В этом каскаде первый фермент воздействует на глюкозу, поступающую в клетку, а последующие ферменты воздействуют на последовательные продукты. При этом потребляются две молекулы аденозинтрифосфата — АТФ, но производятся четыре. Гидролиз АТФ поддерживает многие клеточные процессы для поддержания жизнеспособности клетки.
Подобные каскады ферментов ответственны за многие метаболические процессы в организме.Ферменты, которые участвуют в таких реакциях, в некоторых случаях, как было показано, образуют внутриклеточные обратимые комплексы, названные Полом Срером (умершим) из Юго-западной медицинской школы Техасского университета метаболитами. Расположение ферментов рядом друг с другом облегчает серию катализируемых ими реакций. Одним из таких примеров является пуриносома, обнаруженная профессором Университета Эван Пью и кафедрой химии Эберли в лаборатории Стефана Дж.
Бенковича в штате Пенсильвания, которая состоит из шести ферментов, участвующих в биосинтезе пуринов.Исследователи спросили, может ли одним из факторов, способствующих образованию метаболона, быть градиент химических веществ, вырабатываемых участвующими ферментами. Они сообщают о своих результатах в Nature Chemistry.«Некоторое время назад мы обнаружили, что простые молекулы катализатора, такие как ферменты, также будут хемотаксировать градиент реагента», — сказал Аюсман Сен, выдающийся профессор химии Пенсильванского университета. «Они движутся к все более и более высокой концентрации реагента».
Это движение называется хемотаксисом, когда отдельные молекулы мигрируют по градиенту концентрации других молекул.«Хемотакс для всего живого, — сказал Сен. — Если вы голодны и внезапно почувствуете запах картофеля фри, вы попытаетесь подойти к нему. Если запах уменьшится, вы случайным образом повернетесь, чтобы попытаться найти более высокую концентрацию картофеля фри. молекулы запаха, пока вы не окажетесь у прилавка для жарки ».
В своем исследовании исследователи использовали только первые четыре фермента гликолитического пути — гексокиназу, фосфоглюкозоизомеразу, фосфофруктокиназу и альдолазу. Эти четыре шага фактически потребляют АТФ. Чтобы изучить движение ферментов, исследователи использовали флуоресцентное мечение гексокиназы и альдолазы, первого и четвертого ферментов в пути. Каждый был помечен другим флуоресцентным красителем, чтобы можно было отслеживать движение обоих ферментов.
Они рассмотрели три случая: нормальная реакция, когда гексокиназа фосфорилирует глюкозу; реакция гексокиназы с маннозой, сахаром, который связывается сильнее, но имеет более низкую скорость реакции; и, наконец, с L-глюкозой, формой глюкозы, которая не используется гексокиназой. Для фосфорилирования требуется АТФ. В присутствии фосфоглюкозоизомеразы — второго фермента — и фосфофруктокиназы — третьего фермента — образуется реагент альдолазы.
Исследователи заметили, что альдолаза движется к гексокиназе в их эксперименте с потоком, обнаружив, что альдолаза хемотаксирует градиент реагента, создаваемый функционированием первых трех ферментов в этом пути. Хемотаксис был наибольшим с D-глюкозой, меньше с маннозой и не наблюдался с L-глюкозой.Теоретическое моделирование движения фермента качественно предсказало степень движения фермента.
Исследователи также изучали, будет ли происходить хемотаксис ферментов в модели исключительно переполненной внутриклеточной среды. Они добавили вещество с большой молекулярной массой, чтобы имитировать такое скопление людей. Хемотаксис все еще происходил, но более медленными темпами.«Хемотаксис по химическому градиенту может быть фактором сборки кластеров ферментов, таких как метаболоны», — сказал Бенкович. «Ожидается, что другие факторы, такие как нековалентные взаимодействия, будут вносить свой вклад».
Однако разрешение исследовательского инструмента было недостаточным, чтобы продемонстрировать в этом случае, что четыре фермента собираются в метаболит. Исследователи наблюдали образование крупных агрегатов ферментов, но не смогли продемонстрировать, что это функционирующие метаболоны.