Коэффициент контроля (биохимия)

В химии управляющие коэффициенты ^[1] используются для описания того, какое влияние (т. е. контроль) оказывает данная стадия реакции на установившийся поток или уровень концентрации веществ. На практике этого можно достичь путем изменения уровня экспрессии данного фермента и измерения результирующих изменений в потоке и уровнях метаболитов. Коэффициенты контроля составляют центральный компонент анализа метаболического контроля .

Существует два основных коэффициента управления:

Коэффициенты управления потоком
Коэффициенты контроля концентрации.

Самый простой способ взглянуть на коэффициенты управления — это как на масштабированные производные установившегося изменения наблюдаемой величины в зависимости от изменения активности фермента. Например, коэффициенты управления потоком можно записать как:

$C_{e_{i}}^{J}={\frac {dJ}{de_{i}}}{\frac {e_{i}}{J}}={\frac {d\ln J}{d\ln e_{i}}}\approx {\frac {J\%}{e_{i}\%}}$

а коэффициенты контроля концентрации можно записать в виде:

$C_{e_{i}}^{s_{j}}={\frac {ds_{j}}{de_{i}}}{\frac {e_{i}}{s_{j}}}={\frac {d\ln s_{j}}{d\ln e_{i}}}\approx {\frac {s_{j}\%}{e_{i}\%}}$

Коэффициенты управления могут иметь любое значение, включая отрицательные и положительные значения. Отрицательное значение указывает на то, что рассматриваемая наблюдаемая уменьшается в результате изменения активности фермента.

Теоретически другие наблюдаемые величины, такие как темпы роста или даже комбинации наблюдаемых величин, могут быть определены с использованием коэффициента управления. Но коэффициенты контроля потока и концентрации являются наиболее часто используемыми.

Аппроксимация в процентах облегчает измерение коэффициентов управления и делает их более интуитивно понятными.

Коэффициенты контроля полезны, потому что они говорят нам, какое влияние каждый фермент или белок оказывает на сеть биохимических реакций.

Важно отметить, что коэффициенты контроля не являются фиксированными значениями, а будут меняться в зависимости от состояния пути или организма. Если организм переходит на новый источник питания, то коэффициенты контроля на этом пути изменятся.

Формальное определение

Одна из критических замечаний по поводу концепции коэффициента контроля, как она определена выше, заключается в том, что она зависит от того, описывается ли она относительно изменения активности фермента. Вместо этого берлинская школа ^[2] определенные контрольные коэффициенты с точки зрения изменений местных показателей, вызванных любым подходящим параметром, который может включать изменения уровней ферментов или действия лекарств. Следовательно, более общее определение дается следующими выражениями:

C_{v_{i}}^{J}=\left({\frac {dJ}{dp}}{\frac {p}{J}}\right){\bigg /}\left({\frac {\partial v_{i}}{\partial p}}{\frac {p}{v_{i}}}\right)={\frac {d\ln J}{d\ln v_{i}}}

и коэффициенты контроля концентрации по

C_{v_{i}}^{s}=\left({\frac {ds}{dp}}{\frac {p}{s}}\right){\bigg /}\left({\frac {\partial v_{i}}{\partial p}}{\frac {p}{v_{i}}}\right)={\frac {d\ln s}{d\ln v_{i}}}

В приведенном выше выражении $p$ может быть любой удобный параметр. Например, лекарство, изменения в экспрессии ферментов и т. д. Преимущество состоит в том, что коэффициент контроля становится независимым от приложенного возмущения. Для коэффициентов контроля, определяемых с точки зрения изменений экспрессии ферментов, часто предполагается, что влияние на локальную скорость изменений активности фермента пропорционально, так что:

$C_{v_{i}}^{X}=C_{e_{i}}^{X}$

Связь с шагами, ограничивающими скорость

При обычном использовании этап, ограничивающий скорость, или этап, определяющий скорость, определяется как самый медленный этап химической реакции, который определяет скорость (скорость), с которой протекает вся реакция. Коэффициенты управления потоком не измеряют такого рода ограничение скорости . Например, в линейной цепочке реакций в установившемся состоянии все стадии несут одинаковый поток. То есть не существует медленного или быстрого шага в зависимости от скорости реакции. ^[3] Вместо этого коэффициент управления потоком измеряет, какое влияние оказывает данный шаг на установившийся поток. Шаг с высоким коэффициентом контроля потока означает, что изменение активности этапа (путем изменения уровня экспрессии фермента) будет иметь большое влияние на установившийся поток через путь, и наоборот.

Исторически концепция шагов, ограничивающих скорость, также была связана с понятием главного шага. ^[4] Однако это вызвало много критики из-за неправильного понимания концепции устойчивого состояния. ^[5]

См. также

Ссылки

^ Качер, Х; Бернс, Дж. А. (1973). «Контроль потока». Симпозиумы Общества экспериментальной биологии . 27 : 65–104. PMID 4148886 .
^ Генрих, Рейнхарт; Рапопорт, Том А. (февраль 1974 г.). «Линейная стационарная обработка ферментативных цепей. Общие свойства, контроль и эффекторная сила» . Европейский журнал биохимии . 42 (1): 89–95. дои : 10.1111/j.1432-1033.1974.tb03318.x . ПМИД 4830198 .
^ Хирон, Джон З. (1 октября 1952 г.). «Скормовое поведение метаболических систем». Физиологические обзоры . 32 (4): 499–523. дои : 10.1152/physrev.1952.32.4.499 . ПМИД 13003538 .
^ Бертон, Алан К. (декабрь 1936 г.). «Основы принципа главной реакции в биологии». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 9 (1): 1–14. дои : 10.1002/jcp.1030090102 .
^ Хирон, Джон З. (сентябрь 1981 г.). «Переходные времена в ферментных и связанных ферментных системах». Математические биологические науки . 56 (1–2): 129–140. дои : 10.1016/0025-5564(81)90031-6 .

[1] Качер, Х; Бернс, Дж. А. (1973). «Контроль потока». Симпозиумы Общества экспериментальной биологии . 27 : 65–104. PMID 4148886 .

[2] Генрих, Рейнхарт; Рапопорт, Том А. (февраль 1974 г.). «Линейная стационарная обработка ферментативных цепей. Общие свойства, контроль и эффекторная сила» . Европейский журнал биохимии . 42 (1): 89–95. дои : 10.1111/j.1432-1033.1974.tb03318.x . ПМИД 4830198 .

[3] Хирон, Джон З. (1 октября 1952 г.). «Скормовое поведение метаболических систем». Физиологические обзоры . 32 (4): 499–523. дои : 10.1152/physrev.1952.32.4.499 . ПМИД 13003538 .

[4] Бертон, Алан К. (декабрь 1936 г.). «Основы принципа главной реакции в биологии». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 9 (1): 1–14. дои : 10.1002/jcp.1030090102 .

[5] Хирон, Джон З. (сентябрь 1981 г.). «Переходные времена в ферментных и связанных ферментных системах». Математические биологические науки . 56 (1–2): 129–140. дои : 10.1016/0025-5564(81)90031-6 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]