8.7 The Nature and Significance of

8.7 The Nature and Significance
of Metabolic Regulation
The task of the regulatory machinery is exceptionally complex and
difficult. Pathways must be regulated and coordinated so effectively that all cell components are present in precisely the correct
amounts. Furthermore, a microbial cell must be able to respond effectively to environmental changes by using those nutrients present at the moment and by switching on new catabolic pathways
when different nutrients become available. Because all chemical
components of a cell usually are not present in the surroundings,
microorganisms also must synthesize unavailable components and
alter biosynthetic activity in response to changes in nutrient availability. The chemical composition of a cell’s surroundings is constantly changing, and these regulatory processes are dynamic and
continuously responding to altered conditions.
Regulation is essential for the cell to conserve microbial energy and material and to maintain metabolic balance. If a particular energy source is unavailable, the enzymes required for its use
are not needed and their further synthesis is a waste of carbon, nitrogen, and energy. Similarly it would be extremely wasteful for
a microorganism to synthesize the enzymes required to manufacture a certain end product if that end product were already pres-ent in adequate amounts. Thus both catabolism and anabolism are
regulated in such a way as to maximize efficiency of operation.
Catabolism and anabolism (p. 173)
The drive to maintain balance and conserve energy and material is evident in the regulatory responses of a bacterium like E.
coli.If the bacterium is grown in a very simple medium containing only glucose as a carbon and energy source, it will synthesize
the required cell components in balanced amounts. Addition of a
biosynthetic end product (the amino acid tryptophan, for example) to the medium will result in the immediate inhibition of the
pathway synthesizing that end product; synthesis of the pathway’s enzymes also will slow or cease. If E. coliis transferred to
medium containing only the sugar lactose, it will synthesize the
enzymes required for catabolism of this nutrient. In contrast,
whenE. coligrows in a medium possessing both glucose and lactose, glucose (the sugar supporting most rapid growth) is catabolized first. The culture will use lactose only after the glucose supply has been exhausted.
The flow of carbon through a pathway may be regulated in
three major ways.
1. The localization of metabolites and enzymes in different
parts of a cell, a phenomenon called metabolic channeling,
influences pathway activity.
2. Critical enzymes often are directly stimulated or inhibited
to alter pathway activity rapidly.
3. The number of enzyme molecules also may be controlled.
The more catalyst molecules present, the greater the
pathway’s activity. In bacteria regulation is usually exerted
at the level of transcription. Control of mRNA synthesis is
slower than direct regulation of enzyme activity but does
result in the saving of much energy and raw material
because enzymes are not synthesized when not required.
Each of these mechanisms is described in detail. This chapter introduces the first two: metabolic channeling and direct control of
enzyme activity. The discussion of gene expression regulation
follows a description of DNA, RNA, and protein synthesis in
chapters 11 and 12. Regulation of gene expression (pp. 275–83)
8.8 Metabolic Channeling
One of the most common channeling mechanisms is that of compartmentation,the differential distribution of enzymes and
metabolites among separate cell structures or organelles. Compartmentation is particularly important in eucaryotic microorganisms with their many membrane-bound organelles. For example,
fatty acid oxidation is located within the mitochondrion, whereas
fatty acid synthesis occurs in the cytoplasmic matrix. The
periplasm in procaryotes can also be considered an example of
compartmentation (see p. 55). Compartmentation makes possible
the simultaneous, but separate, operation and regulation of similar pathways. Furthermore, pathway activities can be coordinated
through regulation of the transport of metabolities and coenzymes between cell compartments. Suppose two pathways in different cell compartments require NAD for activity. The distribu

Kết quả (Việt) 1:

