لخّصلي

يؤديالتركيز إلى إحداث تغييرات مقابلة في تدفق المستقلب)الشكل 9-1(. تمثل الاستجابات للتغيرات في مستوىالركيزة عاملا ًمهماً ولكنسلبيالوسائل المستخدمةفي تنسيق تدفق المستقلبات والحفاظ على التوازنالداخلي في الخلايا الخاملة. اتجاهاتتدفق الأيض أنتكون أحادي الاتجاه وعلىالرغم من وجود تذبذبات قصيرة الأمد في تركيزات المستقلباتومستويات الإنزيمات، فإن الخلايا الحية توجد فيحالة ثابتة ديناميكية حيث تظل التركيزات المتوسطة للوسطاءالأيضيين ثابتة نسبياً بمرور الوقت )الشكل 9-2(. فإن منتجات التفاعل في الخلايا الحية تعمل كركائزلتفاعلات أخرى محفزة بالإنزيمات - ويتم إزالتها بواسطة. وبالتالي تحدث العديد من التفاعلات القابلة للعكساسمياً في اتجاه واحد. يضمنالتقسيم كفاءة التمثيل الغذائي & تبسيط التنظيم توجد العديد من الإنزيمات التي تحلل البروتيناتوالسكريات المتعددة داخل عضيات تسمى الليزوزومات. يحدث تخليق الأحماض الدهنية فيالسيتوزول، لقدوضع عالم وظائف الأعضاء كلود برنارد في القرن التاسععشر الأساس المفاهيمي للتنظيم الأيضي. ثم صاغ والتر كانونبعد ذلك مصطلح "التوازن الداخلي" لوصف قدرة الحيواناتعلى الحفاظ على بيئة داخلية ثابتة على الرغم منالتغيرات في بيئتها الخارجية. بما في ذلك السرطان والسكري والتليف الكيسي ومرضالزهايمر، يعطلمسارات الاستجابة الحسية في الخلايا الظهارية المعويةعن طريق تحويل بروتينات ربط GTP )بروتينات G( التيتربط مستقبلات سطح الخلية بأدينيل سيكليز إلى ريبوزيلاتالأدينوزين ثنائي الفوسفات. ويؤدي التنشيط الناتجعن ذلك للأدينيل سيكليز إلى تدفق الماء إلى الأمعاء، وهوإنزيم بروتين تيروزين فوسفاتيز الذي يحلل مجموعات الفسفوريلالموجودة على البروتينات الهيكلية الخلوية الرئيسية. وبالتالي فإن معرفة العوامل التي تتحكم في معدلاتالتفاعلات المحفزة بالإنزيمات أمر ضروري لفهم الأساسالجزيئي للمرض. ويوضح هذا الفصل الأنماط التييتم التحكم بها في العمليات الأيضية ويقدم أمثلة توضيحية. يمكنأن يكون تنظيم تدفق الأيض نشطاً أوسلبياً إنالإنزيمات التي تعمل بأقصى معدل لها لا تستطيع الاستجابةلزيادة تركيز الركيزة، ولا تستطيع الاستجابة إلا لانخفاضحاد في تركيز الركيزة. فإن متوسط تركيزالركيزة داخل الخلايا بالنسبة لمعظم الإنزيمات يميل إلىأن يكون قريباً منكمالقيمة، بحيث تتغير في الركيزة

9
الإنزيمات:تنظيم الأنشطة
فيكتوردبليو رودويل، دكتوراه، وبيتر جيه كينيلي، دكتوراه
يؤديالتركيز إلى إحداث تغييرات مقابلة في تدفق المستقلب)الشكل 9-1(. تمثل الاستجابات للتغيرات في مستوىالركيزة عاملا ًمهماً ولكنسلبيالوسائل المستخدمةفي تنسيق تدفق المستقلبات والحفاظ على التوازنالداخلي في الخلايا الخاملة. ومع ذلك، فإنها توفر نطاقاًمحدوداً للاستجابة للتغيرات في المتغيرات البيئية. الآلياتالتي تنظم نشاط الإنزيم فينشيطسيتم مناقشة كيفيةالاستجابة للإشارات الداخلية والخارجية أدناه.
