определения скорости варьируется в зависимости от метаболических потребностей организма.
  • Изменение потока, которое происходит из-за вышеупомянутого требования, сообщается остальной части метаболического пути для поддержания устойчивого состояния.[2]

Метаболические сети

Клеточный метаболизм представлен большим количеством метаболических реакций, связанных с превращением источника углерода (обычно глюкоза ) в строительные блоки, необходимые для макромолекулярной биосинтез. Эти реакции образуют метаболические сети внутри клеток. Эти сети затем сами могут быть использованы для изучения метаболизма внутри клеток.

Чтобы эти сети могли взаимодействовать, необходима тесная связь между ними. Эта связь обеспечивается использованием общих кофакторов, таких как АТФ, ADP, НАДН и НАДФН. В дополнение к этому, совместное использование некоторых метаболитов между разными сетями еще больше укрепляет связи между разными сетями.

Контроль метаболических сетей

Существующие метаболические сети контролируют движение молекул через их ферментативные этапы, регулируя ферменты, которые катализируют необратимые реакции. Движение молекул через обратимые стадии обычно не регулируется ферментами, а скорее регулируется концентрацией продуктов и реагентов.[3] Необратимые реакции на регулируемых этапах пути имеют отрицательное изменение свободной энергии, тем самым способствуя спонтанным реакциям только в одном направлении. В обратимых реакциях изменение свободной энергии отсутствует или очень небольшое. В результате движение молекул по метаболической сети регулируется простым химическим равновесием (на обратимых этапах) со специфическими ключевыми ферментами, которые подлежат регулированию (на необратимых этапах). Эта ферментативная регуляция может быть непрямой, в случае, если фермент регулируется каким-либо клеточным сигнальным механизмом (например, фосфорилированием), или может быть прямой, как в случае аллостерическая регуляция, где метаболиты из другой части метаболической сети напрямую связываются и влияют на каталитический функция других ферментов для поддержания гомеостаз.

Потоки и генотип

Метаболические потоки зависят от ген выражение, перевод, посттрансляционные модификации белков и белок-метаболит взаимодействия.[4]

Потоки и фенотип

Функция центрального углеродного метаболизма (метаболизм глюкозы) была настроена таким образом, чтобы точно соответствовать потребностям строительных блоков и Свободная энергия Гиббса в сочетании с ростом клеток. Таким образом, происходит жесткое регулирование потоков через центральный углеродный метаболизм.

Поток в реакции можно определить на основе одного из трех факторов.

  • Активность фермента, катализирующего реакцию
  • Свойства фермента
  • Концентрация метаболитов, влияющая на активность ферментов.[4]

Принимая во внимание вышесказанное, метаболические потоки можно описать как окончательное представление клеточного фенотип при выражении при определенных условиях.

Роль метаболического потока в клетках

Регулирование роста клеток млекопитающих

Исследования показали, что в быстрорастущих клетках наблюдаются изменения в метаболизме.[5] Эти изменения наблюдаются в отношении глюкозы. метаболизм. Изменения в метаболизм возникают потому, что скорость метаболизма контролирует различные пути передачи сигнала, которые координируют активацию факторы транскрипции а также определение прогресса клеточного цикла.

Растущие клетки требуют синтеза новых нуклеотидов, мембран и белковых компонентов.[4][5] Эти материалы могут быть получены в результате углеродного метаболизма (например, метаболизма глюкозы) или периферического метаболизма. Повышенный поток, наблюдаемый в аномально растущих клетках, вызван высоким потреблением глюкозы.

Рак

Важность метаболического потока и, в частности, влияния на метаболизм из-за изменений в различных путях, возросла, поскольку было обнаружено, что опухолевые клетки демонстрируют усиленный метаболизм глюкозы по сравнению с нормальными клетками.[5] Изучая эти изменения, можно лучше понять механизмы роста клеток и, где это возможно, разработать методы лечения, чтобы противостоять эффектам усиленного метаболизма.

Измерение потоков

Есть несколько способов измерения потоков, но все они косвенные. В связи с этим в этих методах делается одно ключевое предположение, заключающееся в том, что все потоки в данный пул внутриклеточных метаболитов уравновешивают все потоки из пула.[4]

Это предположение означает, что для данной метаболической сети баланс каждого метаболита накладывает ряд ограничений на систему.

Используемые в настоящее время методы в основном связаны с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР ) или газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ-МС).

Чтобы избежать сложности анализа данных, недавно был разработан более простой метод оценки коэффициентов потоков, основанный на совместном питании без маркировки и равномерно 13C меченая глюкоза. Затем метаболические промежуточные паттерны анализируются с использованием ЯМР-спектроскопия.Этот метод также можно использовать для определения топологии метаболической сети.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Воет, Дональд; Воет, Джудит Г. (1995). Биохимия (2-е изд.). J. Wiley & Sons. п. 439. ISBN  978-0471586517.
  2. ^ а б Воет, Дональд; Воет, Джудит Г. (2011). Биохимия (4-е изд.). Джон Вили и сыновья. п. 620. ISBN  978-0-470-57095-1.
  3. ^ Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2004). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). W.H. Фримен. С. 571, 592. ISBN  978-0-71674339-2.
  4. ^ а б c d Нильсен, Дж (декабрь 2003 г.). «Все дело в метаболических потоках». J Бактериол. 185 (24): 7031–5. Дои:10.1128 / jb.185.24.7031-7035.2003. ЧВК  296266. PMID  14645261.
  5. ^ а б c Locasale, JW; Кэнтли, LC (5 октября 2011 г.). «Метаболический поток и регуляция роста клеток млекопитающих». Cell Metab. 14 (4): 443–51. Дои:10.1016 / j.cmet.2011.07.014. ЧВК  3196640. PMID  21982705.