8.7 bản chất và ý nghĩa quy định chuyển hoáNhiệm vụ của các máy móc quy định là đặc biệt phức tạp vàkhó khăn. Con đường phải được quy định và phối hợp hiệu quả tất cả các thành phần tế bào đang hiện diện trong chính xác chính xácsố tiền. Hơn nữa, một tế bào vi khuẩn phải có khả năng đáp ứng một cách hiệu quả để thay đổi môi trường bằng cách sử dụng những chất dinh dưỡng hiện nay ở thời điểm này và bằng cách chuyển đổi trên mới catabolic pathwaysKhi chất dinh dưỡng khác nhau trở nên có sẵn. Bởi vì tất cả hóa chấtCác thành phần của tế bào thường không có trong môi trường xung quanh,vi sinh vật cũng phải tổng hợp không có sẵn các thành phần vàthay đổi các hoạt động viêm trong phản ứng với những thay đổi trong tình trạng sẵn có chất dinh dưỡng. Thành phần hóa học của môi trường xung quanh một tế bào liên tục thay đổi, và các quy trình pháp lý là năng động vàliên tục đáp ứng với thay đổi điều kiện.Quy định là rất cần thiết cho tế bào để bảo tồn năng lượng vi sinh vật và các tài liệu và để duy trì sự cân bằng chuyển hóa. Nếu một nguồn năng lượng đặc biệt là không có sẵn, các enzyme cần thiết cho việc sử dụng nókhông cần thiết và tổng hợp thêm của họ là một sự lãng phí cacbon, nitơ, và năng lượng. Tương tự như vậy nó sẽ là cực kỳ lãng phí nhấtmột vi sinh vật để tổng hợp các enzyme cần thiết để sản xuất một sản phẩm cuối cùng nhất định nếu đó là sản phẩm cuối cùng đã được pres-ent đầy đủ số lượng. Vì vậy cả hai catabolism và anabolism làquy định như vậy là để tối đa hóa hiệu quả của hoạt động.Catabolism và anabolism (p. 173)Các ổ đĩa để duy trì sự cân bằng và bảo tồn năng lượng và vật liệu là điều hiển nhiên trong các phản ứng quy định của một loại vi khuẩn như E.coli. Nếu vi khuẩn phát triển trong một môi trường rất đơn giản, có chứa glucose chỉ như là nguồn cacbon và năng lượng, nó sẽ tổng hợpCác thành phần tế bào yêu cầu cân bằng với số lượng. Bổ sung của mộtviêm sản phẩm cuối cùng (axít amin tryptophan, ví dụ) cho các phương tiện sẽ cho kết quả trong sự ức chế ngay lập tức của cáccon đường tổng hợp mà sản phẩm cuối cùng; Tổng hợp các con đường enzyme cũng sẽ làm chậm hoặc ngừng. Nếu E. coliis chuyển sangTrung bình có chứa chỉ là đường lactose, nó sẽ tổng hợp cácenzyme cần thiết cho catabolism của chất dinh dưỡng này. Ngược lại,whenE. coligrows trong một phương tiện sở hữu cả đường và đường lactose, glucose (đường hỗ trợ sự tăng trưởng nhanh nhất) catabolized đầu tiên. Các nền văn hóa sẽ sử dụng đường lactose chỉ sau khi cung cấp glucose đã bị kiệt sức.Dòng chảy của carbon thông qua một con đường có thể được quy định trongba cách chính.1. địa phương hoá các chất chuyển hóa và enzyme ở khác nhauCác bộ phận của một tế bào, một hiện tượng được gọi là chuyển hoá channeling,ảnh hưởng đến con đường hoạt động.2. quan trọng enzym thường được trực tiếp kích thích hoặc ức chếđể thay đổi con đường hoạt động nhanh chóng.3. số lượng các enzyme phân tử cũng có thể được kiểm soát.Các phân tử chất xúc tác thêm mặt, càng lớn cáchoạt động của con đường. Trong vi khuẩn quy định thường exertedở cấp độ phiên mã. Kiểm soát của mRNA tổng hợp làchậm hơn so với các quy định trực tiếp của các hoạt động của enzyme nhưng khôngkết quả trong việc tiết kiệm nhiều năng lượng và nguyên vật liệubởi vì men không được tổng hợp khi không cần thiết.Mỗi người trong số các cơ chế được mô tả chi tiết. Chương này giới thiệu lần đầu tiên hai: channeling trao đổi chất và các kiểm soát trực tiếp củahoạt động của enzyme. Các cuộc thảo luận của gene expression quy địnhtheo mô tả của tổng hợp DNA, RNA, và protein trongChương 11 và 12. Quy định về biểu hiện gen (tr. 275-83)8.8 Channeling trao đổi chấtMột trong những cơ chế channeling phổ biến nhất là của compartmentation, phân phối khác biệt giữa các enzyme vàchất chuyển hóa giữa các cấu trúc tế bào riêng biệt hoặc các bào quan. Compartmentation là đặc biệt quan trọng trong eucaryotic vi sinh vật với các bào quan màng bị ràng buộc nhiều. Ví dụ:quá trình oxy hóa acid béo nằm trong ti thể, trong khiaxit béo tổng hợp xảy ra trong ma trận tế bào chất. Cácperiplasm ở procaryotes cũng có thể được coi là một ví dụ vềcompartmentation (xem trang 55). Compartmentation làm cho có thểđồng thời, nhưng riêng biệt, hoạt động và các quy định tương tự như con đường. Hơn nữa, con đường hoạt động có thể được phối hợpthông qua các quy định về việc vận chuyển của metabolities và coenzyme giữa các tế bào ngăn. Giả sử hai con đường trong ngăn tế bào khác nhau đòi hỏi NAD cho hoạt động. Distribu

Kết quả (Việt) 2:

