ПАСТЕРА ЭФФЕКТ

ПАСТЕРА ЭФФЕКТ (углеводов (см.). При дыхании из того же количества субстрата извлекается почти в 20 раз больше энергии, чем при гликолизе (брожении), кроме того, субстраты дыхания значительно более разнообразны. По-видимому, образование большего количества АТФ на молекулу глюкозы при дыхании в аэробных условиях, сопровождающееся более быстрым синтезом клеточного материала, является основной причиной стимулирующего влияния кислорода на рост дрожжей, обнаруженного в 1861 г. Л. Пастером. По предложению О. Варбурга эта закономерность (ускорение роста дрожжей, снижение потребления сахара и образования спирта при переносе дрожжей из анаэробных в аэробные условия) была названа эффектом Пастера.

Подавление гликолиза под действием кислорода, типичное для факультативно анаэробных клеток, способных к гликолизу (брожению) и дыханию, характерно для многих микроорганизмов, растительных и животных клеток и тканей. Интенсивность гликолиза в аэробных условиях (аэробного гликолиза) в нормальных клетках животных обычно невелика и зависит от типа клеток, а повышение уровня аэробного гликолиза часто указывает на нарушение клеточного обмена веществ. В норме интенсивный аэробный гликолиз обнаружен в эритроцитах, где образование молочной к-ты (лактата) в присутствии и отсутствии кислорода почти одинаково, а также в эмбриональных, регенерирующих и нек-рых других тканях. В опухолевых клетках наблюдается П. э., однако образование лактата подавляется в аэробных условиях не полностью, и активность аэробного гликолиза высока. Аэробный гликолиз в опухолевых клетках поставляет до 50% всей вырабатываемой в них энергии.

В результате П. э. скорость потребления субстрата (глюкозы) в присутствии кислорода резко снижается и лактат не накапливается, т. к. цитоплазматический НАД-Н, образующийся в процессе гликолиза при окислении триоз, вновь окисляется не пируватом с образованием лактата, а с помощью глицерофосфатного челночного механизма (глицерол-3-фосфат — диоксиацетон-фосфат) и ферментов дыхательной цепи переноса электронов, к-рые отличаются более высоким сродством к НАД-Н, чем Трикарбоновых кислот цикл) и дыхательной цепи переноса электронов.

Механизмы, лежащие в основе П.э., служат предметом исследования в течение долгого времени, однако до сих пор полностью не выяснены. Установлено, что причиной подавления гликолиза (брожения) не является собственно кислород. Было показано, что в аэробных условиях в присутствии веществ, разобщающих окислительное фосфорилирование и дыхание (напр., 2,4-динитрофенола), или так наз. дыхательных ядов (окиси углерода, цианида) происходит интенсивный гликолиз и не наблюдается П. э. Это указывает на то, что ингибирование гликолиза осуществляется под действием дыхания, сопряженного с окислительным фосфорилированием (см.).

Первоначальное представление о том, что конкуренция между процессом дыхания и пируватом за НАД•H является одной из основных причин снижения скорости гликолиза при П. э., не подтвердилось. Не подтвердилось также предположение, что в основе П. э. лежит предпочтительная локализация адениновых нуклеотидов (в т. ч. и АТФ) в митохондриях, являющаяся причиной угнетения гексокиназной реакции в цитоплазме.

Считают, что одним из главных механизмов П. э. является подавление активности ключевого фермента гликолиза — фосфофруктокиназы (КФ 2.7.1.11) — продуктами аэробного окисления. Фосфофруктокиназа, катализирующая превращение фруктозо-6-фосфата в фруктозо-1, б-дифосфат, является аллостерическим ферментом, активность к-рого стимулируется АДФ (АМФ) и неорганическим фосфатом (Фн), а ингибируется АТФ и цитратом. Высокая величина соотношения АТФ/АДФ, характерная для окислительного фосфорилирования вследствие сильного сродства митохондрий к АДФ, способствует ингибированию фосфофруктокиназы и снижению скорости гликолиза. Процессы, определяющие соотношение скоростей дыхания и гликолиза, включают регуляторные механизмы с участием и других ферментов. Напр., показано, что в интактных клетках асцитной опухоли Эрлиха регуляция аэробного гликолиза осуществляется благодаря влиянию Фн на активность гексокиназы (КФ 2.7.1.1), фосфофруктокиназы и глицеральдегидфосфатде гидрогеназы (КФ 1.2.1.12).

Другим возможным механизмом П.э. может быть конкуренция между системами гликолиза и дыхания за АДФ и Фн, используемых для синтеза АТФ. Митохондрии обладают более высоким сродством к АДФ по сравнению с гликолитическими ферментами, требующими АДФ, — фосфоглицераткиназой (КФ 2.7.2.3) и пируваткиназой (КФ 2.7.1.40), поэтому способность митохондрий фосфорилировать АДФ при очень низких его концентрациях может вызвать снижение скорости гликолиза вследствие недостатка акцептора Фн.

Полагают, что одной из причин П. э. может быть также инактивация гликолитических ферментов вследствие обратимого окисления их SH-груип в аэробных условиях. Кажущееся снижение скорости гликолиза, измеренной по изменению концентрации глюкозы, может быть вызвано глюконеогенезом (ресинтезом глюкозы), начавшимся в аэробных условиях. Показано, что кажущиеся значения константы Михаэлиса—Ментен (Км) для утилизации глюкозы клетками дрожжей Saccha-romyces cerevisiae, растущими в аэробных условиях, выше, чем в анаэробных условиях. Уменьшение сродства системы переносчиков углеводов (пермеазной системы) к глюкозе у микроорганизмов, выращиваемых в присутствии кислорода, по-видимому, также частично объясняет II. э.

В нек-рых клетках, в т. ч. и в клетках опухолей, характеризующихся высоким уровнем аэробного гликолиза, имеет место торможение дыхания глюкозой — так наз. обратный эффект Пастера, или эффект Крабтри. В клетках асцитной опухоли Эрлиха глюкоза ингибирует дыхание на 50%, в клетках мозгового вещества почек и сетчатки глаза — примерно на 20%, в ретикулоцитах — на 12%. Дефицит образования АТФ при торможении дыхания глюкозой количественно восполняется аэробным гликолизом. Эффект Крабтри устраняется в присутствии веществ-разобщителей окислительного фосфорилирования и дыхания .

Библиография: Гофман Э. Г. Динамическая биохимия, пер. с нем., М., 1972; Ленинджер А. Биохимия, пер. с англ., с. 477, М., 1974; Роуз Э. Химическая микробиология, пер. с англ., М., 1971; Шлегель Г. Общая микробиология, пер. с нем., с. 243 и др., М., 1972; Вhagavan N. V. Biochemistry, р. 205 а. о., Toronto, 1978; Passonneau J. V. a. Lоwrу O. H. Phosphofructokinase and the Pasteur effect, Biochem, biophys. Res. Commun., v. 7, p. 10, 1962; Rapoport S. M. Medizinische Biochemie, S. 246 u. a., B., 1975.

H. В. Гуляева.