Метаболон

Метаболон — це тимчасовий структурно-функціональний комплекс, сформований ферментами одного метаболічного шляху, які утримуються разом нековалентними взаємодіями, а також структурних елементів клітини, таких як інтегральні мембранні білки та білки цитоскелету.

Концепція структурно-метаболічних клітинних комплексів була вперше сформована А. М. Кузіним з АН СРСР в 1970 р.^[1] та була адаптована в 1972 р. П. А. Шрером (P. A. Srere, University of Texas)^[2] для ферментів циклу трикарбонових кислот. Ця гіпотеза була добре сприйнята в колишньому СРСР та в подальшому розвинена для комплексу гліколітичних ферментів Б. І. Кургановим та А. Е. Любаровим ^[3][4][5]. Сам термін «метаболон» був запропонований П.Шрером в 1985 р.^[6] на лекції в Дебречен (Debrecen), Угорщина^[7].

Формування метаболону забезпечує:

• перехід (каналізацію) проміжних продуктів з одного ферменту до іншого, для якого цей продукт буде вже субстратом;
• формування мікрооточення, в якому концентрація субстратів значно підвищується;
• ефективну і направлену регуляцію клітинного метаболізму

Для циклу Кребса показано, що при формуванні метаболону зменшується кількість води, що необхідна для гідратації ферментів, та підвищується ферментативна активність.

В еритроцитах передбачається збірка ансамблів гліколітичних ферментів на інтегральному білку — білку смуги 3, що забезпечує транспорт аніонів крізь мембрану. Роль якірного майданчика відводиться саме цьому білку, оскільки відома його здатність зв'язувати фруктозобісфосфат-альдолазу, гліцеральдегідфосфатдегідрогеназу та 6-фосфофруктокіназу. Більше того, запропонована гіпотетична структура гліколітичного метаболону. Начальною стадією його збірки вважається посадка 6-фосфофруктокінази на білок смуги 3; також в збиранні беруть участь цитоскелет мембрани еритроцитів. Участь підкладки визначає однозначність збірки гліколітичного метаболону. Крім цього, запропонована структура метаболону, що поєднує ферменти циклу Кребса: він збирається з індивідуальних ферментів на внутрішній мембрані мітохондрій; ключову роль при цьому відіграє адсорбція α-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу на мембрані. До складу якірної ділянки входить один з ферментів циклу Кребса — сукцинатдегідрогеназа, інтегральний білок внутрішньої мембрани мітохондрій.

Більше того, вченими Сибірського інституту фізіології та біохімії рослин (Сибірське відділення РАН) висунута гіпотеза про редагування мРНК мембранних субодиниць білків і утворення висококонсервативних лейцинових повторів під час експресії білків в мітохондріях. Цей механізм забезпечує формування сайтів впізнавання, які беруть участь у збиранні мультиферментних комплексів внутрішньої мембрани мітохондрій ^[8].

Крім ферментів гліколізу та циклу Кребса, метаболони формують дихальний ланцюг переносу електронів, синтази жирних кислот, піруватдегідрогеназний комплекс^[9]. Однак практично всі біосинтетичні шляхи та багато шляхів катаболізму можуть використовувати метаболони ^[10]:

Метаболічні шляхи, в яких, можливо, формуються метаболони Метаболічний шлях Факти, що підтримують формування метаболонів біосинтез ДНК A, B, C, E, F біосинтез РНК A, B, C, E, F біосинтез білка A, B, C, D, E біосинтез глікогену C, E біосинтез піримідинів A, C, D, F біосинтез пуринів A,E біосинтез ліпідів A,B,C,H біосинтез стероїдів A,C,E метаболізм амінокислот A,B,D,H гліколіз A,B,C,D,I цикл трикарбонових кислот B,C,D,E,G окислення жирних кислот A,B,C,D переніс електронів C,I біосинтез антибіотиків A,E цикл сечовини B,D деградація цАМФ A,D,E A — Каналізація, B — специфічні білок-білкові взаємодії, C — специфічні білок-мембранні взаємодії, D — кінетичні ефекти, E — ідентифіковані мультиферментні комплекси, F — генетичні докази, G — показано в модельних системах, H — ідентифіковані мультифункціональні білки, I — фізико-хімічні докази Посилання Kuzin A. M. Structural — metabolic hypothesis in radiobiology. Moscow: Nauka Ed., 1970.- 50 p. Srere P. A. Is there an organization of Krebs cycle enzymes in the mitochondiral matrix? In: Energy Metabolism and the Regulation of Metabolic Processes in Mitochondria, R. W. Hanson and W.A. Mehlman (Eds.). New York: Academic Press. 1972. p.79-91. Lyubarev A. E., Kurganov B. I. Suprampolecular organisation of Tricarboxilic Acids Cycle's enzymes. Proccedings of the All-Union Symposium «Molecular mechanisms and regulation of energy metabolism». Puschino, Russia, 1986. p. 13. (in Russian) [1] [Архівовано 28 квітня 2010 у Wayback Machine.]. Kurganov B. I, Lyubarev A. E. Hypothetical structure of the complex of glycolytic enzymes (glycolytic metabolon), formed on the membrane of erythrocytes. Molek. Biologia. 1988. V.22, No.6, p. 1605—1613. (in Russian)[2] [Архівовано 28 квітня 2010 у Wayback Machine.] Kurganov B.I., Lyubarev A.E. Enzymes and multienzyme complexes as controllable systems. In: Soviet Scientific Reviews. Section D. Physicochemical Biology Reviews. V. 8 (ed. V.P. Skulachev). Glasgow, Harwood Acad. Publ., 1988, p. 111—147 [3] [Архівовано 28 квітня 2010 у Wayback Machine.] Srere PA (1985) The metabolon. Trends Biochem Sci 10:109-110.[4]^[недоступне посилання з вересня 2019] Robinson, J. B., Jr. & Srere, P. A. (1986) Interactions of sequential metabolic enzymes of the mitochondria: a role in metabolic regulation, pp. 159—171 in Dynamics of Biochemical Systems (ed. Damjanovich, S., Keleti, T. & Trón, L.), Akadémiai Kiadó, Budapest, Hungary Архівована копія. Архів оригіналу за 27 січня 2008. Процитовано 30 червня 2016. Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин, Биологическая химия, 3-е изд, М., 1998 Великий М. М., Старикович Л. С., Климишин Н. І., Чайка Я. П. Молекулярні механізми інтеграції метаболізму // Навчальний посібник. Львів, Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка, 2007.