اتجاهاتتدفق الأيض أنتكون أحادي الاتجاه
وعلىالرغم من وجود تذبذبات قصيرة الأمد في تركيزات المستقلباتومستويات الإنزيمات، فإن الخلايا الحية توجد فيحالة ثابتة ديناميكية حيث تظل التركيزات المتوسطة للوسطاءالأيضيين ثابتة نسبياً بمرور الوقت )الشكل 9-2(. وفيحين أن جميع التفاعلات الكيميائية قابلة للعكس إلىحد ما، فإن منتجات التفاعل في الخلايا الحية تعمل كركائزلتفاعلات أخرى محفزة بالإنزيمات - ويتم إزالتها بواسطة.وبالتالي تحدث العديد من التفاعلات القابلة للعكساسمياً في اتجاه واحد. ويصاحب هذا التتابع من التفاعلاتالأيضية المقترنة تغييراً كلياً في الطاقة الحرة التيتفضل تدفق المستقلبات أحادي الاتجاه )الفصل 10(. إنالتدفق أحادي الاتجاه للمستقلبات عبر مسار به تغيير سلبيإجمالي كبير في الطاقة الحرة يشبه تدفق الماء عبر أنبوبيكون أحد طرفيه أقل من الطرف الآخر. تحاكي الانحناءاتأو الانحناءات في الأنبوب خطوات فردية محفزة بالإنزيماتمع تغيير سلبي أو إيجابي صغير في الطاقة الحرة.ومع ذلك، يظل تدفق المياه عبر الأنبوب أحادي الاتجاهبسبب التغير الإجمالي في الارتفاع، والذي يتوافق معالتغير الإجمالي في الطاقة الحرة في المسار )الشكل 3-9(.
يضمنالتقسيم كفاءة التمثيل الغذائي & تبسيط التنظيم
فيحقيقيات النوى، قد تحدث مسارات بناء وهدم تحول المنتجاتالمشتركة إلى بعضها البعض في حجرات خلوية فرعية محددة.على سبيل المثال، توجد العديد من الإنزيمات التي تحلل البروتيناتوالسكريات المتعددة داخل عضيات تسمى الليزوزومات.وعلى نحو مماثل، يحدث تخليق الأحماض الدهنية فيالسيتوزول، في حين تحدث عملية التخليق الدهني في الخلايا.
الأهميةالطبية الحيوية
لقدوضع عالم وظائف الأعضاء كلود برنارد في القرن التاسععشر الأساس المفاهيمي للتنظيم الأيضي. فقد لاحظأن الكائنات الحية تستجيب بطرق مناسبة من الناحيتينالكمية والزمنية للسماح لها بالبقاء على قيد الحياةفي مواجهة التحديات المتعددة التي تفرضها التغيراتفي بيئتها الخارجية والداخلية. ثم صاغ والتر كانونبعد ذلك مصطلح "التوازن الداخلي" لوصف قدرة الحيواناتعلى الحفاظ على بيئة داخلية ثابتة على الرغم منالتغيرات في بيئتها الخارجية. ونحن نعلم الآن أن الكائناتالحية تستجيب للتغيرات في بيئتها الخارجية والداخليةمن خلال تغييرات متوازنة ومنسقة في معدلات التفاعلاتالأيضية المحددة. وتتسم العديد من الأمراض البشرية،بما في ذلك السرطان والسكري والتليف الكيسي ومرضالزهايمر، باختلالات تنظيمية ناجمة عن عوامل مسببةللأمراض أو طفرات جينية. على سبيل المثال، تعملالعديد من الفيروسات المسببة للسرطان على إنتاج كينازاتبروتين تيروزين التي تعدل الأحداث التنظيمية التيتتحكم في أنماط التعبير الجيني، مما يساهم في بدء السرطانوتقدمه.ضمة الكوليرا،العامل المسبب للكوليرا، يعطلمسارات الاستجابة الحسية في الخلايا الظهارية المعويةعن طريق تحويل بروتينات ربط GTP )بروتينات G( التيتربط مستقبلات سطح الخلية بأدينيل سيكليز إلى ريبوزيلاتالأدينوزين ثنائي الفوسفات. ويؤدي التنشيط الناتجعن ذلك للأدينيل سيكليز إلى تدفق الماء إلى الأمعاء،مما يؤدي إلى الإسهال الشديد والجفاف.يرسينيا بيستيس،يتناول هذا الفصل العامل المسبب للطاعون، وهوإنزيم بروتين تيروزين فوسفاتيز الذي يحلل مجموعات الفسفوريلالموجودة على البروتينات الهيكلية الخلوية الرئيسية.وبالتالي فإن معرفة العوامل التي تتحكم في معدلاتالتفاعلات المحفزة بالإنزيمات أمر ضروري لفهم الأساسالجزيئي للمرض. ويوضح هذا الفصل الأنماط التييتم التحكم بها في العمليات الأيضية ويقدم أمثلة توضيحية.وتقدم الفصول اللاحقة أمثلة إضافية.
يمكنأن يكون تنظيم تدفق الأيض نشطاً أوسلبياً
إنالإنزيمات التي تعمل بأقصى معدل لها لا تستطيع الاستجابةلزيادة تركيز الركيزة، ولا تستطيع الاستجابة إلا لانخفاضحاد في تركيز الركيزة. وبالتالي، فإن متوسط تركيزالركيزة داخل الخلايا بالنسبة لمعظم الإنزيمات يميل إلىأن يكون قريباً منكمالقيمة، بحيث تتغير في الركيزة
72