Η ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ Βιβλιογραφία ΔΚ Τσουκάτου «Φυσικοχημικές Αρχές του Ελέγχου και της Ρύθμισης του Μεταβολισμού» Εκδόσεις ΕΦΥΡΑ

Η κινητική Michaelis-Menten Η απλή ενζυμική κινητική υποδηλώνει το ρυθμιστικό για το μεταβολισμό ρόλο που μπορεί τέτοιες αντιδράσεις να παίξουν για αυξομειώσεις των συγκεντρώσεων του υποστρώματος κοντά στην Km. Μια αύξηση ή ελάττωση της συγκέντρωσης του υποστρώματος οδηγεί σε αύξηση η ελάττωση της ταχύτητας μετατροπή του σε προϊόν με αποτέλεσμα τη ρύθμιση της συγκέντρωσης του.

Αλληλεπιδρούσες θέσεις σύνδεσης- Αλλοστερισμός Τα αλλοστερικά ένζυμα λόγω της συνεργατικότητας του υποστρώματος και της σιγμοειδούς μορφής της κινητικής τους διαθέτουν μεγαλύτερα ρυθμιστικά αποθέματα κοντά στις συγκεντρώσεις ημικορεσμού τους από τα απλά. Επιπρόσθετα λόγω της δυνατότητας αλλαγής της ροής χωρίς την ανάγκη αλλαγής της συγκέντρωσης του υποστρώματος είναι πιθανά σημεία ελέγχου μιας μεταβολικής πορείας.

O συντελεστής ελαστικότητας Έστω ένζυμο που υπακούει στη κινητική Michaelis-Menten,

Όταν έχουμε και επίδραση του προἳόντος η ελαστικότητα θα είναι Όπου ρ o βαθμός απομάκρυνσης από την ισορροπία. ‘Όταν ρ είναι μικρό βρισκόμαστε μακριά από την ισορροπία ενώ όταν ρ=1 έχουμε ισορροπία και vf η προς τα δεξιά ταχύτητα και Vf η προς τα δεξιά μέγιστη ταχύτητα. Αντιστρεπτά ενζυμικά βήματα κοντά στην ισορροπία διαθέτουν τεράστια ρυθμιστικά, ομοιοστατικά, για τη στάσιμη κατάσταση αποθέματα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κοντά στην ισορροπία οι προς τα δεξιά ή αριστερά αντιδράσεις που τείνουν να αποκαταστήσουν μια διατάραξη είναι πολύ μεγαλύτερες από την καθαρή ροή της στάσιμης κατάστασης.

Για ένζυμα που υπακούουν στη κινητική Hill η ελαστικότητα σα συνάρτηση του ποσοστού κορεσμού Ŷ και του συντελεστή h δίνεται από τ σχέση Τα αλλοστερικά ένζυμα παρουσιάζουν μεγαλύτερη, μέχρι και τριπλάσια, ελαστικότητα από απλά ενζυμικά βήματα κοντά στην [S]0.5 άρα έχουν στις συγκεντρώσεις αυτές του υποστρώματος υψηλότερη ρυθμιστική ικανότητα.

ΤΑ ΑΠΟΦΑΣΙΣΤΙΚΑ ΒΗΜΑΤΑ ΜΙΑΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΗΣ ΠΟΡΕΙΑΣ Α) Το αποφασιστικό βήμα πρέπει να βρίσκεται στα πρώτα βήματα της μεταβολικής πορείας. Β) Το αποφασιστικό βήμα πρέπει να είναι ενζυμική αντίδραση μακριά από την ισορροπία. Γ) Αλλοστερικά ένζυμα θα πρέπει να αναζητηθούν ως τα αποφασιστικά βήματα μιας πορείας. Δ) Το περιοριστικό βήμα (το πιο αργό) της μεταβολικής πορείας. Μερικές πειραματικές διεργασίες που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των παραπάνω κριτηρίων. 1. Ροή της ισοτοπικής ιχνηθέτησης. 2. Προσθήκη ενδιαμέσων 3. Το θεώρημα της διασταύρωσης (cross-over) 4. Χρήση μεταλλαγμένων κυττάρων

Ο συντελεστής ελέγχου της ροής Έστω η μεταβολική πορεία:   J Xo → S1 → S2 → ……. Sn → X1 Sk (διακλάδωση)  με ροή από το Xo στο Χ1 ίση με J. Ο συντελεστής ελέγχου της ροής του ενζύμου i θα είναι το ποσοστό της μεταβολής της ροής που θα οφείλεται σε μια μεταβολή του ποσοστό της συγκέντρωσης του ενζύμου i.

Το αθροιστικό θεώρημα Το συνδετικό θεώρημα Έστω το τμήμα μιας μεταβολικής πορείας  λόγω του αθροιστικού θεωρήματος και του συνδετικού Μπορώ να υπολογίσω τους συντελεστές ελέγχου ροής από τους συντελεστές ελαστικότητας. Ποσοτικό κριτήριο για τον καθορισμό κάποιου ή κάποιων βημάτων ως αποφασιστικά στον μεταβολικό έλεγχο μας δίνει ο συντελεστής ελέγχου της ροής. Το αθροιστικό θεώρημα δείχνει πώς όσο ο συντελεστής ελέγχου της ροής πλησιάζει το 1 το βήμα τείνει να γίνει το αποφασιστικό βήμα, αυτό που περιορίζει (καθορίζει) τη ταχύτητα. Το συνδετικό θεώρημα συνδέει το συντελεστή ελέγχου της ροής με το συντελεστή ελαστικότητας και δίνει ένα ποσοτικό κριτήριο διάκρισης μεταξύ του ρυθμιστικού ομοιοστατικού ρόλου και του αποφασιστικού ελεγκτικού ρόλου κάποιου βήματος, υποδεικνύοντας αντίστροφη σχέση τους. Συνδυασμός των δύο θεωρημάτων μας βοηθά να υπολογίσουμε τους συντελεστές ελέγχου της ροής από συντελεστές ελαστικότητας, δηλαδή κινητικά δεδομένα.