Клітинний рівень регуляції
Якщо врахувати, що клітина є основною структурною одиницею живих організмів, то інтенсивність перебігу обмінних процесів у ній відіграє вирішальну роль у забезпеченні процесів життєдіяльності. Механізми, що забезпечують регуляцію процесів життєдіяльності на клітинному рівні, досить різноманітні. Серед них найважливіше значення мають ядерно-цитоплазматичні відносини, посттранскрипційні та посттрансляційна модифікації макромолекул, макромолекулярна взаємодія, транспорт речовин та іонів.
Суть ядерно-цитоплазматичних взаємовідносин полягає у взаємозалежному контролі синтезу важливих біополімерів клітин. Так, синтез структурних компонентів деяких біополімерів, зокрема субодиниць ферментів, може здійснюватись на рибосомальному апараті в цитоплазмі та автономному апараті білкового синтезу в мітохондріях чи хлоропластах.
Регуляція синтезу субодиниць ферментів у першому випадку забезпечується за рахунок ядерного апарата клітини, а в другому – відповідно хлоропластного чи мітохондріального геному, локалізованого в цитоплазмі.
Такий ядерно-цитоплазматичний контроль характерний для синтезу багатьох білків-ферментів, зокрема таких, як цитохромоксидаза, протонна Н+-АТФ-аза, рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилаза, а також білків, що входять до складу мембранних структур клітини. За рахунок ядерно-цитоплазматичних відносин забезпечується злагоджена робота білок-синтезуючих систем клітини, внаслідок чого здійснюється синтез численних білків з характерними властивостями та функціями, підтримуються на належному рівні всі процеси обміну в клітині.
Суть посттранскрипційної та посттрансляційної модифікацій біомолекул полягає у перетворенні попередників, що утворюються в результаті транскрипції чи трансляції на функціонально-активні молекули. Посттранскрипційна модифікація різних видів РНК, що утворюються в процесі транскрипції (тРНК, мРНК, рРНК), полягає в метилюванні азотистих основ мононуклеотидів, вирізанні певної послідовності нуклеозидмонофосфатів, приєднанні певних олігонуклеотидних фрагментів та функціональних груп тощо. Забезпечується це з участю специфічних ферментів, характерних для певного виду модифікацій. Прикладом може бути посттранскрипційна модифікація іРНК, яка здійснюється в результаті процесингу і сплайсингу первинного транскрипту.
Процеси посттранскрипційної модифікації різних видів РНК клітини називаються дозріванням. Формування функціонально-активних молекул у процесі посттранскрипційної модифікації значною мірою визначає інтенсивність білкового синтезу в клітині.
Важливе значення у забезпеченні перебігу метаболічних процесів в організмі має також посттрансляційна модифікація білкових молекул, синтез яких здійснюється на рибосомальному апараті клітини. Суть посттрансляційної модифікації полягає у відщепленні пептидних фрагментів, приєднанні функціональних груп та модифікації залишків амінокислот тощо. Прикладом посттрансляційної модифікації є глікозилювання білків – приєднання вуглеводних компонентів, залишків фосфату, внаслідок чого утворюються різні групи складних білків. Посттранскрипційна модифікація забезпечує утворення множинних форм ферментів, які відіграють важливу роль у регуляції метаболічних процесів. Регуляція процесів життєдіяльності на клітинному рівні забезпечується також за рахунок взаємодії між макромолекулами (білок – білкової, білок – нуклеїнової, білок – ліпідної, вуглевод – білкової взаємодії).
Взаємодія між різними біомолекулами в клітині забезпечує злагодженість та скоординованість біохімічних перетворень, характерних для живих систем. Найсуттєвішим серед інших видів взаємодії є білок – білкова взаємодія.
Даний вид взаємодії сприяє утворенню мультиферментних комплексів, ферментів мультимерів, які забезпечують поетапне перетворення різних субстратів, а також утворення гормон-рецепторних комплексів, що забезпечують дію гормонів пептидної та білкової природи.
Внаслідок білок-ліпідної взаємодії забезпечується структура та функції мембранних систем клітини, визначається рівень біологічної активності мембранно-зв'язаних ферментів, ступінь проникності мембран для різних метаболітів тощо.