8,7 The Nature và Tầm quan trọng
của Quy chế chuyển hóa
Nhiệm vụ của bộ máy quản lý là đặc biệt phức tạp và
khó khăn. Đại phải được điều chỉnh và phối hợp rất hiệu quả mà tất cả các thành phần tế bào có mặt trong chính xác đúng
lượng. Hơn nữa, một tế bào vi khuẩn phải có khả năng ứng phó hiệu quả với những thay đổi môi trường bằng cách sử dụng các chất dinh dưỡng có mặt tại thời điểm này và bằng cách chuyển trên con đường catabolic mới
khi các chất dinh dưỡng khác nhau trở nên có sẵn. Bởi vì tất cả hóa
các thành phần của một tế bào thường không có mặt trong môi trường xung quanh,
vi sinh vật cũng phải tổng hợp các thành phần không có sẵn và
làm thay đổi hoạt động sinh tổng hợp để đáp ứng với những thay đổi về lượng dinh dưỡng. Thành phần hóa học của môi trường xung quanh của một tế bào được thay đổi liên tục, và các quá trình điều tiết năng động và
liên tục đáp ứng các điều kiện thay đổi.
Quy định là điều cần thiết cho tế bào để bảo tồn năng lượng vi sinh vật và vật chất để duy trì sự cân bằng trao đổi chất. Nếu một nguồn năng lượng đặc biệt là không có sẵn, các enzyme cần thiết cho việc sử dụng nó
là không cần thiết và tổng hợp hơn nữa của họ là một sự lãng phí của cacbon, nitơ, và năng lượng. Tương tự như vậy nó sẽ là vô cùng lãng phí cho
một vi sinh vật tổng hợp các enzyme cần thiết để sản xuất một sản phẩm cuối cùng nhất định nếu mà sản phẩm cuối cùng đã là pres-ent với số lượng đầy đủ. Như vậy cả hai dị hóa và đồng hóa được
quy định trong một cách nào đó để tối đa hóa hiệu quả hoạt động.
Dị hóa và đồng hóa (p. 173)
Các ổ đĩa để duy trì sự cân bằng và bảo tồn năng lượng và vật chất là điều hiển nhiên trong các phản ứng điều tiết của một loại vi khuẩn như E.
coli. Nếu vi khuẩn được phát triển trong một môi trường rất đơn giản chỉ chứa glucose như một nguồn carbon và năng lượng, nó sẽ tổng hợp
các thành phần tế bào cần một lượng cân bằng. Bổ sung một
sản phẩm cuối cùng tổng hợp sinh học (tryptophan axit amin, ví dụ) vào môi trường sẽ dẫn đến sự ức chế trực tiếp của
con đường tổng hợp mà sản phẩm cuối cùng; tổng hợp các enzyme của con đường cũng sẽ làm chậm hoặc ngừng. Nếu E. coliis chuyển giao cho
trung chỉ chứa đường lactose, nó sẽ tổng hợp các
enzyme cần thiết cho quá trình dị hóa các chất dinh dưỡng này. Ngược lại,
whenE. coligrows trong môi trường sở hữu cả glucose và lactose, glucose (đường hỗ trợ hầu hết sự tăng trưởng nhanh) được catabolized đầu tiên. Các nền văn hóa sẽ sử dụng lactose chỉ sau khi cung cấp glucose đã cạn kiệt.
Các dòng chảy của carbon thông qua một con đường có thể được quy định trong
ba cách lớn.
1. Nội địa hoá của các chất chuyển hóa và các enzym trong khác nhau
các bộ phận của một tế bào, một hiện tượng được gọi là channeling trao đổi chất,
hoạt động ảnh hưởng đường.
2. Enzyme quan trọng thường được trực tiếp kích thích hoặc ức chế
để thay đổi hoạt động con đường nhanh chóng.
3. Số lượng phân tử enzyme cũng có thể được kiểm soát.
Các phân tử chất xúc tác nhiều hơn hiện tại, càng lớn
hoạt động của con đường. Ở vi khuẩn quy chế thường gây
ở mức độ phiên mã. Kiểm soát tổng hợp mRNA là
chậm hơn so với quy định trực tiếp của hoạt động enzyme nhưng không
dẫn đến việc tiết kiệm nhiều năng lượng và nguyên liệu thô
vì các enzym không được tổng hợp khi không cần thiết.
Mỗi một cơ chế được mô tả chi tiết. Chương này giới thiệu lần đầu tiên hai: channeling trao đổi chất và kiểm soát trực tiếp của
hoạt động của enzyme. Các cuộc thảo luận về quy chế biểu hiện gen
sau một mô tả của DNA, RNA, và tổng hợp protein trong
chương 11 và 12. Quy chế biểu hiện gen (pp. 275-83)
8.8 chuyển hóa Channeling
Một trong những cơ chế channeling phổ biến nhất là các compartmentation, các phân phối khác biệt của các enzym và
các chất chuyển hóa giữa các cấu trúc tế bào riêng biệt hoặc cơ quan tử. Compartmentation là đặc biệt quan trọng trong các vi sinh vật eucaryotic với nhiều bào quan có màng bị ràng buộc của họ. Ví dụ,
quá trình oxy hóa acid béo nằm trong ty thể, trong khi
béo tổng hợp acid xảy ra trong ma trận tế bào chất. Các
periplasm trong procaryotes cũng có thể được coi là một ví dụ về
compartmentation (xem tr. 55). Compartmentation làm cho có thể
là đồng thời, nhưng riêng biệt, hoạt động và quy định của các đường dẫn tương tự. Hơn nữa, hoạt động con đường có thể được phối hợp
thông qua các quy định về việc vận chuyển metabolities và coenzyme giữa các ngăn tế bào. Giả sử hai con đường trong khoang tế bào khác nhau đòi hỏi NAD cho hoạt động. các distribu