Оптимальные концентрации ферментов и их субстратов

Биологические клетки тратят значительную часть ресурсов на производство ферментов, которые катализируют превращение субстратов в продукты. Международная команда биоинформатиков и биофизиков под руководством профессора Мартина Лерхера из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне обнаружила, что эти процессы наиболее эффективны при определённом соотношении внутриклеточных концентраций фермента и субстрата. Об этом открытии сообщается в текущем выпуске журнала PLOS Biology.

Ферменты катализируют бесчисленные химические реакции, которые иначе протекали бы слишком медленно или не протекали вовсе. Таким образом, ферменты — это незаменимые молекулярные инструменты клетки для производства её строительных блоков и регуляции процессов.

Биологические клетки содержат сотни различных типов ферментов и субстратов. Для молекулярной биологии и многих областей медицины важно понимать, как их концентрации влияют на клеточные функции. Такие знания также помогают биотехнологам создавать более эффективные биологические фабрики на основе ферментов.

До сих пор учёные предполагали, что между индивидуальными концентрациями нет общего соотношения. Команда исследователей из Института вычислительной клеточной биологии HHU и факультета физики Калифорнийского университета в Сан-Диего вывела такое соотношение, основываясь на рассмотрении процессов с оптимальной клеточной эффективностью.

Исследователи пришли к выводу, что внутриклеточная масса субстрата должна быть равна массе свободных ферментов, ожидающих его превращения в продукты. Это соотношение было подтверждено экспериментальными данными для бактерии E. coli.

Профессор Лерхер прокомментировал результаты: «Поразительно, что, кажется, именно такое простое соотношение управляет концентрациями в живых клетках. Я не удивлюсь, если этот важный результат в конечном итоге попадёт в учебники по биохимии и клеточной физиологии».