Как проявляется активность ферментов в живых и мёртвых клетках?

В живых клетках ферменты работают непрерывно и тонко регулируются; в мёртвых — ещё какое-то время сохраняют активность “по инерции”, но быстро теряют её и приводят ткани к автолизу. Если по пунктам:

1. Что происходит в живых клетках

• Динамическая регуляция. Скорость реакций задаётся доступностью субстрата/АТФ/кофакторов (NAD⁺/NADH, ионы металлов), а также аллостерией и ковалентными модификациями (фосфорилирование/дефосфорилирование).

• Компартментализация. Один и тот же фермент может работать по-разному в разных отсеках клетки (цитозоль, митохондрии, лизосомы) из-за отличий pH, ионной силы и локальных концентраций.

• Обратная связь. Конечные продукты путей тормозят их же начало (например, ATP ингибирует фосфофруктокиназу-1 в гликолизе), а дефицит энергии — включает катаболизм.

• Поддержание среды. Мембранные градиенты, постоянное обновление белков и антиоксидантная защита сохраняют ферменты в рабочем состоянии.

2. Что меняется после смерти клетки/организма

• Падает энергия и нарушаются градиенты. Быстро исчерпывается АТФ, исчезают мембранные потенциалы, меняется ионный баланс и pH. Многие ферменты без АТФ/кофакторов перестают работать.

• Кратковременная “последняя работа”. Пока есть запас субстратов, некоторые пути ещё идут:
  • в мышцах постмортальный гликолиз из остатков гликогена → падение pH → ригор мортис;
  • в растительных тканях после сбора плодов идут созревание и размягчение (пектиназы, целлюлазы, протеазы).

• Автолиз. Разрушение мембран высвобождает лизосомные гидролазы (протеазы, нуклеазы, липазы), которые без регулировки начинают неспецифически расщеплять макромолекулы. Это и есть самопереваривание тканей.

• Инактивация и распад. Денатурация из-за сдвига pH, окислительного стресса, повышения температуры, а также действие собственных протеаз и микробных ферментов быстро снижает активность.

• Зависимость от условий. Холод замедляет, тепло ускоряет автолиз; отсутствие воды и экстремально низкая температура (лиофилизация, заморозка) могут законсервировать ферменты на долго, поэтому выделенные из “мёртвых” клеток ферменты зачастую вполне активны in vitro.

3. Важные нюансы и примеры

• Не все ферменты отключаются одновременно. Наиболее чувствительные к pH/АТФ останавливаются первыми; устойчивые гидролазы (катепсины, липазы) работают дольше.

• Кофакторы — узкое место. Флавопротеины, металлозависимые ферменты и т. п. теряют активность при потере/окислении кофакторов.

• Споры и семена. В покоящихся формах ферменты структурно сохранны, но в основном “заморожены” из-за отсутствия воды/энергии; при увлажнении снова активируются.

• Форензика и пищевая наука. Скорость падения активности отдельных ферментов используют как маркёры давности смерти или свежести сырья.

Итого: в живой клетке ферментная активность — это тонко настроенная, локализованная и энергозависимая система. После смерти на короткое время сохраняются отдельные реакции, затем преобладают неконтролируемые гидролитические процессы и быстрый спад активности из-за денатурации и распада структур.